基于单片机的空调温度控制器设计55878

接口 技术课程设计报 告 基于单片机的空调 温度 控制器设计 学 院： 年级专业： 学 号： 姓 名： 指导教师 ： 完成时间 ： 成 绩： 摘 要 设计了基于 统硬件主要由电源电路、温度采集电路（ 键盘、显示电路、输出控制电路及其他辅助电路组成；软件采用 8051系统可以完成温度的显示、温度的设定、空调的控制等多项功能。 关键词： 单片机； 度检测；显示 目录 1 设计目的及要求 . 1 计目的和意义 . 1 计任务与要求 . 1 2 硬件电路设计 . 2 体方案设计 . 2 能模块电路设计 . 3 片机的选型 . 3 荡电路设计 . 5 位电路设计 . 5 盘接口电路设计 . 6 度测量电路设计 . 6 统显示电路设计 . 7 出控制电路设计 . 8 电路设计 . 8 统所用元器件 . 9 3 软件系统设计 . 10 件系统总 体方案设计 . 10 件流程图设计 . 10 4 系统调试 . 11 5 总结 . 13 系统存在的问题及改进措施 . 13 参考文献 . 14 附录 1：系统的源程序清单 . 15 附录 2：系统的 . 39 1 1 设计目的及要求 计目的和意义 21世纪的人们生活质量不断提高，同时也 对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化。我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。一般都要维持在 2126C。 目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备。鉴于目前大多数制冷设备现在状况，我设计了一款基于 统。 计任务与要求 系统要求利用单片机设计一空调温度控制器，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，并且和室温进行比较，当室温低于设定温度时，系统能够驱动加热系统工作，当室温高于设定温度时，系统能够驱动制冷系统工作，当两者温度相等时，不做动作。 2 2 硬件电路设计 体方案设计 空调温度控制系统，主要要完成对温度的采集、显示以及设定等工作，从而实现对空调的控制。传统采用铂电阻充当测温器件的方案，虽然其中段测量线性度好，精度较高，但是测量电路的设计难度高 ，且测量电路系统庞大，难 于调试 ，而且成本相对较高。鉴于上述原因，本系统采用 部温度信号经 位的数字信号， 通过并 口传送到单片机系统 ( 。单片机系统将接收的数字信号译码处理，通过 温度显示出来，同时单片机系统还将完成键盘扫描 、按键温度设定、超温报警等程序的处理 ，将处理的温度信号与系统设定温度值比较，形成可以控制空调制冷、制热与停止工作三种工作状态，从而实现空调的智能化。另外，键盘输入方面，采用了软件来修正误操作输入 ，即输入的温度范围必须在系统硬件所确定的范围内，直接降低由于误操作带来的风险，提高了系统的可靠性 ，体现了人性化的系统设计原则。 系统的整体框图如图 1所示： 图 1 系统整体框图 3 能模块电路设计 片机的选型 由于本系统只需要单片机完成矩阵键盘检测以及处理 来的温度数据并送 ，故选择 程序可以通过 试和固化，因而该芯片的开发不 再需要昂贵的硬件仿真器，可实现实时仿真，所有的资源都可以为用户所使用，可以在线编程或在系统编程，更进一步地说，在线编程或在系统编程是开发的系统具有了通过网络进行升级、维护的潜在功能。 1： 与 片内有 8存可擦写存储器（ 存储器可循环写入 /擦写 10000次以上。 存储器数据保存时间为 10年以上。 宽工作电压范围： V。 全静态工作：可从 0 程序存储器 具有三级加密保护。 256字节的内部 32条可编程 I/ 三个 16位定时器 /计数器。 中断结构具有 5级（ 6级）中断源和两个优下级。 可编程全双工串行通讯。 空闲维持低功耗和掉电状态保护存储数据。 所示。 4 图 2 +5地 位三态 I/个口可独立控制。使用时需外接上拉电阻。 位 I/的功能是单一的，只能用作数据的输入或者输出。 位 I/输出时，从 口可输出 该接口用做数据输入接口是，应先向该位写 1，然后，读该位即可读入输入数据。 位 I/ 址所存 /编程信号线。当 工作在第二功能时从该端口可复用工作，某时刻该端口可以送出地址信号 7，而另外的时刻该端口传送的是数据信号7。利用 0 控制信号线也具有 双重功能，是允许访问片外 程高电压引线。 程序存储器允许输出控制端，常用作片外 读控制信号，低电平有 5 效。 位引脚，当该端加上超过 24个时钟周期的高电平时，可是 8051复位。系统复位电路如图 接时钟引脚。 片内振荡电路的输入端， 片内振荡电路的输出端。 荡电路设计 振荡器产生的信号送到 作为 驱动 脚 此放大器的输人端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器 , 振荡电路的连接如图所示图 8 所示，外接石英晶体或陶瓷谐振器以及电容 2构成并联谐振电路 , 接在放大器的反馈回路中。对外接电容 2的值虽然没有严格的要求 , 但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振圈内部振荡的接法的快速性和温度稳定性。外接石英晶体时 , 2一般取（ 40外接的是石英晶体 , 所以， 0 系统振荡电路如图 3所示。 图 3 振荡电路 位电路设计 单片机复位是使 并从这个状态开始工作。无论是在单片机刚开始接上电源时 , 还是断电后或者发生故障后都要复位。 89系列单片机的复位信号是从 系统处于正常工作状态时 , 且振荡器稳定后 , 如果 个机器周期（ 24个振荡周期） , 则 复位分为手动复位和上电复位。本设计系统采用的是上电自动复位。 系统复位电路如图 4所示。 6 图 4 复位电路 盘接口电路设计 独立键盘与单片机连接时，每个按键都需要单片机的一个 I/单片机系统需要较多按键，如果用独立按键会占用过多的 I/O 口资源。