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毕 业 设 计专 业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二一三 年 六 月智能空调控制系统设计Intelligent air conditioning control system design专业班级：学生姓名： 指导教师： 系 别： 2013年6月摘 要智能空调控制系统是根据温度传感器采集室内的环境温度与系统的预设值进行对比，通过控制系统的预先设置，空调进行自动制冷或制热，从而达到了智能控制的目的。根据人们对生活环境的要求和单片机的应用特性，本文介绍了应用ATmega16单片机进行控制的智能空调控制系统。智能空调控制系统主要由电源电路、液晶显示电路、单片机控制电路、按键电路、控制指示电路等组成。其工作原理是温度传感器DS18B20采集室内温度传送给单片机，单片机分析数据，控制智能空调加热或制冷。 此系统可以通过按键设置空调的温度，使空调对室内进行加温或降温，也可以对系统预设一个温度值，通过传感器感知室内温度与智能空调的预设温度值进行对比，通过单片机控制空调对室内进行加温或降温，达到智能空调的自动控制功能。在定时功能启动的情况下，如果计时时间与定时时间相同，此时空调相应的状态会自动关闭，把定时时间存在ATmega16单片机内部的EEPROM中，断电后不会消失，直至通过按键去改变，达到了智能空调的定时功能。关键词：智能空调；液晶显示；ATmega16单片机ABSTRACTIntelligent air conditioning control system is to collect the indoor environment temperature according to the temperature sensor and compare with the system default values, through the preset of the control system, the air conditioning can work to make cooling or heating automatically, so as to achieve the purpose of the intelligent control. According to the requirements of peoples living environment and the MCU application features, this paper introduces a system that uses MCU ATmega16 to control the air conditioning.Intelligent air conditioning control system is mainly composed of power supply circuit, liquid crystal display circuit, MCU control circuit, key circuit and control instructions. And the working principle is to collect the temperature indoor through the temperature sensor DS18B20 , then the data is transmitted to MCU , after the analysis, the system can control intelligent air conditioning heating or refrigeration.This system can be set by buttons the temperature of the air conditioning, air conditioning for indoor heating or cooling, can also be set a default value, sensing the temperature through the sensors indoor and compare with the intelligent air conditioning, heating or cooling through the MCU control to meet the function of intelligent control. When the timing function starts, if the clock time is equal to the timing time, the state of air conditioning will automatically be shut off, the time that has been set is stored in EEPROM , which means that the data will not disappear when the power runs out, and the data will not be changed until the button is operated to change, which achieves the function of intelligent timing.Key Words：Intelligent air conditioning; liquid crystal display; ATmega16 single chip microcomputerII目 