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1、题 目：空调温度控制系统设计空调温度控制系统设计摘 要空调温度控制过去一直依赖温控电动阀，电动阀可与温控器配套使用，实现对供暖通风和空调系统中冷热水的开关控制。由于我国工业水质很多是含Ca2+、Mg2+、Coo2-等离子浓度很高的硬水，在温度变化的空调管道中极易结垢，造成电动阀早期即失效损坏。另外，人们还常采用三速风机盘管代替温控电动阀进行调温，它是通过手动开关调整风机的风速来实现调温，不能自动控温，这就不可避免的发生低负荷时出现温度超调而造成能源的浪费。本次设计的空调温度控制系统中，首先通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机AT89C51，由单片机控制
2、显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温程序对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。关键词：空调温度控制系统；温控电动阀；单片机Air-conditioning Temperature Control System DesignAbstractAir-conditioning temperature control has been depended on electric valve, electric valve can be used with matching Thermostat realize heating ventilation an
3、d air conditioning systems in hot and cold water control switch. Because many of Chinas industrial water containing Ca2 +, Mg2 +, Coo2-such as the hard water ions in high concentrations in the temperature of the air-conditioning pipes vulnerable to scaling, resulting in the early stage of electrical
4、 failure damaged valve. In addition, it is also often used in place of three-speed fan coil thermostat temperature control for electric valve, which is adjusted by manually switch the fan speed to achieve the thermostat can not be automatic temperature control, which inevitably occurs when low-load
5、temperature overshoot caused by the waste of energy. The design of air-conditioning temperature control system, first of all through the temperature sensor DS18B20 collection of air temperature, the temperature will be collected to the single-chip signal transmission AT89C51, controlled by the singl
6、e-chip display, and compare the collected temperature and set temperature is line, and then drive the heating or air conditioning to cool the air to deal with procedures, which simulate the temperature control unit for air conditioning work.Key words: Air-conditioning temperature control system; Tem
7、perature-controlled electric valve; Single-chip目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 前言11.2 空调的工作原理11.3 空调的发展史31.4 空调的发展趋势41.5 总结5第二章 总体方案设计和选择62.1 总体方案设计62.1.1 方案一62.1.2 方案二62.1.3 方案三72.2 总体方案选择及实现8第三章 硬件设计93.1 硬件各单元方案设计与选择93.1.1 温度传感部分93.1.2 数字显示部分103.1.3 加热降温驱动控制电路113.1.4 键盘输入部分123.2 单元电路设计133.2.1 温度采集电路1
