空调控制系统设计

1设计任务描述

1.1设计主要内容及要求：

设计一个空调控制器。能利用单片机等原理部件模拟温度的调控和显示等功能，空调器是能控制风机和压缩机同时工作产生调节温度的原理。硬件要求能有电路原理图及各部件完整的实物分析等，要对空调机有完整的了解。才能达到此次设计任务的效果。

要求：1）硬件电路设计，包括原理图和PCB板图。

2）控制器软件设计。

3）要求能够设定温度、测量温度、显示温度、制冷控制以及风机控制。

2设计思路

2.1系统总体结构的设计

可以说空调控制器是围绕着一个核心部件来架设外围部件的设备，在这里核心部件是大多数厂家都会选用的单片机，因为现在的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，这样更能有利于我们着手于功能设置。

系统的设计出空调器的原理和注意事项，能方便的使用空调器来完成我们所想达到的目的，对于一般的空调器来说能自动的调节温度的变化范围，可以说这是一种恒温的效果，但是毕竟

我们模拟的设备部能像真实的一样细致。所以我采用灯和电机等代替采集和设定的比较结果，

能很好的显示和明显的完成任务。

2.2环节设计、部件选择及参数计算

无疑对于空调器的设计来说，要能人工智能的操作其能控制温度的调节和设定温度的比

较是一个较大的难题，因为往往我们所用的都是十进制数即所说的阿拉伯数字，但是像单片机

这种高级的工具设备是不能识别的，它只能识别机器码也就是术语说的机器语言，这就为我们

采集温度带来了一个很大的难题。

对于我所采集的温度值来讲，把每个温度值分为16等份，在每一等份之间我人为的规定

每跳变一个数字度即比较一次，当然采集的都是模拟信号这样的话单片机是不能用于比较的，

所以接入单片机之前用A/D转换器把数据转换成数字量，这样通过单片机本身的比较器就能计

算出设定值和采集值的判定工作模式和是否应该工作电机和风机及压缩机等外部设备。

主要的步骤包括转换十进制数和十六进制数，这其中有一种方法叫按位加权累加和法，

即当你把十进制数分别存储在两个存储单元中，即按十位和个位的排法，把个位的数值乘以

16的零次方，并且存储在原位，这时可以用另一个单元的数乘以16的一次方这样循环使用把

两者的数值相加，即能完成一个数的十进制和十六进制的转化。

这样当你的键盘有输入值的时候，每一个键值会自动转化为每个存储单元供显示作用。2.3各部分部件选择

温度采集电路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，使用方便，便于处理。

温度的采集是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。在比较之前需要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。当温度高于设定值时进行制冷，温度低于设定值时加热，只有温度处于人体适宜温度提示灯才不会亮。温度设定是通过键盘输入来完成的，再通过查表得到可以进行比较的数，存入相应的存储单元，进行显示。

2.4总体功能解析

它主要完成的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。我设计的空调控制器硬件部分主要有温度采集传感器应用电路、制冷电路、加热电路、指示灯电路、C8051F020单片机，以及单片机的复位和晶振电路。

2.5设计方框图

图2.1空调控制器框图

开始

系统初始化

启动A/D

Y

有设定值设置温度温度转换N

N

A/D转换完成？

A/D数据变换

N Y

实际温度大于设定值？相等

Y N

制冷工作加热工作

显示温度

图2.2空调控制器程序流程图

3各部分硬件电路设计及参数计算

3.1电源电路设计

图3.1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

3.2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C2进行充电，电路导通，充电结束后，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C1的作用是抑制干扰从复位端进入。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。