录1引言11.1空调系统概述11.1.1空调的发展11.1.2空调的分类22智能空调控制系统的方案设计42.1智能空调控制系统42.2系统工作原理52.2.1系统功能模块工作原理介绍52.2.2各功能要求实现的工作原理53系统功能模块的设计与实现73.1主控制模块73.1.1主控制单元模块设计73.1.2主控制单元工作原理73.2电源模块设计83.2.1电源模块概述83.2.2电源模块的应用83.2.3基本应用设计83.3温度检测模块设计93.3.1温度传感器的选取93.3.2DS18B20概述103.3.3温度检测单元电路113.4显示模块设计123.4.11602液晶显示器概述123.4.2显示模块电路173.5键盘模块设计173.5.1键盘电路功能设定173.5.2键盘电路工作原理183.6外围驱动电路模块设计183.6.1驱动电路183.6.2JQC-3FF继电器184系统软件设计205系统测试及结果分析225.1系统测试225.2系统测试结果及分析26结 论27参考文献28致 谢29附 录30天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1 引言电子技术的发展，特别是随着大规模的集成电路的产生，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的诸多领域得到了极为广泛的应用，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。随着人们生活质量的提高，酒店、厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会。现今，空调等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，一个简单、稳定的智能空调温度控制系统能更好的适用市场。中国家庭的室内环境就是冬天的温度太冷，夏天的温度过热，这些给人们的正常生活带来诸多的不便，所以人们对一个舒适的家居环境是非常向往的。以前室内的温度控制主要是利用机械通风设备来进行室内与室外空气的交换来达到控制室内温度。对于通风设备的开启和关停，全部都是由人来进行手动控制的，由人们定时的查看室内、室外的温度情况，按照要求来开关通风设备。人们劳动的强度大，可靠性能较差，而且极易消耗人们的体力，造成成本过高。所以，需要有一种符合温控要求的、低成本的控制系统，在温度超过用户设定值时，启动控制系统，使室内温度控制在我们的设定值范围之内。1.1 空调系统概述1.1.1 空调的发展在二十世纪六、七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷风机，用空气散热代替冷却塔，其在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。在90年代设备设计和制造技术被转让到中国，这是通过与当地公司组成的合资公司进行的。在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。1988年，第一台国产分体壁挂机在华宝空调器厂诞生雪莲。雪莲的诞生开启了我国家用空调器行业的一个新时代，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线。1988年华宝空调器厂研制出第一台分体壁挂机KF19GA是第一代格栅式面板产品的一个典型代表。20世纪90年代中期，以三菱电机、日立、松下等为代表的进口空调器出现了一种小型室内机，这种室内机一改以往那种庞大敦重的形象，外观精巧整洁，与家居环境融为一体，深受消费者的青睐。随着国内众多空调工厂对此类产品的普及生产，第二代格栅式面板空调器主导了空调市场并流行至今。这是第二代格栅式面板空调。国内空调器厂家最早推出光面板系列产品的品牌是TCL。该系列挂机首次将光面板和大循环的风路，以此作为卖点来推广。与格栅面板相比，光面板产品更加注重外观的时尚感和现代感。从格栅面板向光面板的跨越，不仅是外观上的一种进步，更是产品技术上的一种转变。在国内空调市场，将彩色引入空调面板设计并形成一种传统风格是韩国品牌三星和LG的创举，至此彩色棉板空调异军突起。家用空调产品在技术的发展一直倍受争议，变频、节能、环保三大技术发展趋势在目前的行业环境下缺乏支持其大规模突围的市场基础，智能空调已经成为时下最受欢迎的空调。1.1.2 空调的分类空调的分类方式有：1、按空气处理设备的集中程度分：(1)集中空调系统，所有空气处理设备，都集中在空调机房内，便于管理和维修，但机房占地面积大。(2)半集中空调系统。 (3)局部式空调系统，通常使用的各种空调器就属于此类。2、按负担冷热负荷的介质来分： (1)全空气系统，空调房间的冷热交替，全部由经过处理的空气来承担。(2)全水系统，空调房间的冷热交替，全部靠水作为冷热介质来承担。一般不单独采用。(3)空气-水系统，空调房间的冷热交替，既靠空气，又靠水来承担。(4)制冷剂式系统，空调房间的冷热交替，直接由制冷系统的制冷剂来承担，局部式空调系统就属此类。3、按空气冷却盘管中不同的冷却介质来分：(1)直接蒸发式系统(2)间接冷却式系统4、按主送风道中空气的流速来分：(1)高速系统(2)低速系统5、按采用新风量的多少分：(1)直流式系统(2)闭式系统(3)混合式系统27天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计2 智能空调控制系统的方案设计本系统以单片机ATmega16为核心，采用电源模块、温度采集、键盘输入、液晶显示、驱动电路等，实现了基于空调温度控制系统。把定时时间存入单片机EEPROM中，不易丢失。人机交互采用按键输入、液晶显示，界面友好，易于操作。 2.1 智能空调控制系统DS18B20温度传感器采集室内温度数据，并将信息反馈给CPU，单片机分析并与设定的温度值进行比较，通过驱动电路使智能空调调节不同的工作状态，单片机的工作状态有加热、制冷工作状态。