空调控制系统设计毕业论文

空调控制系统设计毕业论文1 绪论
1．1 论文的研究目的和意义
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。

随着电子产品的快速发展，单片机的应用领域相当广泛，几乎很难找到没有单片机足迹的领域。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

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，亦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也十分广泛。

空调的主要功能是改变室温度。

本文将初步的讨论单片机与空调的结合，用单片机控制实现空调的各项基本功能。

1．2 空调的概述
“空调”(room air conditioner) 即房间空气调节器，是一种用于给房间(或封闭空间、区域)提供处理空气的机组。

它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

由被称为制冷之父的英国发明家威利斯·哈维兰德·卡里尔（有的地方译作开利）于1902年设计并安装了第一部空调系统。

按外形分类可分为窗式、分体挂壁式、分体立柜式、吊顶式、嵌入式、小型中央空调等。

1．2．1 空调的基本功能说明
（1）电辅助加热
市面上的冷暖空调分为普通冷暖空调和带辅助电加热冷暖空调，而带辅助电加热冷暖空调又分为采用电阻丝发热的和采用PTC 材料发热的冷热空调。

采用电阻丝加热的空调是在空调机装上一个电阻丝通电发热，实质上就相当于一个挂在墙上的电炉，具有很大的安全隐患；而采用PTC材料发热的冷暖空调则是用特殊质地的陶瓷完全替代了电阻丝，完全排除了这种安全隐患。

另外，PTC发热组件装上温控器和熔断器，起双重保护功能。

（2）超低温启动
目前市场上的空调大部分具备这一功能，能够在最低零下20度的时候快速启动，强劲制暖，方便我们的使用也有利于不同地区的朋友选择购买，而不具备的话则就会受地区的限制而无法普及性
的进行售卖或受限制而无法购买。

(3)甲醛滤网
空调过滤原理:甲醛克星滤网是以波纹状驻极纤维为载体，波纹状结构在低风阻下具有较高的容尘量;吸附原理，活性炭是一种微孔发达，比表面积大的高效吸附剂，在过滤器中它作为捕捉器抓住环境中的有害气体.然后传递给其孔的催化剂;当有害气体通过碳层时，载持在活性炭上的催化剂与有害气体接触进行反应，将有害气体催化分解成无害物质。

（4）干燥防霉
干燥防霉功能是在制冷、除湿、自动（制冷）模式下关机，空调器继续以微风运转10分钟（此时干燥防霉图案亮）吹干蒸发器的水分，防止蒸发器积水发霉、吹出异味气体。

此功能为默认设置，如果确实需要中止干燥防霉功能运行，可在干燥防霉运行时使用遥器将当前模式改选为“健康”模式，按压“开/关”按钮开机，5秒钟后，再按压“开/关”按钮关机。

注：在干燥防霉功能启动时，建议不要在空调器未完全停机之前重新开启空调器。

(5)超远距离送风
指空调的送风能力，一般柜机具备这一功能比较多，并且在使用中其超远送风距离能够快速的调节室温度，舒适我们的使用，一般最远的距离为20米，而壁挂空调很少具备这一功能，主要是受产品适用面积的限制。

(6)降温
在空调器设计与制造中，一般允许将温度控制在16~32℃之间。

如若温度设定过低时，一方面增加不必要的电力消耗，另一方面造成室外温差偏大时，人们进出房间不能很快适应温度变化，容易患感冒。

（7）除湿
空调器在制冷过程中伴有除湿作用。

人们感觉舒适的环境相对湿度应在40~60%左右，当相对湿度过大如在90%以上，即使温度在舒适围，人的感觉仍然不佳。

（8）升温
热泵型与电热型空调器都有升温功能。

升温能力随室外环境温度下降逐步变小，若温度在-5℃时几乎不能满足供热要求。

（9）净化空气
空气中含一定量有害气体如NH3，SO2等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。

专门对付室装修(包括地板、家具、墙漆等)产生的甲醛等有害气体，能有效过滤、吸附、催化并分解室这些看不见的有害气体为无害的CO2等，确保家人的健康。

空调器净化方法有：换新风、过滤、利用活性碳或光触媒吸附和吸收等。

A、换新风：利用风机系统将室潮湿空气往室外排，使室形成一定程度负压，新鲜空气从四周门缝、窗缝进入
B、光触媒：在光的照射下可以再生，将吸附（收）的氨气、尼古丁、醋酸、硫化氢等有害物质释放掉，可重新使用。

（10）增加空气负离子浓度
空气中带电微粒浓度大小，会影响人体舒适感。

空调上安装负离子发生器可增加空气负离子度，使环境更舒适，同时对降低血压、抑制哮喘等方面有一定医疗效果。

1．2．2 空调的工作原理
空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。

按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。

系统工作时，压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的液态氟
利昂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态氟利昂，所以室外机吹出来的是热风。

液态的氟利昂经毛细管，进入蒸发器（室机），空间突然增大，压力减小，液态的氟利昂就会汽化，变成气态低温的氟利昂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室机的风扇将室的空气从蒸发器中吹过，所以室机吹出来的就是冷风，从而达到降低室温度的目的；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

然后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环。

1．3设计思路和任务
1. 本文设计的空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。

系统用ATMEL公司生产的AT89S51单片机,通过A/D转换器AD0809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。

2．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主控制系统单片机最小系统工作电路
2.1单片机的功能概论
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他
的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CCPU、存、部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
2.2 单片机的选择
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051
指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场介，可灵活应用于各种控制领域。