单片机系统中 I/O 口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时，为了节省 I/般需使用矩阵键盘。本系统共需使用 16个按键，故选择 44 的矩阵键盘。键盘接口电路如图 5所 示。 图 5 键盘接口电路 度测量电路设计 本系统的温度测量电路采用 一线总线 ”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰、能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。 2： 适应电压范围宽，电压范围在 在寄生电源方式下可由数据线供电。 独特的单线接口 方式，它与微处理器连接时仅需一条口线即可实现微处理器与 7 支持多点组网功能，多个 现组网多点测温。 在使用中不需要任何外接元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路里。 测温范围 +125 ，在 +85 时精度为 。 可编程分辨率为 9 12位，对应的可分辨温度分别为 ， ， ，可实现高精度测温。 在 9 位分辨率时，最多在 把温度转换为数字； 12 位分辨率时，最多在 750 测量结果直接输出数字温度信号，以 “一线总线 ”串行传送给 时可传送有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 系统温度测量电路如图 6所示。 图 6 温度 测量电路 统显示电路设计 本系统采用 为系统的显示器件， 1602 字符型液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，能分两行显示，它有若干个 75 或者 115 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 1602型液晶接口信号如下： 1脚 源地。 2脚 源正极。 3脚 晶显示对比度调节端 。 4脚 据 /命令选择端（ H/L)。 5脚 R/W ：读写选择端（ H/L）。 6脚 E：使能信号。 147 脚 0 ：数据口。 8 15脚 光电源正极。 16脚 光电源负极。 系统显示电路如图 7所示。 图 7 系统显示电路 出控制电路设计 系统要 求在当前室温低于设定温度时，能够自动驱动加热系统工作 ；在当前室温高于设定温度时能够自动驱动制冷系统工作。本系统在复位后即置 脚和 脚为低电平，在当前室温低于设定温度时，通过置 脚为高电平来驱动后级加热系统，本系统采用红色 当前室温高于设定温度时，通过置 脚高电平来驱动后级制冷系统，本系统采用蓝色 输出控制电路如图 8所示。 图 8 输出控制电路 电路设计 系统总电路图如图 9所示。 9 图 9 系统总电路图 统所用元器 件 本系统所用的元器件清单如表 1所示。 表 1 系统所用元器件 元器件名称 数量 点触式开关 16 302 101 蓝色 红色 51 自锁开关 1 1/43 101 121 10 3 软件系统设计 件系统总体方案设计 系统软件由主程序模块、测温程序模块、键盘 扫描程序模块以及液晶驱动程序模块组成。 件流程图设计 系统软件流程图如图 10所示。 图 10 系统软件流程图 11 4 系统调试 程序在 译通过后生成 件加载到 序默认温度为 ， 设定 温度也为 ，故开始运行时两路 利用键盘设定的温度高于 时，红色 被点亮；当设定的温度低于 认的 时，蓝色 被点亮。 当 设定的 温度高于 时，红色 如图 11 所示。 图 11 红色 当设定的温度低于 时，蓝色 如图 12所示。 12 图 12 蓝色 13 5 总结 系统存在的问题及改进措施 本系统所设计的空调温度控制器仅对温度部分实现了控制，但对于实际空调中的模式选择以及定时运行等工作过程还无法实现，希望在以后的学习研究中能够解决 这些问题。 得体会 本次课程设计从获得题目开始便着手准备，首先分析系统要求，在 后开始在 试相应的程序，在调试通过后再下载到 现问题后再返回 到最后仿真通过，最后在 中画出电路原理图。在本次课程设计过程中得到了老师以及许多同学的帮助，感谢那些提供过帮助的老师和同学。 14 参考文献 1 郭文川主编 . 单片机原理与接 口技术 . 北京：中国农业出版社， 2007. 2 郭天祥主编 . 51单片机 北京：电子工业出版社， 2009. 15 附录 1：系统的源程序清单 宏定义 # 0定义键值 # 0 0 0 0 0 0 0 0 0000 00 0; 16 ; 21;/液晶使能 20;/液晶数据 /命令选择端 =;/ =;/读写选择端 ;/输出信号 ;/输出信号 # #; ; ; ; ; ; = ; = ; ; ; /定时 / 0; /设置定时器 0的工作方式 (819232;/单片机晶振为 12器周期为 1t=5 /N=5000/1=5000 17 (819232; = 0; (819232; (819232; += 100) /100为 ; ; ; ; += 6) ; ; /主程序 / ; ; ; ) ; ; ; 18 _ ; ; ; ; #1818; ; ; # 19 # _;_;_;_; = 0 =0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9; 0; =0 =0,0,0,0; 1; x) n) _;_; _;_; _;_; _;_; _; n); 1; ); 0; 0); 20 1; ); Q; 00); 1; i,; 1; _; i=0;i= 1; 1; _; _; Q) = 00); 1; i; i=0;i= 1; =1) ; ; = ; = ; ; t = 150, 0; &0=0 = ; = +1; =0+; 1; = &0 (&04) | (&0; ; ; 23 # #= 0; i; i=0;&(147)&(47)&(48)&(148)&(48)&( ; ; ; # 37 #z)