不同的按键S的功能设置为：S2为“加”，S3为“减”，S4启动定时或关闭定时，S5为复用按键，S6为启动或关闭智能空调加热工作状态，S7为启动或关闭智能空调制冷状态，S8为启动或关闭智能空调自动工作状态。调节复用按键可以调整预设温度值、定时时间、不同工作状态的切换及走时世界的设置。液晶屏显示当前的走时时间、预设温度值、定时时间、当前室内温度、定时是否开启。系统的结构框图如图2-1所示：单片机 键盘输入 液晶显示 晶振电路 温度检测复位电路 驱动电路图2-1 智能空调控制系统结构框图2.2 系统工作原理2.2.1 系统功能模块工作原理介绍电源管理模块将外部锂电池输入的DC-12V电源进行稳压及电压变换，以便提供给各个系统工作模块，如DS18B20温度传感器、单片机主控制单元、液晶显示单元、驱动电路单元等。单片机（ATmega16）主控制单元负责整个智能空调控制系统的运行控制，通过人际交互单元（按键及液晶显示）的系统功能设置，用1602液晶显示器将室内温度显示出来，并且可以通过按键进行调整，实现空调加热或制冷的工作状态设置，即达到智能空调的手动控制功能。通过DS18B20温度传感器实时检测室温并通过1602液晶显示器显示室温，并将室温与预设值进行对比，实现空调自动制冷或加热，实现了智能空调的自动控制功能。在定时功能启动的情况下，如果计时时间与定时时间相同，此时，空调相应的工作状态会自动关闭。把定时时间存在ATmega16单片机内部的EEPROM中，断电后不会消失，直至通过按键去改变，实现了智能空调的定时加热或制冷功能。2.2.2 各功能要求实现的工作原理1、基本功能1刚开始上电时，1602液晶显示器上产生实时时间。此系统运用单片机的定时器功能产生走时，采用的是二十四小时制，在一直通电的情况下，会一直加到23:59:59，然后清零从00:00:00重新开始。若开启定时功能，液晶右下角显示定时时间，在显示器的右上角显示ON,未开启定时功能则显示 OFF。液晶显示屏的显示画面，如表2-1所示：表2-1 未开启定时或开启定时功能，液晶显示屏显示结果0123456789101112131415OOFNF单片机得电后，其内部定时器会立即开启，在软件程序中设定其相应的内部定时器的寄存器从而相应的走时会比较准确的记录下来。2、基本功能2DS18B20检测的室内温度信号返回给单片机，单片机会相应的处理此温度信号，同时送往液晶显示器显示。提前设定的温度值存在单片机ROM中，单片机处理后，也会在液晶上显示。如表2-2所示，用*表示实时室内温度。表2-2 液晶显示屏显示实时室内温度（*为温度值）0123456789101112131415* 智能温控就是感温头精确感应，把室内温度的变化传递给中央控制芯片，由芯片控制系统使室内温度达到显示屏上的设定温度，使用者只需要自身的要求而去设定不同的温度即可，以此达到最大的智能化控制。3、基本功能3人机交互采用键盘输入。通过键盘输入指令，控制相应的不同状态的切换、时间定时长短的设定。调整时间设定（*表示光标闪烁）如表2-3所示。表2-3 液晶显示的调整时间设定（*为走时时间，为定时时间）0123456789101112131415*：*：*：通过按键把定时的时间写入单片机的EEPROM中，永久性保存。天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计3 系统功能模块的设计与实现3.1 主控制模块3.1.1 主控制单元模块设计系统主控制单元，采用AVR系列的ATmega16单片机为主控制芯片，主要包括ATmega16单片机、复位电路、时钟电路、下载电路、电源指示电路。3.1.2 主控制单元工作原理系统主控制单元如图3-1所示：图3-1 系统主控制单元功能电路ATmega16单片机具有128KB的程序存储区、1KB内部SRAM，完全满足系统设计需要，按键S1为复位按键，采用低电平复位，电容C3与电阻R1组成上电复位电路，为了提高串行通信波特率的准确度，时钟电路采用8MHZ的晶振和电容C1、电容C2组成振荡电路，为了便于观察，系统电源采用了电源指示电路，电阻R2与DS1串联接到了5V电源两端，其中R2是一个限流电阻。3.2 电源模块设计3.2.1 电源模块概述LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热切断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。3.2.2 电源模块的应用电源模块电路如图3-2所示。电源电路主要为系统提供工作电源，总电源有DC-12V锂电池输入，DC-5V-3A三路输出，由于电池电压不是特别稳定，为保证系统运行可靠，所以采用了DC/DC电源转换模块，5V电源用于为主控制单元电路、DS18B20温度传感器、液晶显示器等提供工作电源。其中5V由DC/DC芯片LM2576提供。图3-2 电源模块功能电路3.2.3 基本应用设计 由LM2576构成的基本稳压电路仅需四个外围器件，其电路如图3-2所示。 电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择。首先，依据公式(3-1)计算出电压微秒常数(ET)： ET=（Vin - Vout）Vout/ Vin1000/f 公式(3-1)上式中，Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、f是LM2576的工作振荡频率值（52kHz）。ET确定之后，就可参照参考官方手册所提供的相应的电压微秒常数和负载电流曲线来查找所需的电感值了。该电路中的输入电容C9和C11一般应大于或等于100F，安装时要求尽量靠近LM2576的输入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配。