2.2.1 AT89S51的主要性能参数
⑴与MCS-51 产品指令系统完全兼容
⑵ 4k字节在线系统编程(ISP) Flash闪速存储器
⑶ 1000次擦写周期
⑷ 4. 0---5. 5V的工作电压围
⑸全静态工作模式：0Hz---33MHz
⑹三级程序加密锁
⑺128×8字节部RAM
⑻ 32个可编程I/O口线
⑼ 2个16位定时/计数器
⑽ 6个中断源
⑾全双工串行UART通道
⑿低功耗空闲和掉电模式
⒀中断可从空闲模式唤醒系统
⒁看门狗(WDT)
⒂掉电标识
⒃快速编程特性
⒄双数据指针
⒅灵活的在线系统编程(ISP一字节或页写模式)
2.2.2 功能特性
AT89S51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节部RAM， 32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。

同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

2.2.3引脚功能说明
Vcc：电源电压
GND：地
P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写‘1’可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活部上拉电阻。

在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：P1是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。

对端口写‘1’，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，囚为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(In)。

Flash编程和程序校验期间 P 1接收低8位地址。

P2口：P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。

对端口写‘1’，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，囚为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(In)。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高 8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX Ri指令)时，P2口线卜的容(也即特殊功能寄存器（SFR)区中P2寄存器的容)，在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

P3口：P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。

对P3 口写入“1”时，它们被部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（In）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。

P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR 的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRTO 位缺省为RESET输出高电平打开状态。

ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，囚
此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR)区中的8EH单元的D0位置位，可禁正ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC 指令ALE才会被激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

PSEN：程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。

EA/VPP：外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH), EA端必须保持低电平(接地)。

需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平(接Vcc端)，CPU则执行部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12 V的编程电压Vpp。

XTAL 1：振荡器反相放大器及部时钟发生器的输入端。

XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

2.2.4 特殊功能寄存器
特殊功能寄存器的于片的空间分布的这些地址并没有全部占用，没有占用的地址亦不可使用，读这些地址将得到一个随意的数值。

而写这些地址单元将不能得到预期的结果。

中断寄存器：
各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。

双时钟指针寄存器：
为更方便地访问部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存器：DP0位于SFR(特殊功能寄存器)区块中的地址82H, 83H 和DP1位于地址84H, 85H，当SFR中的位DPS=0选择DP0，而DPS=1则选择DP1。

用户应在访问相应的数据指针寄存器前初始化DPS位。

电源空闲标志：
电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位(PCON.4}，电源打开时POF置‘1’，它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。

程序存储器：
如果EA引脚接地(GND)，全部程序均执行外部存储器。

在AT89S51,假如EA接至Vcc(电源+)，程序首先执行地址从0000H-OFFFH （4KB）部程序存储器，而执行地址为1000H-FFFFH (60KB)的外部程序存储器。

数据存储器：
AT89S51的具有128字节的部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。

看门狗定时器(WDT)：
WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看门狗复位SFR (WDTRST)构成。

外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，用户必须按顺序将01EH和0E1H写到WDTRST寄存器（SFR地址为OA6H},当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RSF引脚输出高电平的复位脉冲。

定时器0和定时器1：
定时器0和1都是一个16位定时/计数器
2.2.5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。

80C51单片机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80C51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。

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片的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。

通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ，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
图2-1 时钟电路
2.2.6 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超过4μs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。

一个单片机系统能复正常运行，首先要检查是否能复位成功。

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100Ω和8.2KΩ，电容值定为10μF，这样，即能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。

可以使系统正常运行。

系统的复位电路如图2-2所示：
图2-2 复位电路
3·硬件电路设计
3.1硬件总体设计方案
（1）该制冷系统由AT89S51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100μs 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）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电源模块电路的设计
电源电路按元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路、集成稳压电路等。

根据调整元件与连接方法，可分为并联型和串联型；根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关稳压电路。

本设计中采用了线性工作状态的线性集成稳压电源。

直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V 交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。

直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，设计框图：
输入交流电压220v 输出直流电压5v
变压器 滤波电路 整流电路 稳压电路
3·2·1 电源变压器
变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将市电转化为电路能承担的电压。

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

变压器的基本原理是电磁感应原理。

电源变压器作用是将电网220V的交流电压U1变换成整流滤波电路所需的交流电压U2。

3·2·2整流电路
整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。

整流电路常见的有单相桥式整流电路、单相半波整流电路和单相全波整流电路。

小功率直流电源因功率比较小，通常采用单相交流供电。

由于桥式整流电路克服了半波整流的缺点，对于电源质量要求高的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。

本次设计为桥式整流滤波电路，就是四个二极管两两并联后接入输出电压分别把正负电压整流在输出时候获得了正负输出的两次的整流电压.
3·2·3滤波电路
整流电路将交流电压变成单向脉动的直流电压，而滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成份，合之成为平滑的直流电压。

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成
分（称为纹波电压）。

为了获得平滑的直流电压，应在整流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。

滤波电路常见的有电容滤波电路、电感滤波电路及π型滤波电路。

本设计采用电容滤波电路。

电容滤波电路主要利用电容两端电压不能突变的特性，使负载电压波形平滑，故电容应与负载并联。

桥式整流电路带电阻负载时的输出直流电压U0=0.9V，接上电容滤波后，空载时的输出直流电压U0=UC=U2。

所以，接上负载时的桥式整流电容滤波电路的输出电压介于上述两者之间，其大小与放电时间常数RLC有关，RLC越大，U0越大。

图4-2-1 整流滤波电路
3·2·4稳压电路
稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。

由于三端式稳压器只有三个引出端子，具有应用时外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而广泛应用。

三端式稳压器有两种，一种称为固定输出三端稳压器，另一种称为可调输出三端稳压器。

它们的基本组成及工作原理都相同，均采用串联型稳压电路。

其输出电压由具体型号中的。