空調溫度控制系統設計畢業設計說明書-文庫吧

【正文】 為主導的健康空調技術替代原先技術，而成為市場主流，也使得市場上很多偽健康空調開始出現，各種健康技術也浮出水面，但技術水平差參不齊。這個時候，空調的光波技術橫空出世，成為健康空調的主流技術，但以光波技術為代表的企業并不多，只有格蘭仕獨樹光波健康技術大旗，光波技術在我國應用時間較短，市場聲音較小，但光波技術是目前市場上最為成熟的健康技術，也代表了行業的發展方向與趨勢。 總結影響人的舒適與健康最為直接的因素就是建筑室內環境。我們運用中央空調技術創造了美好的建筑室內環境，同時卻使室外自然環境遭到破壞。CFC制冷劑正在破壞保護人類生存的大氣臭氧層，大量耗費的能源正在使可供利用的自然資源走向枯竭，大氣、水和土壤正在受到污染，就連夏季空調排出的熱也造成“熱島”現象，惡化了所處的城市環境。為了貫徹可持續發展戰略，建筑與空調未來的發展必須堅持“綠色建筑”和“綠色空調”的方向。所謂“綠色建筑”就是指能為建筑中的人提供健康、舒適、安全、方便的室內環境，而又不損害周邊、區域乃至全球環境，充分開發利用可再生資源和高效利用自然資源的建筑，當然符合這種條件的空調才能稱之為“綠色空調”。“綠色空調”是中央空調發展的必然方向。“世界綠色建筑委員會”已宣告成立，總部設在澳大利亞，為推動全世界“綠色建筑”與“綠色空調”起了重大作用。中國的“綠色建筑”已在北京、深圳和哈爾濱等地展開。北京的“世界財富中心”大廈的綠色建筑，已通過美國認證標準的認證，這將是在21世紀之處出現在中國大地上的最具影響力的“綠色建筑”與“綠色空調”。第二章 總體方案設計和選擇 總體方案設計 方案一選用AT89C51單片機為中央處理器，通過溫度傳感器DS18B20對空氣進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，由單片機控制顯示器，并比較采集溫度與設定溫度是否一致，然后驅動空調機的加熱或降溫系統對空氣進行處理，從而模擬實現空調溫度控制單元的工作情況。在整個設計中，涉及到溫度檢測電路、驅動控制電路、顯示電路、鍵盤電路以及電源的設計等電路。其中單片機的控制程序是起到各個電路之間的相互協調，控制各個電路正常工作的至關重要的作用。其方框圖如下： 方案一框圖控制簡單，思路清晰，各單元模塊的相互銜接較簡單，同時成本低廉，用的各種器件都是常用器件，更具有使用性。 方案二該方案是以空調專用單片機uPD75028GC為核心部件，該單片機除了含有寫入空調器專用程序外，還包含有OPV單片機處理器、數據存儲器、程序存儲器、定時計數器及輸入接口等電路。該程序可對輸出的信號進行運算和比較，根據運算和比較的結果，對室外風機、室外壓縮機、定時、制冷、制熱、抽濕等功能進行控制。室內機的控制電路主要有電壓電路、整流電路、穩壓電路、接受電路、發送電路、步進電機、室內風機、顯示電路、按鍵電路和溫度監測電路等組成。由于方案采用了專門的單片機，所以設計中的所需要的程序提前燒制進了uPD75028GC，一切電路的設計和單片機各端口的分配就必須和單片機中的程序相對應。其方框圖如下： 方案二框圖該方案設計專業性高，特別是專用控制芯片uPD75028GC更是可以用作變頻綠色節能空調的主控芯片，空調具有節能、噪音低等一系列優點。但由于芯片專業程度高，價格昂貴，通常使用于高價位空調的的中央控制系統設計。 方案三該方案采用的是AT89C51單片機為核心控制器件，用它來處理各個單元電路的工作以及檢測其運行情況。本方案中采用的是AD590溫度傳感器，通過溫度采集電路采集相關溫度數值，再由ADC0809組成的A/D轉換電路進行轉換，最終得到數字信號，將其直接傳輸給單片機，然后由單片機根據內部程序判斷，執行相關控制程序，驅動各單元電路的工作。其方框圖如下: 方案三框圖該方案容易控制，系統原理比較簡單，電路可靠。但其中的溫度測量電路、譯碼電路復雜，容易產生誤差和由電路復雜而導致的設備使用壽命低等一系列問題。 總體方案選擇及實現方案選擇：選擇方案一?？刂坪唵?，思路清晰，各單元模塊的相互連接較簡單，同時成本低廉，用到的各種器件都是常用器件，更具有使用性。具體的實現方案：用按鍵輸入標準溫度值，用LED實時顯示環境空氣溫度，用驅動電路控制壓縮機完成加熱和制冷調節，用單片機語言完成軟件編程。第三章 硬件設計 硬件各單元方案設計與選擇 溫度傳感部分要求對溫度和與溫度有關的參量進行檢測，應該考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質可以分為半導體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。半導體熱敏電阻是利用某些半導體材料的電阻值隨溫度的升高而減?。ɑ蛏撸┑奶匦灾瞥傻?，大多數的半導體熱敏電阻具有負溫度系數。負溫度系數熱敏電阻器的特點是：在工作溫度范圍內電阻阻值隨溫度的升高而降低。可滿足40℃～90℃測量范圍，具有靈敏度高，電阻值高，體積小，結構簡單，價格低廉，化學穩定性好，使用壽命長等優點；但其互換性較差，而且線性度也很差，不能直接用于A/D轉換，應該用硬件或軟件對其進行線性化補償。金屬熱電阻中屬鉑電阻和銅電阻最為常用，這里以鉑電阻Pt1000為例。鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質中很穩定，它能用作工業測溫元件，且此元件線性較好，在0℃～100℃時，℃。鉑熱電阻與溫度的關系是，Rt=R0(1+At+Btt)；其中Rt是溫度為t攝氏度時的電阻，R0是溫度為0攝氏度時的電阻，t為任意溫度值，A、B為溫度系數。但其電阻與溫度為非線性關系，且成本太貴，不適合做普通設計。集成溫度傳感器是利用晶體管的PN結的電流電壓特性與溫度的關系，把敏感元件、放大電路和補償電路等部分集成化，并把它們封裝在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。它除了與半導體熱敏電阻一樣有體積小、反應快的優點外，還具有線性好、性能高、價格低等特點， 如DS18B20智能溫度控制器。單線數字溫度傳感器DS18B20簡介：新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經濟、數字化。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。DS18B20“一線總線”數字化溫度傳感器，支持“一線總線”接口，測溫范圍為 55℃~+125℃，現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于各種環境的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。DS18B20可以程序設定9~12位的分辨率，設定的報警溫度存儲在 EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20使電壓特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構建適合自己的經濟的測溫系統，并且應用電路電但便于設計。在本設計中我采用的是集成溫度傳感器DS18B20，其電路簡單可靠，不需要A/D轉換，直接可以與單片機相連。 數字顯示部分通常的LED顯示器有7段或8段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的工作原理也一樣。LED顯示器有兩種顯示方式：靜態顯示方式：在這種方式下，各位LED顯示器的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或電源正），每位的段選線分別與一個8位的鎖存器輸出相連，各個LED的顯示字符一經確定，相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止，正因為如此，靜態顯示器的亮度都較高。若用I/O口接口，這需要占用N8位I/O口（LED顯示器的個數為N）。這樣的話，如果顯示器的個數較多，那使用的I/O接口就更多，因此在顯示位數較多的情況下，一般都不用靜態顯示。動態顯示方式：當多位LED顯示時，通常將所有位的段選線相應的并聯在一起，由一個8位I/O口控制，形成段選線的多路復用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O口控制，實現各位的分時選通。其中段選線占用一個8位I/O口，而位選線占用N個I/O口（N為LED顯示器的個數）。由于各位的段選線并聯，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時刻，如果各位選線都處于選通狀態的話，那LED顯示器將顯示相同的字符。若要各位LED能顯示出與本位相應的字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態，而其他各位的位選線處于關閉狀態，同時，段選線上輸出相應位要顯示字符的段碼。這種顯示方式占用的I/O口個數為8+N（N為LED顯示器的個數），相對靜態顯示少了很多，但需要占用大量的CPU資源，當CPU處理別的事情時，顯示可能出現閃爍或者不顯示的情況。為了節約硬件資源，降低電路板的成本，本人采用的是節約硬件資源的動態掃描顯示方式。 加熱降溫驅動控制電路采用開關量控制，如繼電器、雙向可控硅、光耦等，控溫快速，但是雙向可控硅驅動電路比較麻煩，調試也麻煩，若用現成的固態繼電器價格十分昂貴。用繼電器時要注意其電感的反向電動勢，和開關觸點對電源的影響，以及開關脈沖對整個電路的影響等，應該加入必要的防止干擾的措施。采用單向晶閘管，這是一種大功率半導體器件，它既有單向導電的整流作用，又有可以控制的開關作用。利用它可以用較小的功率控制較大功率，在交、直流電動機調速系統、調功系統、隨動系統和無觸點開關等方面均獲得了廣泛的應用。這種晶閘管與二極管不同的是，當其兩端加上正向電壓而控制極不加電壓時，晶閘管并不導通，其正向電流很小，處于正向阻斷狀態；當其兩端加上正向電壓、且控制極上（與陰極間）也加上一正向電壓時，晶閘管便進入導通狀態，這時管壓降很?。?V左右）。這時即使控制電壓消失，仍然保持導通狀態，所以控制電壓沒有必要一直存在，通常采用脈沖形式，以降低觸發功耗。它不具有自關斷能力，要切斷負載電流，只有使陽極電流減小到維持電流以下，或加上反向電壓實現關斷。若在交流回路中應用，當電流過零和進入負半周時，自動關斷，為了使其再次導通，必須重加控制信號。