而输出电容C9和C11的值应依据公式(3-2)进行计算（单位F）： C13300 Vin/ Vout L 公式(3-2)上式中，Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、L是经计算并查表选出的电感L1的值，其单位是H。电容C铁耐压值应大于额定输出电压的1.52倍。对于5V电压输出而言，推荐使用耐压值为25V的电容器。二极管D2和D3的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2576的最大电流限制。二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍。3.3 温度检测模块设计3.3.1 温度传感器的选取温度是一种最基本的环境参数，人民的生活舒适度与环境的温度息息相关，DS18B20装置适用于人民的日常生活和工业和农业生产用的温度测量。由半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。DS18B20具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。采用数字温度传感器DS18B20，与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线( 单线接口) 读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高，成本更低。测量温度范围为-55+125。在-10+85，精度为0.5。DS18B20的精度较差为2。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。3.3.2 DS18B20概述1DS18B20的性能特点：(1) 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微 机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）。(2) 测温范围是-55+125。(3) 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。(4) 适配各种单片机或系统机。(5) 用户可分别设定各路温度的上、下限。(6) 内含寄生电源。2DS18B20内部结构DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，配制寄存器。DS18B20的管脚排列如图3-3所示。图3-3 DS18B20引脚图3DS18B20引脚功能如下：NC(1 、2 、6 、7 、8脚) ：空引脚,悬空不使用。VDD（3脚）：可选电源脚，电源电压范围是35.5V。DQ（4脚)：数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。3.3.3 温度检测单元电路温度检测单元采用DS18B20实现温度的检测。功能电路如图3-4所示，温度传感器DS18B20将采集回来的数据经PC7口给Atmega16单片机，Atmega16单片机把这些数据进行分析，送至1602液晶显示器上显示温度。图3-4 DS18B20温度检测功能电路具体操作如下：1DS18B20初始化。(1) 数据线拉到低电平“0”。(2) 延时480微妙（该时间的时间范围可以从480到960微妙）。(3) 数据线拉到高电平“1”。(4) 延时等待80微妙。如果初始化成功则在15到60微妙时间内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。根据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时判断。(5) 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（3）步的时间算起）最少要480微妙。2控制器写时序。(1) 数据线先置“0”(2) 延时15微妙。(3) 按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发生一位)。(4) 延时60微妙。(5) 将数据线拉到高电平。(6) 重复15步骤，直到发送完整的字节。 (7) 最后将数据线拉高。3控制器读时序。(1) 将数据线拉低“0”。(2) 延时6微妙。(3) 将数据线拉高“1”，释放总线准备读数据。(4) 延时4微妙。(5) 读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。(6) 延时30微妙。(7) 重复17步骤，直到读完一个字节。3.4 显示模块设计3.4.1 1602液晶显示器概述1液晶显示器简介液晶显示器的主要工作原理是通过电流刺激液晶分子，从而产生点、线、面、并配合背部灯管构成不同的显示画面。各种不同型号的液晶显示器都是按照显示字符的行数或者是液晶显示器点阵的行、列数进行命名的。例如：1602液晶显示器所表述的意思就是，每行显示16个字符，一共能够有两行进行显示字符。本设计就是应用1602液晶显示器进行显示温度以及定时时间。液晶显示器的英文名称是Liquid Crystal Display，所以液晶显示器又可以叫做LCD，以下的1602液晶显示器都称为LCD1602。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式液晶显示器，LCD1602以并行操作方式占大多数，但是有的也并行操作方式和串行操作方式同时具有，用户自行选择并口或串口操作。