8、33.2.2 LED显示电路143.2.3 驱动控制电路183.2.4 键盘设置电路193.2.5 电源电路213.2.6 外部晶振电路223.3 元器件的选择243.3.1 AT89C51简介243.3.2 译码器CD4511273.4 特殊器件的介绍293.4.1 传感器的介绍293.4.2 光电耦合器36第四章 软件设计394.1 软件设计原理及设计所用工具394.2 部分程序的流程图404.2.1 主程序流程图404.2.2 DS18B20的温度采样程序流程图404.2.3 LED显示部分程序流程图41总结体会43参考文献44附 录46附录A：电路原理图46附录B：部分程序清单47致
9、谢62第一章 引 言1.1 前言中央空调房间的温度控制过去一直依赖温控电动阀，电动阀可与温控器配套使用，实现对供暖通风和空调系统中冷热水的开关控制。根据我们多年来对电动阀使用情况的调查，真正能正常使用至设计寿命的电动阀极少，大多数在13年内就已失效，这是因为我国的工业水质很多是含Ca2+、Mg2+、Coo2-等离子浓度很高的硬水，在温度变化的空调管道中极易结垢，造成电动阀早期即失效损坏。另外，人们还常采用三速风机盘管代替温控电动阀进行调温，它是通过手动开关调整风机的风速来实现调温，不能自动控温，这就不可避免的发生低负荷时出现温度超调而造成能源的浪费。本文是以DS18B20为采集器、AT89C5
10、1为处理器、空调机相应电路为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。设计一个空调机的温度控制系统，在该系统中，首先通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温系统对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。1.2 空调的工作原理空调制热、制冷主要是移动热量。空调分为室内和室外两个部分，制热时，将室外的热量移到室内；制冷时，将室内的热量移至室外。空调制热、制冷的原理，是利用氟利昂冷凝液化放热，蒸发气化吸热的特性，以提高、降低室内空气的温度。 空调制冷时，气体氟利昂被压缩机加压，成为高
11、温高压气体，进入室外机的换热器（此时为冷凝器），冷凝液化放热，成为液体，同时热量向大气释放。液体氟利昂经节流装置减压，进入室内机的换热器（此时为蒸发器），蒸发气化吸热，成为气体，同时吸取室内空气的热量，从而达到降低室内温度的目的。成为气体的氟利昂再次进入压缩机开始下一个循环。图1.1 空调制冷原理图空调制热时，气体氟利昂被压缩机加压，成为高温高压气体，进入室内机的换热器（此时为冷凝器），冷凝液化放热，成为液体，同时将室内空气加热，从而达到提高室内温度的目的。液体氟利昂经节流装置减压，进入室外机的换热器（此时为蒸发器），蒸发气化吸热，成为气体，同时吸取室外空气的热量（室外空气变得更冷）。成为气体
12、的氟利昂再次进入压缩机开始下一个循环。图1.2 空调制热原理图通过以上氟利昂的液化和气化的过程，热量在蒸发器处吸取，转移到冷凝器处释放，从而实现热量的转移，达到制热、制冷的目的。1.3 空调的发展史在19世纪，美国的奥利维尔、约翰戈里，法国的费迪南，瑞士的拉乌尔皮克泰和德国的卡尔冯林德等人先后发现了空气压缩制冷的原理，并发明了以乙醚、二氧化硫、氨等为制冷剂的冷冻机，用于制冰机和食品冷藏库、冷藏船等，虽然当时还没人用上述发明制造建筑物的空气调节设备，但已为空调器的诞生准备了技术基础。 1881年7月，美国总统菲尔德在华盛顿车站遇刺爱重伤，时值盛夏，闷热难耐，病床上的总统生命垂危。医生提出，只有降
13、低室温才能为总统实施手术，挽救他的生命，美国政府把研制室内降温设备任务交给了工程师谢多。谢多曾在矿山工作过，接触过当时应用还不广泛的制冷设备，了解空气压缩制冷的原理，于是他用工业制冷用的空气压缩机成功地使总统病房的温度从37降到了25。虽然这还不是产品化的空调器，但人们一般认为谢多是世界上第一台空调器的发明者。 1902年，美国的发明家威利斯开利在研究中发现，人体的冷热感觉不仅与温度有关，而且与空气中的湿度有密切关系。同样的温度，在湿度高时就感到热，而湿度低时就感到凉爽。用冰使空气降温，空气中所含的水蒸气因冷却而呈饱和状态，凝结成水，即使温度又升高，也因空气干燥而使身体感到凉爽。同年，威利斯开
14、利最先取得了 “空气调节机”专利，并创办了开利公司，开始制造调节温度与湿度的空调设备。 20世纪初，建筑物内装置空气调节设备还仅被认为是在热天里保持室内凉爽的一种方法，随着技术的改进，空气调节器已是维持空气温度、控制湿度，除去空气中的灰尘、花粉及其它微粒以保持空气流通的设备。中央空调系统可使100层办公大楼变得凉爽或温暖，小型空调器可使单个房间温度宜人。 1.4 空调的发展趋势市场需求是决定空调发展的主要动力，根据目前的市场需求来看，在空调技术方面有两大主流方向：一为变频技术，一为健康技术。变频空调是目前空调消费的流行趋势，它与一般空调相比，有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点
