《基于单片机的空调控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的空调控制系统设计.doc（24页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 毕业论文（设计）基于单片机的空调控制系统设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气1091班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2011 年 9月 30 日摘 要在本文中，系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源抗干扰、A/D转换抗干扰以及键盘输入接口的消抖处理。本文设计的空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。系统采用Intel公司生产的89C51单片机,通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，空
2、调的心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机的控制，实现了空调的制冷。关键词：空调制冷 压缩机 A/D转换器 抗干扰 单片机AbstractThe theory of refrigeration of air-condition, the hardwork structure, working principle and its use and the design of various parts of logic functive circuit was introduced by the numbers in this paper. The question of anti-jamming
3、of Single Chip Micyoco (SCM) was solved. The anti-jamming of regulated electrical source and A/D conversion and the antiquiver treatment of keyboard input interface was used.The refrigeration system of air-condition designed in this paper is a integrated SCM. The 89C51 SCM produced by Intel Company
4、was used, the data collected by temperature sensors was sent to SCM through A/D conversion, then SCM decided the work condition of compressor threugh comparing the data collected with set temperature, the compressor is the heart of air-condition, SCM carried out the refrigeration of air-condition th
5、rough controling the refrigerative compressor. Key words:refrigeration of air-condition; compressor; A/D conversion; anti-jamming; Single Chip Micyoco目 录1 引言12 方案论证与设计22.1应用系统的目标任务22.2总体方案示意图22.3 89C51简介22.4 ADC0809简介43硬件电路设计53.1硬件总体设计方案53.2单片机时钟电路设计53.3复位及复位电路设计63.4系统设计电路图64 理论分析与计算84.1参数的计算84.2按键接
6、口设计84.2参数的确定95软件设计105.1主程序模块105.2温度设定中断子程序115.3温度显示子程序125.4定时中断子程序146结语19致 谢20参考文献211 引言由于微电子、计算机和通讯技术的发展，微型计算机的应用已经深入到国民经济的各个领域，从家用电器、机电一体化产品到航空航天技术、人工智能、生物工程以及现代通信技术等各个领域，微型计算机的应用都取得了巨大的社会效益和经济效益。当今，计算机的应用水平已在很大程度上决定了生产力的水平。微型单片机系统以其体积小、性能价格比高，指令丰富、提供多种外围接口部件、控制灵活等优点，广泛应用于各种家电产品和工业控制系统中，在温度控制领域的应用
7、也十分广泛。随着能源的日趋减少，大气污染愈加严重，节能已是一个不容忽视的问题。众所周知，空调正朝着节能、舒适、静噪于一体的方向发展。如变频空调，它刚一问世，就显示出强大的生命力；家用中央空调将全部居室空间的空气调节和生活品质改善作为整体来实现，克服了分体式壁挂和柜式空调对分割室的局部处理和不均匀的空气气流等不足之处。通过巧妙的设计和安装可实现美观典雅和舒适卫生的和谐统一，是国际和国内的发展潮流。可以预料，下世纪的空调将会以更快的步伐向前发展。目前空调已经广泛地应用于生产、生活中。空调的主要功能是改变室内温度。本文设计了一个空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。系统采用Intel公司生产的89
8、C51单片机,通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，空调的心脏是压缩机，单片机通过对制冷压缩机的控制，实现了空调的制冷。在本文中，系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源的抗干扰、A/D转换抗干扰以及键盘输入接口的消抖处理。2 方案论证与设计2.1应用系统的目标任务控制系统要控制的是空气温度，是通过压缩机的运行、停止控制的，实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态。该系统要实现以下功能。（1）根据环境温度控制压缩机工作：控制参
9、数是温度，被控参数是压缩机电路通、断的工作状态。（2）设置希望的环境温度值：由人手动控制。（3）显示设定的温度值。2.2总体方案示意图经过以上转化，该制冷系统总体方案示意图如图1所示： 图1 制冷控制系统总体方案示意图2.3 89C51简介89C51是一种低功耗，高性能含有4K字节快闪可编程/擦除只读存储器的8位微控制器，使用高密度非易失性的存贮技术制造，并且与80C51指令完全兼容，芯片上的E2PROM允许在线或采用非易失性存储编程器对程序存储器重复编程。89C51的主要性能包括：1 与MCS-51微控制器产品兼容。2 片内有4K字节可重复编程快闪擦写存储器（FLASHROM）。从而缩短擦除
10、或写入数据吞吐的时间，能满足需要高速数据吞吐的场合 。3 编程所需要的所有时序及电压场均无需外部电路提供。4 存储器可以重复写入1000次。5 存储器数据保存时间为10年。6 宽工作电压范围，电压可以由2.7V6V提供。7 全静态工作，可由0HZ16HZ。8 程序存贮器具有三级锁存保护。9 1288位内部ROM。10 32条可编程I/O口线。11 两个16位定时器/计数器。12 中断结构具有5个中断源和2个优先级。13 可编程全双工串行通道。89C51接口除具有与80C51相同的一些性能外，在EPROM编程时，P0口接收代码字节，并在程序校验时输出代码字节，在编程时需要外部上拉负载。综上所述，