一般LCD1602字符型液晶显示器实物如图3-5所示：图3-5 LCD1602字符型液晶显示器实物图2 LCD1602的基本参数及引脚功能:LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的要厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别，如图 3-6 所示：图3-6 LCD1602尺寸图3LCD1602主要技术参数：(1)显示容量:162个字符(2)芯片工作电压:4.55.5V(3)工作电流:2.0mA(5.0V)(4)模块最佳工作电压:5.0V(5)字符尺寸:2.954.35(WH)mm4.引脚功能说明:LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-1所示:表3-1 LCD1602引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据口2VDD电源正极10D3数据口3VL液晶显示偏压11D4数据口4RS数据/命令选择12D5数据口5R/W读/写选择13D6数据口6E使能信号14D7数据口7D0数据口15BLA背光源正极8D1数据口16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。5LCD1602的指令说明:LCD1602内部的控制器共有11条控制指令,如表3-2所示。LCD1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）表3-2 LCD1602控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向。高电平右移，低电平左移。 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位。S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令。 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。6LCD1602的RAM地址映射及标准字库表：液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3-7是LCD1602的内部显示地址。图3-7 LCD1602内部显示地址在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图3-7所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。7. LCD1602的一般初始化（复位）过程：写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置3.4.2 显示模块电路在该系统中显示用到的是LCD1602液晶显示器。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各种小系统中得到了非常广泛的应用。LCD1602是指显示的内容为162,即可以显示2行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。图3-8 LCD1602与单片机接线电路图3.5 键盘模块设计3.5.1 键盘电路功能设定键盘电路图如图3-9所示。图3-9 键盘电路图按键S2S8组成独立键盘与单片机ATmega16的PD口相连接。S2按键为“加”，是走时、定时、温度的设定按键。S3按键为“减”，是走时、定时、温度的设定按键。S4按键是定时的开/关按键，S5按键为复用按键，切换走时、定时、温度，使其相互切换设置。S6按键为启动过关闭智能空调加热工作状态，S7按键为启动或关闭智能空调制冷状态，S8按键是根据温度设定值与实际温度的比较，自动启动制冷、加热的按键。3.5.2 键盘电路工作原理键盘采用动态扫描的方式：首先在初始化时把PD口设置为输入，且PD口设置为输出，并输出高电平。当把其中的某个按键按下时，电平被拉低，单片机会判断，以此而做出不同的相应指令动作，通过外围电路，来达到所需要的结果。以此类推，就能得到所有的键盘值。3.6 外围驱动电路模块设计3.6.1 驱动电路 本系统中ATmega16单片机根据读取的按键值，做出不同的响应动作。单片机只是一个主控方，他的强大功能必须依靠外围器件驱动才能完成，所以本设计中通过三极管VT1(8550)，继电器K1后，驱动智能空调的启动/停止功能，最终使室内的温度保持在一个人为感觉良好的理想状态。通过控制继电器的通/断即可达到智能空调智能控制的要求。驱动电路图如图3-10所示。 图3-10 驱动电路图3.6.2 JQC-3FF继电器继电器的工作原理实质是通过低电压、小电流控制高电压、大电流。JQC-3FF-5V继电器的触点形式是一开一闭。继电器的工作参数如表3-4所示。表3-4 继电器工作参数额定电压：DC-12V额定电流：12触点切换电流：10触点切换电压：1防护特征：塑封式触点负载：大功率应用范围：电磁型号：JQC-3FF-5VDC-1ZS(551)触点形式：一开一闭继电器实物图如图3-11所示。图3-11 继电器实物图4 系统软件设计系统软件设计采用模块化、结构化的设计思想，使程序便于移植。系统程序主要包括主程序、系统宏定义、键盘处理函数、LCD显示函数、EEPROM函数、系统控制算法函数。首先系统上电后启动系统功能，此时会由液晶显示器进行显示，然后可以通过人机交互选择系统所运行的功能。假设选择基本功能要求1，系统会进入基本要求1程序执行模块，确定选择是否需要加热/制冷。系统上电后显示器上会自动显示时间的走时，室内温度确定值，设定值以及定时时间。选择基本要求2，通过人机交互选择系统所运行的功能，确定这些数值是否需要进行改动。当上述所有数值设定好后，再次通过人机交互选择系统所运行的功能，把所定时的时间写入到单片机的EEPROM中，把定时功能开启。