空調(diào)溫度控制器軟件設(shè)計(jì)及仿真－畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 83。 27 調(diào)試總結(jié) 29 結(jié)論 30 致謝 31 參考文獻(xiàn) 32 1 緒 論 21 世紀(jì)的人們生活質(zhì)量不斷提高，同時(shí)也對高科技電子產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，為了使人們生活更人性化、智能化。我設(shè)計(jì)了這一基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，人們只有生活在一定的溫度環(huán)境內(nèi)才能長期感覺舒服，才能保證不中暑不受凍，所以對室內(nèi)溫度要求要 高。對于不同地區(qū)空調(diào)要求不同，有的需要升溫，有的需要降溫。一般都要維持在 21～ 26176。 C。 目前，雖然我國大量生產(chǎn)空調(diào)制冷產(chǎn)品，但由于我國人口眾多，需求量過盛，在我國的北方地區(qū)，還有好多家庭還沒有安裝有效地室內(nèi)溫控系統(tǒng)。溫度不能很好的控制在一定的范圍內(nèi)，夏天室內(nèi)溫度過高，冬天溫度過低，這些均對人們正常生活帶來不利的影響，溫度、濕度均達(dá)不到人們的要求。以前溫度控制主要利用機(jī)械通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)、外空氣的交換來達(dá)到降低室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度適宜人們生活。以前通風(fēng)設(shè)備的開啟和關(guān)停，均是由人手動(dòng)控制的，即由人 們定時(shí)查看室內(nèi)外的溫度、濕度情況，按要求開關(guān)通風(fēng)設(shè)備，這樣人們的勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性差，而且消耗人們體力，勞累成本過高。為此，需要有一種符合機(jī)械溫控要求的低成本的控制器，在溫差和濕度超過用戶設(shè)定值范圍時(shí)，啟動(dòng)制冷通風(fēng)設(shè)備，否則自動(dòng)關(guān)閉制冷通風(fēng)設(shè)備。鑒于目前大多數(shù)制冷設(shè)備現(xiàn)在狀況，我設(shè)計(jì)了一款基于 MCS51 單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)。 空調(diào)溫度控制系統(tǒng) 要求利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一空調(diào)溫度控制器，能夠?qū)崟r(shí)檢測并顯示室溫，能夠利用鍵盤設(shè)定溫度，并且和室溫進(jìn)行比較，當(dāng)室溫低于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)加熱系統(tǒng)工作，當(dāng)室溫 高于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)工作，當(dāng)兩者溫度相等時(shí)，不做動(dòng)作。 空調(diào)的溫度控制單元應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動(dòng)控制，現(xiàn)場溫度經(jīng)溫度傳感器采樣后，轉(zhuǎn)變成模擬信號，并通過TLC0832 芯片對模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化成為 8 位數(shù)字信號送入單片機(jī)，同時(shí)單片機(jī)將設(shè)定的溫度與測量的溫度進(jìn)行比較并發(fā)出控制信號。執(zhí)行器由繼電器來擔(dān)任，由單片機(jī)發(fā)出的控制信號來控制繼電器的開與關(guān)來控制壓縮泵、電熱絲以及風(fēng)扇的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。 2 1 控制器 系統(tǒng)組成及工作原理 控制系 統(tǒng)的組成 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖所示，他由四部分組成： (1) 控制部分主芯片采用單片機(jī) AT89C52； (2) 顯示部分采用 OCMJ4X8C 液晶顯示器實(shí)現(xiàn)溫度顯示； (3) 溫度采集部分采用溫度傳感器加 A/D 轉(zhuǎn)換 器； (4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電熱絲，壓縮機(jī)，電風(fēng)扇等。 單 片 機(jī)液 晶 顯 示溫 度 傳 感 器速 度 反 饋復(fù) 位 電 路風(fēng) 扇 控 制熱 源 控 制遙 控 輸 入壓 縮 機(jī) 控 制 圖 11 空調(diào)溫度控制器總體設(shè)計(jì)方案 圖 各部分功能為： （ 1） 溫度傳感器：用來感知室內(nèi)溫度，從而將現(xiàn)實(shí)的溫度轉(zhuǎn)化為電信號。 （ 2） 速度反饋：用來調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度和 化 對電機(jī)云迅速度穩(wěn)定到一個(gè)合理的區(qū)間里。 （ 3） 復(fù)位電路：對空調(diào)溫度控制器的設(shè)置進(jìn)行初始化。 （ 4） 風(fēng)扇控制：通過單片機(jī)將操作員的設(shè)置轉(zhuǎn)化為電信號從而對空調(diào)風(fēng)扇的風(fēng)速，風(fēng)向進(jìn)行控制。 (5) 壓縮機(jī)控制：通過對系統(tǒng)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的比較來判斷和控制壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。 (6) 遙控輸入：接受遙控器的輸入指令并將這些指令送入單片機(jī)中。 (7) 液晶顯示： 將房間的各種參數(shù)以及操作人員的設(shè)定值顯示出來，從而提 3 供一個(gè)良好的人機(jī)交換界面。 控制系統(tǒng)的工作原理 空調(diào)溫度控制系統(tǒng)，主要 要完成對溫度的采 集、顯示以及設(shè)定等工作，從而實(shí)現(xiàn)對空調(diào)的控制。 本系統(tǒng)采用 熱敏電阻作為測溫 器件 ，外部溫度信號經(jīng)過熱敏電阻采樣后，再通過 TLC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成 8 位的數(shù)字信號， 通過并口傳送到單片機(jī)系統(tǒng) ( AT89C52) 。單片機(jī)系統(tǒng)將接收的數(shù)字信號譯碼處理，通過 OCMJ4X8C 液晶顯示器 將溫度顯示出來，同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描 、按鍵溫度設(shè)定 等程序的處理 ，將處理的溫度信號與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制空調(diào)制冷、制熱與停止工作三種工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)的智能化。另外，鍵盤輸入方面，采用了軟件 來修正誤操作輸入 ，即輸入的溫度范圍必須在系統(tǒng)硬件所確定的范圍內(nèi)，直接降低由于誤操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性 ，體現(xiàn)了人性化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。 執(zhí)行器由繼電器來擔(dān)任，由單片機(jī)發(fā)出的控制信號來控制繼電器的開與關(guān)來控制壓縮泵、電熱絲以及風(fēng)扇的工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。 4 2 芯片介紹 OCMJ4X8C OCMJ4X8C 芯片介紹 該款液晶采用臺灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的 ST7920 中文圖形控制芯片。液晶屏幕為128X64 點(diǎn)。其可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型 及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。內(nèi)置 2M 中文字型 ROM（ CGROM）總共提供 8192 個(gè)中文字型（ 16X16 點(diǎn)陣）， 16K 半寬字型 ROM（ HCGROM）總共提供 126 個(gè)符號字型（ 16X8 點(diǎn)陣）， 64X16位字型產(chǎn)生 RAM（ CGRAM），另外繪圖顯示畫面提供個(gè)個(gè) 64X256 點(diǎn)的繪圖區(qū)域（ GDRAM），可以和文字畫面混合顯示。提供多功能指令：畫面清除（ Display clear）、光標(biāo)歸位（ Return home）、顯示打開 /關(guān)閉（ Display on/off）、光標(biāo)顯示 /隱藏（ Cursor on/off）、顯示字符閃爍（ Display character blink）、光標(biāo)移位（ Cursor shift）、顯示移位（ Display shift）、垂直畫面旋轉(zhuǎn)（ Vertical line scroll）、反白顯示（ By_line_reverse display）、待命模式（ Standby mode）。 可以 實(shí)現(xiàn)漢字字符，英文字母，圖形顯示。除了上述的靜態(tài)顯示方式外，還可以通過編程來實(shí)現(xiàn)字符的動(dòng)態(tài)顯 示及一些特效（如字符的移動(dòng)，漸變，閃爍）顯示 ， 達(dá)到了與內(nèi) 置 LCD 控制器相同的功能 [1]。 主要參數(shù) : (1) 工作電壓 (VDD):～ ； (2) 邏輯電平 :～ ； (3) LCD 驅(qū)動(dòng)電壓 (Vo):0～ 7V ； (4) 工作溫度 (Ta):0～ 55℃ (常溫 )/20～ 75℃ (寬溫 ) 保存溫度 (Tstg):10～65℃ (常溫 )/30～ 85℃ (寬溫 ) 。 OCMJ4X8C 的工作原理 OCMJ4X8C 液晶顯示器共用 21 個(gè)引腳，這些引腳的名稱，方向及 簡單 說明如表21。 且一些重要引腳的詳細(xì)功能如下所述 ： 第 1 腳： VSS 接地 。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源 。 5 表 21 OCMJ4X8C(128X64)引腳描述 表 引腳 名稱 方向 說明 引腳 名稱 方向 說明 1 VSS GND（ 0V） 11 DB4 I/O 數(shù)據(jù) 4 2 VDD Supply Voltage For Logic (+5V) 12 DB5 I/O 數(shù)據(jù) 5 3 NC Supply Voltage For LCD （懸空） 13 DB6 I/O 數(shù)據(jù) 6 4 RS(CS) I H: Data L: Instruction Code 14 DB7 I/O 數(shù)據(jù) 7 5 R/W(STD) I H: Read L: Write 15 PSB I H: Parallel Mode L: Serial Mode 6 E(SCLK) I Enable Signal，高電平有效 16 NC 空腳 7 DB0 I/O 數(shù)據(jù) 0 17 /RST I Reset Signal，低電平有效 8 DB1 I/O 數(shù)據(jù) 1 1 19 只留了位置并無引腳引出 9 DB2 I/O 數(shù)據(jù) 2 20 LEDA 背光源正極（ +5V） 10 DB3 I/O 數(shù)據(jù) 3 21 LEDK 背光源負(fù)極（ OV） 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對 比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 鬼影 ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比度 。