15、，它的出现改善了人们的生活质量。“变频空调”采用了比较先进的技术，启动时电压较小，可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况，有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。健康空调的发展历史为：最早是吸污材料，90年代光触媒、冷触媒已经逐渐被淘汰， 2000年后，除尘、除垢显得很重要，2004 年进入第三阶段，以杀菌、除菌为主导的健康空调技术替代原先技术，而成为市场主流，也使得市场上很多伪健康空调开始出现，各种健康技术也浮出水面，但技术水平差参不齐。这个时候，空调的光波技术横空出世，成为健康空调的主流技术，但以光
16、波技术为代表的企业并不多，只有格兰仕独树光波健康技术大旗，光波技术在我国应用时间较短，市场声音较小，但光波技术是目前市场上最为成熟的健康技术，也代表了行业的发展方向与趋势。1.5 总结影响人的舒适与健康最为直接的因素就是建筑室内环境。我们运用中央空调技术创造了美好的建筑室内环境，同时却使室外自然环境遭到破坏。CFC制冷剂正在破坏保护人类生存的大气臭氧层，大量耗费的能源正在使可供利用的自然资源走向枯竭，大气、水和土壤正在受到污染，就连夏季空调排出的热也造成“热岛”现象，恶化了所处的城市环境。为了贯彻可持续发展战略，建筑与空调未来的发展必须坚持“绿色建筑”和“绿色空调”的方向。所谓“绿色建筑”就是
17、指能为建筑中的人提供健康、舒适、安全、方便的室内环境，而又不损害周边、区域乃至全球环境，充分开发利用可再生资源和高效利用自然资源的建筑，当然符合这种条件的空调才能称之为“绿色空调”。“绿色空调”是中央空调发展的必然方向。“世界绿色建筑委员会”已宣告成立，总部设在澳大利亚，为推动全世界“绿色建筑”与“绿色空调”起了重大作用。中国的“绿色建筑”已在北京、深圳和哈尔滨等地展开。北京的“世界财富中心”大厦的绿色建筑，已通过美国认证标准的认证，这将是在21世纪之处出现在中国大地上的最具影响力的“绿色建筑”与“绿色空调”。第二章 总体方案设计和选择2.1 总体方案设计2.1.1 方案一选用AT89C51单
18、片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温系统对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。在整个设计中，涉及到温度检测电路、驱动控制电路、显示电路、键盘电路以及电源的设计等电路。其中单片机的控制程序是起到各个电路之间的相互协调，控制各个电路正常工作的至关重要的作用。其方框图如下：图2.1 方案一框图控制简单，思路清晰，各单元模块的相互衔接较简单，同时成本低廉，用的各种器件都是常用器件，更具有使用性。2.1.2 方案二该方案是以空调专用单片机uPD7
19、5028GC为核心部件，该单片机除了含有写入空调器专用程序外，还包含有OPV单片机处理器、数据存储器、程序存储器、定时计数器及输入接口等电路。该程序可对输出的信号进行运算和比较，根据运算和比较的结果，对室外风机、室外压缩机、定时、制冷、制热、抽湿等功能进行控制。室内机的控制电路主要有电压电路、整流电路、稳压电路、接受电路、发送电路、步进电机、室内风机、显示电路、按键电路和温度监测电路等组成。由于方案采用了专门的单片机，所以设计中的所需要的程序提前烧制进了uPD75028GC，一切电路的设计和单片机各端口的分配就必须和单片机中的程序相对应。其方框图如下：图2.2 方案二框图该方案设计专业性高，特
20、别是专用控制芯片uPD75028GC更是可以用作变频绿色节能空调的主控芯片，空调具有节能、噪音低等一系列优点。但由于芯片专业程度高，价格昂贵，通常使用于高价位空调的的中央控制系统设计。2.1.3 方案三该方案采用的是AT89C51单片机为核心控制器件，用它来处理各个单元电路的工作以及检测其运行情况。本方案中采用的是AD590温度传感器，通过温度采集电路采集相关温度数值，再由ADC0809组成的A/D转换电路进行转换，最终得到数字信号，将其直接传输给单片机，然后由单片机根据内部程序判断，执行相关控制程序，驱动各单元电路的工作。其方框图如下:图2.3 方案三框图该方案容易控制，系统原理比较简单，电
21、路可靠。但其中的温度测量电路、译码电路复杂，容易产生误差和由电路复杂而导致的设备使用寿命低等一系列问题。2.2 总体方案选择及实现方案选择：选择方案一。控制简单，思路清晰，各单元模块的相互连接较简单，同时成本低廉，用到的各种器件都是常用器件，更具有使用性。具体的实现方案：用按键输入标准温度值，用LED实时显示环境空气温度，用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节，用单片机语言完成软件编程。第三章 硬件设计3.1 硬件各单元方案设计与选择3.1.1 温度传感部分要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应该考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻
