空调控制系统

ARM数字智慧型空调自动控制系统

一、技术概述

设计一个空调控制系统，利用单片机等原理部件模拟温度的调控和显示等功能，空调自动控制是能控制风机和压缩机同时工作产生调节温度的原理。ARM数字智慧型空调自动控制系统是围绕着一个核心部件来架设外围部件的设备，在这里核心部件是单片机，因为单片机拥有很高的集成设备，包含了大量的存储器和虚拟存储等，而且键盘输入及显示都是在内部集成的省却了扩展外围设备的麻烦，能方便的ARM数字智慧型空调自动控制系统来完成我们所想达到的目的。ARM 数字智慧型空调自动控制系统中所选用的传感器是热电偶，因为它测量精度高，而且输出的是电压信号，与摄氏温度成正比，同时又能够直接与单片机的A/D直接相连，通过热电偶的温度采集电路，将温度转化成模拟电压进行输出，作为输入信号送给单片机，单片机的A/D最高输入电压为2.4V，对应于十二位A/D转换器的最大值FFFH,根据其对应关系得到A/D转换后的值，存入固定的存储单元中准备与温度设定值进行比较，按照一定的比例值进行转换，这个比例值近似的取为16倍，得到一个新的十六进制数，由于选用的传感器每摄氏度对应0.01V，经过模数转换后得到每摄氏度对应08H,再通过判断查表即可得到温度的十六进制数，再存到相应的单元中与设定值进行比较。ARM数字智慧型空调自动控制系统主要功能就是可以设定温度，实时采集温度并在LED上显示设定温度和当前温度。

二、各部分硬件电路设计及参数计算

2.1电源电路设计

图2-1电源电路

单片机所采用的电源是 3.3V，还有复位电路和其他电路也需要直流电源，而家用电是交流220V，所以需要进行整流、滤波。

需要将输入为5V～9V的电压值稳压到3.3V需要使用两块LM7805和1117稳压芯片。其中LM7805的作用是将输入为5V～9V的电压稳压为5V，满足1117稳压芯片的工作电压(5V),经过1117稳压芯片后其输出的电压为所需的3.3V电压。

LM7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

主要特点：

（1）输出电流可达 1A

（2）输出电压有：5V

（3）过热保护

（4）短路保护

（5）输出晶体管 SOA 保护

2.2单片机电路

单片机正常工作时，除了要加恒压电源外，还需要设计复位电路和晶振电路，我所设计的复位电路既可以上电复位，又可以在单片机非正常工作时进行手动复位，晶振采用的是12MHZ外部晶振。通电时，电容

C进行充电，电路导通，充

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电结束后，复位结束，充电时间决定复位时间。工作过程中，当按下复位键后，电路导通，按键时间决定了复位时间。电路中电容

C的作用是抑制干扰从复位

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端进入。器件内还集成了外部振荡器驱动电路，允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC 或外部时钟源产生系统时钟。

复位电路和晶振电路图如下所示：

图2-2单片机复位及晶振电路

2.3键盘和显示电路

PB和PC口是8255两个八位带锁存的输入口，可实现输出数据锁存。PB口的端口地址为8001H，PC口的端口地址为8002H。PA口未用。用PB口作六个数码管的位选。用8708作显示器的位选驱动。PC口作字型码锁存。8255控制字的端口地址是8003H。8078作数码管字型显示驱动。六位数码管采用共阴极方式。键盘及显示电路如下图所示：

图2-3键盘输入电路

图2-4输出显示电路

8255扩展接口是由高八位地址(A8～A15)通过74LS138译码产生的。PA,PB,PC口和8255控制口的地址分别是8000H,8001H,8002H和8003H,它们由低位地址A0和A1区别。低位地址A0和A1从低位地址锁存器74LS138的输出端引出。

2.4温度传感器的选择

本系统采用镍铬-镍硅热电偶作为温度传感器，由热电偶的特性可知，进入放大器的电压信号实为热电偶冷热端温差引起的热电势信号，冷端处于设定温度，热端处于外界室温，单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经冷端温度补偿后，在查K分度表则可以得到热端温度值，室温的测量可以经过热电阻式传感器变化为电压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道，单片机程序自动完成热电偶信号的采集和冷端信号采集，计算出实际的温度，从而控制控制空调

的外部设备工作。

图2-5传感器采集电路

2.5外围部件的选择

在单片机的程序中需要设定适宜温度的范围，当从传感器接受的温度电压信号经过模数转换后，室内温度高于或者低于设定的范围，那么指示灯亮，通过编写单片机的I/O输出来控制指示信号的发出。当采集温度高于设定温度时，需进行制冷，通过程序的设计启动风机；当采集温度低于设定温度需利用电机进行加热。

图2-6外部工作灯电路

由于二极管所能承受的最大电流为20mA ,而电源电压为5V ，所以应串接一个电阻，其阻值最小为：

352502010

U R I -===Ω⨯

三、主要元器件介绍

3.1热电偶传感器

镍铬温度传感器是一种电压输出型精密温度传感器。它工作类似于齐纳二极管，其反向击穿电压随绝缘温度以10/mV K 的比例变化。该器件在工作电流为400A 500A u u 范围内的动态电阻小于1Ω，当对它在25C ︒校准后，它在范围内具有小于的典型误差。热电偶可应用于范围在40150C -︒ 内的任何形式的温度检测，它的低阻抗和线性输出使得其读出和控制接口电路非常简单。热电偶测温范围分别为40100C -︒ 。其短时间使用测温上限可扩宽至120C ︒。

主要特点：

(1) 在绝对温度下直接校准。

(2) 1℃的初始精度。

(3) 工作于400uA~5mA 电流范围。

(4) 低于1Ω的动态阻抗 。

(5) 容易校准 。

(6) -40℃~+100℃宽工作温度范围。