11、89C51单片机有其它单片机不可比拟的优点。特别是它的内部的FlashROM，大大提高了编程的速度和效率。而本系统需要对现场进行快速的设置调整。另外，89C51芯片特别便宜，具有很高的性价比。所以选用了89C51电脑控制器的主控机。89C51结构框图如下：时钟CPUE2PROMRAM定时/计数器并行接口串行接口 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TxD RxD INT0 INT1图 2-2 89C51结构图2.4 ADC0809简介A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D
12、芯片 1主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）。4）单个+5V电源供电 。5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40+85摄氏度。 7）低功耗，约15mW。ADC0809应用说明（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 （2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5）是否转换完毕，我们根据
13、EOC信号来判断。 （6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3硬件电路设计3.1硬件总体设计方案（1）该制冷系统由89C51单片机系统即可实现。电源由220V市电经直流电源转化为5V直流电压，采用内部时钟电路。（2）选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0输入。ADC0809由P3.0启动转换，由P3.1控制输出。信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100s从P0口采集数据。时间延迟由T0实现。（3）温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机、引脚相连，以中断方式工作。（4
14、）利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。继电器由P3.7驱动。（5）两位显示器温度的共阳LED七段码分别由P1口、P2口驱动。3.2单片机时钟电路设计时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。89C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是89C51的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图2所示： 图2 振荡电路石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按
15、石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。3.3复位及复位电路设计复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把程序计数器PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动单片机。RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效，其有效时间应持续24个震荡周期（即两个机器周期）以上。若使频率为6MHZ的晶振，则复位信号持续时间
16、超过4s才能完成复位操作。复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图所示。只要电源VCC的上电时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。按键手动复位分为电平方式和脉冲方式两种。其中，电平复位是复位端通过电阻与VCC电源接通而实现的。脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。复位电路虽然简单，但其作用非常重要。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。3.4系统设计电路图系统由单片机复位电路设计电路、A/D转换的设计电路、稳定电源设计电路、交流固态继电器设计电路、LED显示电路、传感
17、器测温电路和按键接口电路组成。其完整电路图如下图所示。4 理论分析与计算4.1参数的计算在本系统中，我采用了按键电平复位方式的复位电路，同时选用晶振的典型值12MHZ，通过经验可将电阻值分别定为100和8.2K，电容值定为10F，这样，即能保证复位信号高电电平持续时间大于2个机器周期。可以使系统正常运行。系统的复位电路如图3所示：图3 系统复位电路4.2按键接口设计 按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。一个电压信号通过机械触点的断开、闭合过程，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，
18、抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为510ms。 按键输入电路由按键K1和K2组成。这2个按键分别连接到单片机的输入引脚P3.1和P3.2。按键K1为“升温”控制键；K2为“降温”控制键，分别对应于2个LED显示器，用于设置两位温度值。当按键K1、K2按下时，相应的单片机输入引脚P3.1和P3.2只能监测到低电平。要将按键与一个反相器串接后再与单片机相连。为防止按键按下时由抖动，还要设计一个消抖电路。消抖电路由一个电阻和按键K串接在5V和地之间，一个电容和按键并联构成。按键输入电路如图4所示：图4按键输入电路如图4.2参数的确定按键的抖动时间常数为。R-C消抖电路的时间常数取10ms，其
19、计算公式为： RC 式1经验取电容值为：C=0.1f,根据式1得： R=/C=10K5软件设计5.1主程序模块主程序主要包括设置、显示默认调节温度为20和进行系统初始化（设定中断、定时方式等）工作。如图5所示：图5主程序框图主程序代码： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ；上电后默认设定温度20ACALL DISPLAY ；显示默认设定值 MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H ；循环定时方式 MOV TH0, 0CEH ；延时100s MOV TL0, 0CEH SETB TR0 ；启动定时 MOV IE, #87H ；开中断 SJMP “$5.2
20、温度设定中断子程序包括“升温”和“降温”两段程序，它们的内容相仿。当手按下“升温”按键，单片机判断是否大于温度上限30，若没超过上限，则将其值升高1，调整为十进制，显示新值。若超过温度上限则返回。升温设置框图如图6所示图6温度设置程序框图升温设置程序代码：ORG 0050HUP: PUSH A CJNE R7, #30H, GOUP ；最高为30 SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 ；升高1 DA A ；调整为十进制 MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP A RETI 降温时，先判断手动设定温度是否超过温度下限，若低于10，
21、若低于10，则返回，反之，将其值降低1。调整为十进制，显示新值。降温设置如图7所示：图7降温程序框图降温设置程序代码：ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN ；最低10 SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 ；降低1 JNB PSW.6, GOON ；调整为十进制 SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI5.3温度显示子程序将2位表示设定温度值的压缩BCD码拆分，查表得到相应的共阳LED码，分别送往P1、P2口。