22、，后者称为热电阻。半导体热敏电阻是利用某些半导体材料的电阻值随温度的升高而减小（或升高）的特性制成的，大多数的半导体热敏电阻具有负温度系数。负温度系数热敏电阻器的特点是：在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。可满足4090测量范围，具有灵敏度高，电阻值高，体积小，结构简单，价格低廉，化学稳定性好，使用寿命长等优点；但其互换性较差，而且线性度也很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。金属热电阻中属铂电阻和铜电阻最为常用，这里以铂电阻Pt1000为例。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好，在0100时，最大非线性偏
23、差小于0.5。铂热电阻与温度的关系是，Rt=R0(1+At+Btt)；其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻，R0是温度为0摄氏度时的电阻，t为任意温度值，A、B为温度系数。但其电阻与温度为非线性关系，且成本太贵，不适合做普通设计。集成温度传感器是利用晶体管的PN结的电流电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它除了与半导体热敏电阻一样有体积小、反应快的优点外，还具有线性好、性能高、价格低等特点， 如DS18B20智能温度控制器。单线数字温度传感器DS18B20简介：新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济、数字化。一
24、线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器，支持“一线总线”接口，测温范围为 -55+125，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于各种环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20可以程序设定912位的分辨率，设定的报警温度存储在 EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20使电压特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统，并且应用电路电但便于设计。在本设计中我采用的是集成温度传感器DS18B20，其电路简单可
25、靠，不需要A/D转换，直接可以与单片机相连。3.1.2 数字显示部分通常的LED显示器有7段或8段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的工作原理也一样。LED显示器有两种显示方式：静态显示方式：在这种方式下，各位LED显示器的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或电源正），每位的段选线分别与一个8位的锁存器输出相连，各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止，正因为如此，静态显示器的亮度
26、都较高。若用I/O口接口，这需要占用N8位I/O口（LED显示器的个数为N）。这样的话，如果显示器的个数较多，那使用的I/O接口就更多，因此在显示位数较多的情况下，一般都不用静态显示。动态显示方式：当多位LED显示时，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用N个I/O口（N为LED显示器的个数）。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LE
27、D能显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。这种显示方式占用的I/O口个数为8+N（N为LED显示器的个数），相对静态显示少了很多，但需要占用大量的CPU资源，当CPU处理别的事情时，显示可能出现闪烁或者不显示的情况。为了节约硬件资源，降低电路板的成本，本人采用的是节约硬件资源的动态扫描显示方式。3.1.3 加热降温驱动控制电路采用开关量控制，如继电器、双向可控硅、光耦等，控温快速，但是双向可控硅驱动电路比较麻烦，调试也麻烦，若用现成的固态继电器价格十分昂贵。用继电器
28、时要注意其电感的反向电动势，和开关触点对电源的影响，以及开关脉冲对整个电路的影响等，应该加入必要的防止干扰的措施。1、采用单向晶闸管，这是一种大功率半导体器件，它既有单向导电的整流作用，又有可以控制的开关作用。利用它可以用较小的功率控制较大功率，在交、直流电动机调速系统、调功系统、随动系统和无触点开关等方面均获得了广泛的应用。这种晶闸管与二极管不同的是，当其两端加上正向电压而控制极不加电压时，晶闸管并不导通，其正向电流很小，处于正向阻断状态；当其两端加上正向电压、且控制极上（与阴极间）也加上一正向电压时，晶闸管便进入导通状态，这时管压降很小（1V左右）。这时即使控制电压消失，仍然保持导通状态，