智能空调控制系统的主程序流程图，如图4-1所示：开始调用键盘程序DS18B20检测温度 判断按键做出相应处理液晶显示有按键？NY图4-1主程序流程图智能空调控制系统按键部分的子程序流程图，如图4-2所示：图4-2 按键部分的子程序流程图液晶显示部分的子程序流程图，如图4-3所示：图4-3液晶显示部分的子程序流程图天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计5 系统测试及结果分析通过几个月的设计和制作，本系统成功地实现了设计要求。为验证系统的功能和各项技术指标，下面通过实验对本系统进行功能验证。5.1 系统测试1.首先上电，液晶显示器显示。2.接下来显示走时，定时、实际温度值等。 3.按下S4按键，界面设定温度值处的光标闪烁，状态为14按下S1或S2键可进行设定温度的加减。5. 按下S4按键，界面走时时间处小时的光标闪烁，状态为2，按下S1或S2可调节小时数值的大小。6. 按下S4按键，界面走时时间处分的光标闪烁，状态为3，按下S1或S2可调节分数值的大小。7. 按下S4按键，界面定时时间处小时的光标闪烁，状态为4，按下S1或S2可调节小时数值的大小。8. 按下S4按键，界面定时时间处分的光标闪烁，状态为5，按下S1或S2可调节分数值的大小。9. 按下S4按键，界面显示如下。10. 按下S3按键，界面显示如下。11.再次按下S4键界面成为设定好这些数值的界面此时再按下S3键可开启本系统的定时功能。12.按下S5开启加热功能（红指示灯亮）。13.按下S6开启制冷功能（绿指示灯亮）。14.按下S7自动功能，根据温度设定值与实际温度作比自动开启制冷（绿灯亮）或加热（红灯亮），使温度维持一个正常。5.2 系统测试结果及分析通过以上的测试数据分析，可以得出以下结论:1、本系统的走时功能，定时功能得以实现。2、本装置实现了一键多用。各个数值都可以进行改变，各个模块的性能良好。3、走时精确度较高，与现实的时间相差甚小，可以完全作为一个电子钟使用。走时精确，而就会减小定时长短的失误，更加精确化。利用单片机的自身资源，节省了成本，减少了外围电路的设计。4、温度传感器检测的实时温度准确度较高，可以使室内温度始终保持在一个比较理想的状态中，使人们的生活更加舒适。5、在本设计中，选择自动切换模式时，为了防止在温控点上压缩机频繁的启动/关闭，影响其寿命，温控的精度误差控制在1摄氏度。实践证明，这对室内的温度并没有明显的影响。结 论结 论本论文分析了智能空调控制系统结构和特点，总结全文，主要的研究工作有以下几个方面： 1、对智能空调控制系统的原理和组成进行了详细的介绍，确定了系统的总体设计方案。2、对智能空调控制系统的控制过程做了准确的算法分析，包括检测过程中的实时温度、按键复用、驱动等，通过上述分析最终通过程序算法实现温度的自动控制控制。3、对键盘详细的分析，对一键多用算法作了深入的研究，采用内部定时器产生实时时钟供显示屏显示，使其可作为一台精度较高的电子时钟使用。这样节省了成本。4、以ATmega16最小系统板为控制系统，进行并完成了系统要求所需的各硬件模块的原理图，并做了相应的硬件制作调试。采用了DS18B20温度传感器检测实时温度状态，使数据更准确，并对DS18B20温度传感器进行了精确的控制，提高了检测系统的可靠性。5、完成了相关的分析算法程序和各功能模块的应用程序的设计，实现了温度控制。整个软件的设计采用模块化、结构化设计思想，使程序便于移植。6、分析了控制系统中可能存在的各种干扰源，在设计控制系统时，采用硬件和软件抗干扰技术相结合的方法进行了抗干扰设计，保证了控制系统的可靠性。45致 谢参考文献1 王东峰.单片机C语言应用100例.北京：电子工业出版社,2009.2 谭浩强，C程序设计.北京：清华大学出版社,2005.07.3 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,2011.01.4 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社,2006.05. 5 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社,2003.12.6 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,2006.12.7 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：理工大学出版社,2007.02.8 潘永雄.电子线路CAD使用教程（第三版）.西安：电子科技大学出版社,2007.07.9 Gardner, J. Electronic Principles and Applications. New York: Oxford University Press,1999.10 王毓银.数字电路逻辑设计.北京：高等教育出版社,2007.01.11 沙占友,孟志勇.单片机外围电路设计.北京：电子工业出版社,2003.01.12 LM2576电压转换模块使用说明书.13 DS18B20温度传感器使用手册.14 LCD1602液晶显示模块使用说明书.15 周兴华.手把手教你学AVR单片机C语言程序设计.北京：航空航天大学出版社,2011.6.16 谢嘉奎.电子线路设计第四版.北京：高等教育出版社,1999.6.17 第三届“盛群”杯天津市大学生单片机应用设计竞赛技术报告汇编G.天津：天津工业大学,2007.致 谢毕业设计的硬件电路和论文都是在杨旭老师的悉心指导下完成的。硬件电路和论文，点点滴滴都凝聚着杨老师的辛劳。在此，向我的指导老师表示最真挚的感谢和最崇高的敬意。在毕业设计的选题、课题的成果构思、硬件电路的修改、程序的调试和论文的撰写及修改的全过程，始终得到了