22、框图如图8所示： 图 8显示子程序框图ORG 0075HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB ；LED显示码表首 MOV A, #0FH ；取各位 ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ；取十位 ANL A, R7 WAP A MOV A, DPTR+A MOVC P2, A RET ORG 0090HLEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共阳显示码 DB 92H,82H,0F8H,80H,90H5.4定时中断子程序定时中断程序模块完成控制系统的核心工作，根据环境温度控制压缩机电路，主要包
23、括3部分内容。（1） 读取温度信号值。（2） 转换为对应的温度值。（3） 与设定值比较决定压缩机电路状态。将P0口输入量转化为温度值的方法分析如下：图ADC0809的基准电压为5V，所以P0口数据值对应的电压值： VT=P0/2565(V)计算时，取其整数部分： T=210-(10P0)/256定时中断程序框图9如下：图9 定时中断子程序框图ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 ；输入数据 SETB P3.0 ；启动下一次模/数转换 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 ；转换为温度值，忽略小 MUL AB ；数部分（B）(10P)/2
24、56 MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 ；转换为BCD压缩码（因 DIV AB ；A内温度值小于100，故可 SWAP A ；用程序中的转换方法） ADD A, B ；（A）=T CJNE A, R7, CON ；与设定温度比较 CON: JNC STOP SETB P3.7 ；启动压缩机 SJMP TIMEEND STOP: CLR P3.7 ；停止压缩机TIMEEND: POP A RETI END完整程序清单如下ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H SJMP UP ORG 000BH AJMP TIME ORG 0013H
25、 SJMP DOWN主程序： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20HACALL DISPLAY MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H MOV TH0, 0CEH MOV TL0, 0CEH SETB TR0 MOV IE, #87H SJMP “$温度设定中断子程序： UP: PUSH A CJNE R7, #30H, GOUP SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 DA A MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP ARETI温度设定中断子程序： ORG 0060HDOWN: PUSH A
26、 CJNE R7, #10H, GODOWN SJMP DOWNENDGODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 JNB PSW.6, GOON SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI显示子程序：ORG 0075HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB MOV A, #0FH ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ANL A, R7 SWAP A MOV A, DPTR+A MOVC P2, A RET ORG 009
27、0H LEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H定时中断子程序：ORG 0100H TIME: PUSH A SETB P3.1 SETB P3.0 MOV P0, #0FFH MOV A, P0MOV B, #10 MUL AB MOV A, #210 CLR C SUBB A, B MOV B, #10 DIV AB SWAP A ADD A, B CJNE A, R7, CON CON: JNC STOP SETB P3.7 SJMP TIMEEND STOP: CLR P3.7 TIMEEND: POP A RE
28、TI END6结语本文设计并实现了89C51对制冷压缩机的控制。在本文中，着重讲解了制冷空调控制系统中各部分硬件的结构、工作原理以及它们与单片机的接口方法,设计了稳压电源滤波电路，有效抑制在电源线上的传导高频干扰，电源滤波不仅能有效地防止环境地电磁干扰，而且能有效地抑制系统本身产生的干扰向外界传递,造成电磁环境污染，因此所以本系统地抗干扰性较好。该系统操作简单，使用维护方便，通用性好，便于扩充。控制装置体积小，性能价格比较高。在本次毕业设计中，不但了解并掌握了单片机控制系统的理论知识，而且实践了了这些知识。这期间遇到了许多问题和困难，不过，在老师的悉心指导和同学的帮助下还是解决了这些困难。通过
29、本次毕业设计，不仅学习了新知识，而且培养了综合运用专业知识进行分析和设计的能力。对我来说，这将是一笔宝贵的财富。致 谢时至今日，我们的毕业设计终于可以画上一个圆满的句号了，现在回想起来在做毕业设计的整个过程，颇有感悟，其中有苦也有甜，但乐趣也尽在其中！不仅让我们对单片机有了更深一步的了解，同时也增加了自己的动手实践能力，为以后的工作打下了基础。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。本次毕业设计是在我们的指导老师凌泽明老师的悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，无不倾注着凌泽明老师辛勤的汗水和心血。凌泽明老师的严谨治学的态度、渊博的知识、无私奉献的精神
30、使我受益匪浅，从尊敬的指导老师身上，我们不仅学到了扎实、宽广的专业知识，而且还学到了做人的道理。在此我要向我们的指导老师致以最衷心的感谢和深深的敬意!同时我们在这里还要感谢我的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我们才能顺利完成本设计。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意。参考文献1刘守义，单片机应用技术，西安电子科技大学出版社，2002年2李科杰，新编传感器技术手册，国防工业出版社，3康华光，电子技术基础-数字部分，第四版 高等教育出版社4张友得,单片微型机原理、应用与实验，第三版 复旦大学出版社 5微型计算机及外部设备常用芯片手册-编辑委员会，微型计算机及外部常用芯 片手册，清华大学出版社6李华, MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，1993年 7何立民，单片机应用文集一，北京航空航天大学出版社，1992年8吴东鑫，新型实用传感器应用指南，电子工业出版社, 1998年8梁伟洋 ,冯祥，电子技术应用，国防科技大学出版社，2002年