29、所以控制电压没有必要一直存在，通常采用脉冲形式，以降低触发功耗。它不具有自关断能力，要切断负载电流，只有使阳极电流减小到维持电流以下，或加上反向电压实现关断。若在交流回路中应用，当电流过零和进入负半周时，自动关断，为了使其再次导通，必须重加控制信号。2、采用光耦合双向可控硅驱动电路，这种器件是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分是一个砷化镓发光二极管，该二极管在5mA15mA正向电流作用下发出足够强度的红外光，触发输出部分。输出部分是一个硅光敏双向可控硅，在红外线的作用下可双向道通。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。一方面光耦合器可以起到隔
30、离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响；另一方面，光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗电路，对噪音的敏感度低，因此提高通讯系统的抗干扰能力，常用于有噪音干扰的环境里传输信号。达到同样的加热效果，开关量控制容易，驱动简单，驱动电路的抗干扰能力强。所以我采用的是光耦合双向可控硅驱动电路。3.1.4 键盘输入部分常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。独立式按键接口是各种按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容
31、易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的I/O口线相接，通过读I/O口，判定各I/O口线的电平状态，即可识别出按下的键盘。44矩阵键盘接口方式适用于按键数量较多的场合，它有行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。矩阵键盘的工作原理是按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接在按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，当有按键按下时，行线电平状态将由与此电平相连的列线电平决定。
32、列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。这是识别矩阵键盘是否被按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并做适当处理，才能决定闭合键位置。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一决定，所以分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。但这种编码对于不同行的键，离散性大，并且编码的复杂度与键盘的个数成正比，因此不适合用在输入量小的设计中。本设计的按键需求较多，所以我采用的是矩阵式键盘接口方式，该方案可以减少单片机的I/O口使用，节
33、约资源。 3.2 单元电路设计3.2.1 温度采集电路本设计的温度采集系统主要是数字温度传感器DS18B20，如图3.1所示。本设计以DS18B20为传感器，AT89C51单片机为控制核心组成的温度巡回检测系统，在图3-1中，DS18B20的供电方式为外部电源，其I/O数据线与P3.4相连。在DS18B20接入系统之前，应分别从激光ROM中读出其序号，然后分别赋予在系统中的编号1n。该系统需要用键盘来设置温度报警的门限值，并用七段LED显示器显示DS18B20的编号和测量的温度值。 图3.1 温度采集电路温度检测系统原理图如图3.1所示，采用外接电源供电方式。为保证在有效的DS18B20时钟周
34、期内提供足够的电流，我们用一个电阻R30和89C51的一个I/O口（P3.4）来完成对DS18B20总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用外接电源供电方式时Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连。在本设计中，我采用的是单个DS18B20测室内温度，并把它直接与单片机的I/O口相连，将测得的温度值送入CPU与键盘输入的设定值进行比较，然后通过CPU来控制负载电路的工作。一般来说CPU 对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器和数据操作。DS1