采用光耦合雙向可控硅驅動電路，這種器件是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一個砷化鎵發光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發出足夠強度的紅外光，觸發輸出部分。輸出部分是一個硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向道通。光電耦合器也常用于較遠距離的信號隔離傳送。一方面光耦合器可以起到隔離兩個系統地線的作用，使兩個系統的電源相互獨立，消除地電位不同所產生的影響；另一方面，光電耦合器的發光二極管是電流驅動器件，可以形成電流環路的傳送形式。由于電流環電路是低阻抗電路，對噪音的敏感度低，因此提高通訊系統的抗干擾能力，常用于有噪音干擾的環境里傳輸信號。達到同樣的加熱效果，開關量控制容易，驅動簡單，驅動電路的抗干擾能力強。所以我采用的是光耦合雙向可控硅驅動電路。 鍵盤輸入部分常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。獨立式按鍵接口是各種按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態不會影響其他輸入線上的工作狀態。因此，通過檢測輸入線的電平狀態可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數量較多時，需要較多的輸入口線且電路結構復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨立式按鍵電路按鍵直接與單片機的I/O口線相接，通過讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態，即可識別出按下的鍵盤。44矩陣鍵盤接口方式適用于按鍵數量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。矩陣鍵盤的工作原理是按鍵設置在行、列線交點上，行、列線分別連接在按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態，當有按鍵按下時，行線電平狀態將由與此電平相連的列線電平決定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。這是識別矩陣鍵盤是否被按下的關鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，因此，各按鍵彼此將相互發生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并做適當處理，才能決定閉合鍵位置。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一決定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節，高4位是行號，低4位是列號。但這種編碼對于不同行的鍵，離散性大，并且編碼的復雜度與鍵盤的個數成正比，因此不適合用在輸入量小的設計中。本設計的按鍵需求較多，所以我采用的是矩陣式鍵盤接口方式，該方案可以減少單片機的I/O口使用，節約資源。 單元電路設計 溫度采集電路本設計的溫度采集系統主要是數字溫度傳感器DS18B20。本設計以DS18B20為傳感器，AT89C51單片機為控制核心組成的溫度巡回檢測系統，在圖31中，DS18B20的供電方式為外部電源，其I/。在DS18B20接入系統之前，應分別從激光ROM中讀出其序號，然后分別賦予在系統中的編號1～n。該系統需要用鍵盤來設置溫度報警的門限值，并用七段LED顯示器顯示DS18B20的編號和測量的溫度值。 溫度采集電路，采用外接電源供電方式。為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，我們用一個電阻R30和89C51的一個I/O口（）來完成對DS18B20總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10μs。采用外接電源供電方式時Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連。在本設計中，我采用的是單個DS18B20測室內溫度，并把它直接與單片機的I/O口相連，將測得的溫度值送入CPU與鍵盤輸入的設定值進行比較，然后通過CPU來控制負載電路的工作。一般來說CPU 對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器和數據操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議，如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通信協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。 LED顯示電路LED電路采用4只共陰極七段數碼管。顯示方式有動態掃描和靜態掃描，兩種都可以實現顯示功能，但由于靜態掃描要用到多片串入并出