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀 忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)線 。 第 15 腳： PSB 高：并行 /低：串行 。 第 16 腳： NC 無連 接 。 第 17 腳： /RST 系統(tǒng)復(fù)位 低電平有效 。 第 18 腳： NC 無連接 。 第 19 腳： LEDA背光 電源 +5V。 第 20 腳： LEDK 背光電源 0V[2] 。 6 OCMJ4X8C 的 數(shù)據(jù) 顯示原理 顯示數(shù)據(jù) RAM 提供 64x2 個(gè)字節(jié)的空間 ,最多可以控制 4 行 16 字 (64 個(gè)字 )的中文字型顯示 ,當(dāng)寫入顯示資料 RAM 時(shí) ,可以分別顯示 CGROM,HCGROM 與 CGRAM 的字型 。本系列模塊可以顯示三種字型 ,分別是半寬的 HCGROM 字型 ,CGRAM 字型及中文CGROM 字型 ,三種字型的選擇 ,由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇 ,在 0000H～ 0006H 的編碼中將選擇 CGRAM 的自定字型 ,02H～ 7FH 的編碼中將選擇半寬英數(shù)字的字型 ,至于A1 以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)字節(jié) ,組成兩個(gè)字節(jié)的編碼達(dá)成中文字型的編碼BIG5(A140～ D75F) GB(A1A0～ F7FF),詳細(xì)各種字型編碼如下 : (1) 顯示半寬字型 :將 8 位資料寫入 DDRAM 中 ,范圍為 02H～ 7FH 的編碼 。 (2) 顯示 CGRAM 字型 :將 16 位資料寫入 DDRAM 中 ,總共有 0000H, 0002H, 0004H,0006H 四種編碼 。 (3) 顯示中文字形 :將 16 位資料寫入 DDRAM 中 ,范圍為 A140H～ D75FH 的編 碼(BIG5)A1A0H～ F7FFH 的編碼 (GB).將 16 位資料寫入 DDRAM 方式為透過連續(xù)寫入兩個(gè)字節(jié)的資料來完成 ,先寫入高字節(jié) (D15～ D8)再寫入低字節(jié) (D7～ D0) [3]。 OCMJ4X8C 的繪圖顯示原理 繪圖顯示 RAM 提供 64x32 個(gè)字節(jié)的記憶空間 (由擴(kuò)充指令設(shè)定繪圖 RAM 地址 ),最多可以控制 256x64 點(diǎn)的二維繪圖緩沖空間 ,在更改 繪圖 RAM 時(shí) ,由擴(kuò)充指令設(shè)定GDRAM 地址先設(shè)垂直地址再設(shè)水平地址 (連續(xù)寫入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)來完成垂直與水平的坐標(biāo)地址 ),再寫入兩個(gè) 8 位的資料到繪圖 RAM,而地址計(jì)數(shù)器 (AC)會(huì)自動(dòng)加一 ,整個(gè)寫入繪圖 RAM 的步驟如下 : (1) 先將垂直的字節(jié)坐標(biāo) (Y)寫入繪圖 RAM 地址 。 (2) 再將水平的字節(jié)坐標(biāo) (X)寫入繪圖 RAM 地址 。 (3) 將 D15～ D8 寫入到 RAM 中 (寫入第一個(gè) Bytes)。 AT89C52單片機(jī)介紹 AT89C52 的主要結(jié)構(gòu) AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 7 在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、 超有效的解決方案。 AT89C52 的功能特性 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù) 據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89C52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作， 允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [4]。 (1) MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； (2) 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； (3) 1000 次擦寫周期； (4) 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz； (5) 三級加密程序存儲器； (6) 32 個(gè)可編程 I/O 口線； (7) 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； (8) 八個(gè)中斷源； (9) 全雙工 UART 串行通道； (10) 低功耗空閑和掉電模式； (11) 掉電后中斷可喚醒； (12) 定時(shí)器； (13) 雙數(shù)據(jù)指針 。 AT89C52 的引腳結(jié)構(gòu) AT89C52 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)如圖 21，它們的功能描述如下：