35、8B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议，如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通信协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。3.2.2 LED显示电路LED电路采用4只共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态扫描，两种都可以实现显示功能，但由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算，本人采用节约硬件资源的动态扫描显示方式。P2口的P2.0至P2.3接限流电阻作为段选控制，P2口的P2.4至P2.7经三极管驱动后作为位选控制，在
36、10ms定时中断服务程序中分别对显示的各位进行动态扫描显示。LED分别对室内温度和时间进行动态显示，其相互显示间隔设定为1分钟，即显示温度时第一、二位为十位、个位，第三、四位为小数位;而显示时间时第一、二位为小时，第三、四位为分钟，显示数据由CD4511译码器输出。 由4个共阴极的数码管组成温度和时间交替显示。P2口的四条数据线P2.0至P2.3分别与CD4511译码器的ABCD口相接，P2口的P2.4至P2.7分别通过电阻R6至R9与Q1至Q4的基极相连接。这样通过P2口送出一个存储单元的高位，低位BCD显示代码，通过P2口另几位送出扫描选通代码轮流点亮LED1至LED4，就会将要显示的数据
37、在数码管中显示出来。图3.2 LED显示电路所谓LED静态驱动：是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动；其点亮和关闭由该I/O口来对其控制，互不干涉，对I/O驱动能力弱的MCU，必须增加外部驱动芯片或三极管等器件。此种设计一般应用在单个LED的驱动或LED数量较少，且所选的MCUI/O口比较充裕的情况下。由于每一个LED均由独立的I/O口控制，因此优点是软件编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个 AT89C51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用
38、时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。LED的动态显示方式: 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的公共极，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程
39、中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，却能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。 由于所有的 LED模块共用了驱动端，因此LED的驱动不再像静态法一样为每个LED所独享，因此其驱动的设计方法也与静态法完全不同，需要采用分时扫描方法来实现对所有LED的显示驱动，其原理如下：a.将A0设置为高电平，也即允许第一组LED显示，同时将A2,A3,A4设置为低电平，也即关闭该阴极所对应的LED组显示；b.在P2口输出A0组对
40、应的显示数据，如字符点阵数据、7段码对应的数字的数据等，该数据可以通过ROM表的形式预先定义；c.保持一定的时间T，该时间即为所设定的定时器的中断时间；d.将A0口设置为低电平，关闭A0组的LED显示；e.将A1设置为高电平，其他几个设置为低电平，开启A1组对应的LED显示；f.在P0口输出A1组对应的显示数据；g.重复以上步骤，直到所有组被扫描一遍，然后又从A0组开始下一个循环，如此周而复始，实现所有LED的动态显示。该方法的原理利用了人眼对物体的视觉延迟来达到所有LED的同时显示，实际应用时，在同一个时刻，只有一组LED处于显示状态，而其他LED处于关闭状态。理论上，若两次显示之间的时间间
41、隔小于32ms时，人眼既无法分辨，因此，为了达到此要求，LED的扫描频率一般可以按照下式计算得出:f=32*N。式中，f为扫描的频率，对应为定时器的时间（T=1/ f）；32则是由32ms换算而来，32ms对应的频率刚好为32Hz；N则时总的LED的组数（此例中N=4）。根据此式算出的扫描频率f实际是LED驱动扫描的最小频率，若低于此频率，则有可能导致LED的闪烁； f也不可能越高越好，扫描的频率太高，每组LED的点亮时间就越短，因此有可能导致LED的亮度不够或显示效果不理想等一些问题。当然提高LED的驱动电压也可以补偿由此造成的亮度不够的问题。数据与代码转换。由前述可知，P2口的P2.0至P
42、2.3输出段选码，P2口的P2.4至P2.7输出位选码，LED就会显示出数字来。但P2口输出的数据是BCD码，各存储器存储的数据是二进制，也就是和要显示出的字符表达的含义是不一致的。可见，将要显示的存储器单元的数据直接送到P2口去驱动LED数码管显示是不能正确表达的，必须在系统内部将要显示的数据经过BCD码转换后，将各个单元数据的段选代码送入P2口，给CD4511译码后去驱动数码管显示。具体转换过程如下：我们先将要显示的数据装入累加器A中，再将A中的数据转换成高低两位的BCD码，再放回A中，然后将A中的值输出。如：有一个单元存储了45这样一位数，则需转换成四位BCD码(0100) (1001)
