空调控制系统

1总体方案设计

随着人们生活水平的提高，人们对空调的舒适性和空气品质的要求越来越高，分体式空调已不能满足人们的要求，户式中央空调得到了迅猛的发展。就室内居住环境而言，恒温环境并非是卫生和舒适的。因为除了温度外，还有湿度、空气流速、空气洁净度等诸多因素影响到舒适的程度。而传统的中央空调靠设置机械温控开关来实现房间的恒温控制。这种控制方法，一方面操作不方便；另一方面温度波动范围大，不但影响人的舒适感，而且会造成一定的能量损耗。采用单片机温度控制系统控制的户式中央空调系统，可以根据室内的环境因素，调节风机的转速，为人们创造一个舒适的室内环境，同时又节省电。

随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机[3]的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。而本次设计就是要通过以C51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制系统的设计。

1.1方案一

选用AT89C51单片机为中央处理器，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1-1 方案一设计图框

该图控制简单，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。

1.2方案二

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LM35DZ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1-2 方案二设计图框

该方案容易控制，系统原理比较简单，电路可靠。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。

1.3总体方案选择及实现

1.3.1 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。

1.3.2 具体的实现方案

实现方案的技术线路为：用按钮输入标准温度值，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ISIS软件对设计进行仿真，用C语言完成软件编程。单片机AT89S51中央处理器如图所示：

图1-3 单片机AT89C51

Vcc、Vss：用于外接单片机的工作电源，电源电压为5V。XTAL1、XTALL2：用于外接晶振构成振荡电路或直接输入时钟信号。RST：复位信号输入引脚，高电平有效。ALE：地址锁存信号输出引脚，固定输出1/6振荡频率的脉冲，可作为脉冲信号源使用。/EA：片内、片外程序存储器选择控制引脚。

输入部分:AT89S51、A/D转换、驱动控制、温度控制器、加热、制冷。空气显示部分:4/PSEN：片外程序存储器读允许控制器。P0.0~P0.7：P0口I/O引脚，或数据线/低8位地址总线复用引脚。P1.0~P1.7：P1口I/O引脚。P2.0~P2.7：P2口I/O引脚，或高8位地址总线引脚。P3.0~P3.7：P3口I/O引脚，此外，每个引脚都有第二功能。

2硬件设计

2.1硬件各单元方案设计与选择

2.1.1 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，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40℃～90℃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0℃～100℃时，最大非线性偏差小于0.5℃。铂热电阻与温度的关系是，Rt=R0(1+At+Bt×t)；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9~12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，其电路简单可靠，不需要A/D转换，直接可以与单片机相连。

2.1.2 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，静态显示器的亮度都较高。若用I/O口接口，这需要占