43、然后放入A中，A中BCD码，高四位代表4，低四位代表5，同时送给两个译码器中，译码后45字就在两个LED中显示出来。3.2.3 驱动控制电路图3.3 驱动控制电路在空调器电控中，主芯片将各种输入信号进行计算后，控制其他电路驱动负载工作，完成空调的预定功能。而驱动电路是将主芯片输出的信号进行功率放大，控制负载工作，一般驱动电路包括功率放大器、继电器及相关元件组成的末级推动电路。本设计中，我采用了光耦合双向可控硅驱动器，光耦合双向可控硅驱动器是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件，它由输入和输出两部分组成，输入部分为砷化镓发光二极管，该二极管在5mA15mA正向电流作用下发出足够强度的红
44、外光，触发输出部分；输出部分是一个硅光敏双向可控硅，在红外线的作用下可双向导通。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。一方面光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响；另一方面，光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传递形式。单片机发出信号经过功率放大器IC9（7407）将信号传递给光耦合双向可控硅驱动器，然后通过它的开断来控制继电器工作，从而达到控制负载电路的目的，实现空调机的制热或制冷效果。3.2.4 键盘设置电路键盘是人与微机打交道的主要设备，按键的读取容易引起误动作。可采用软件去抖动的方法处理，软件的触点在闭合和
45、断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平不稳定，如不采取妥善处理的话，将引起按键命令错误或重复执行，在这里采用软件延时的方法来避开抖动，延时时间20mS。按下某键时，对应的功能键释放得到执行，如操作者没释放按键，则对应的功能会反复执行，好像连续执行，在这里我们采用软件延时250mS，当按键释放则执行下一条对应程序。按键电路由九个微动按键组成，分别由P0口的P0.2至P0.7控制，通过按键可以进行空调温度、风速、时间的调节，可以对空调的显示内容进行设定和对空调原始设定进行修改。本键盘设计中只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别、决定按键的读数等仅靠软件来完成，故硬件较为简单，但占CPU
46、时间较多。键盘的键输入程序应完成的基本任务：1.监视有无按键按下：按键的闭合与否，反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确定按键按下与否。2.判断是哪个按键按下。3.完成按键处理。单片机及应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU忙于各项任务时，如何兼顾键盘的输入，取决于键盘的工作方式。而键盘的工作方式则根据仪表系统中CPU任务的份量来确定。键盘的工作方式选取的原则是：既要保证能及时响应按键的操作，又不过多地占用CPU的工作时间。按键的工作方式有：查询方式（编程扫描，定时扫描方式），中断扫描方式。矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成。
47、按键位于行列的交叉点上节约I/O口。矩阵键盘工作原理：行线通过上拉电阻接到+5V上，无按键按下，行线处于高电平状态；有按键按下，行线电平状态由与此行线相连的列线电平决定，列线电平为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平为高。图3.4为按键电路。图3.4 按键电路3.2.5 电源电路本设计所用的电源电压为220V，首先交流电经过变压器降压为9V的交流电，通过桥式整流，E1,C1滤波，输出+5V左右的直流电压，然后再经过集成三端稳压器IC2（17805），E2,C2滤波，输出直流5V，给温度检测电路、时钟电路、显示电路、复位电路等提供工作电压。其直流稳压电源的组成框图如下：图3.5 直流稳压
48、电源的组成框图1.电源变压器：将220V,50HZ的交流电压转换成5V直流电压。2.滤波电路：利用电感和电容的阻抗特性，将整流后的单向脉动电流中的交流分量滤去，使单向脉动电流变换成平滑的直流电。3.稳压电路：当电网电压波动或负载的变动会导致负载上得到的直流电不稳定，影响电子设备的性能，用稳压管，即采用一些负反馈方式的稳压电路，使之自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压。供电部分输入220V、50HZ的交流电，输出电压+5V，供给整个电路电源，电流最大为400mA； LM17812和LM17805负载重，功率大，加装了散热片。本设计的电源电路设计图如下：图3.6 电源电路3.2.6 外部晶振电路 外部晶振电路由2个33pF的电容和一个12MHz的晶体振荡器构成。片内电路与片外器件构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时
