基于单片机的空调温度控制器的设计-测控1402-史凯峰-1405040222

1、 中国石油大学（华东） 基于单片机的空调温度控制器的设计 学生： 史凯峰 班级： 测控1402 学号： 1405040222 摘要 本控制电路是以8051单片机为控制核心。整个系统硬件部分包括温度采样电路，自激式A/D转换器，按键电路，驱动电路，时序电路，和8段译码器，LED数码显示器。在配合用汇编语言编制的程序使软件实现，实现空调温度智能转换的基本功能。本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一定的实用价值。关键词 8051单片机 温度控制 LED数码显示1、引言在现代社会中，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

2、控制的影子，温度控制将更好的服务于社会.而今，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，稳定的温度控制系统能更好的适应市场。而本次设计就是要通过以MCS-51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制器的设计。利用实验仪上的显示电路、键盘、或开关电路、A/D转换电路，模拟空调恒温控制。可以利用实验仪上的电位器模仿温度变化，制冷可以用发光二极管模拟，也可以控制直流电机模仿压缩机的运行。要求可以用键盘或开关设定恒定温度，当外界温度超过设定温度不一致时，就要启动加热或制冷压缩机，从而对空气温度进行调节，使空气温度与设定温度保持一致。2、原理设计2.1硬件组成按照空调温度控制

3、器的设计要求，系统的硬件应包括以下几部分：（1）电位器：利用电位器模拟空气温度的变化，将空气温度的模拟量送入A/D转换器中。（2）A/D转换器：空气温度的模拟量经过A/D转换器转换为电压输出量，再将输出量送入单片机中。（3）单片机：将空气温度与设定温度相比较，从而驱动空调机的发热或制冷。（4）键盘：用于输入设定的温度值。（5）LED显示：用于显示设定的温度值和空气温度值系统硬件方框图如图2.1所示：温度采样电路 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路A/D转换电路时钟图2.1 硬件方框图2.2控制模块（1）控制器由于空调温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制

4、系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的8051单片机，因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051包含了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。可进行计算，定时等一系列功能。8051芯片内部引脚图如图2.2所示： 图2.2 8051芯片内部引脚图（2）A/D转换-ADC0801ADC0801是8位全MOS中速A/D 转换器、它是逐次逼近式A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其主要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK

5、：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动。（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR同时为低电平时，启动转换。(7)INTR：转换结束输出信号，低电平有效，输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。（8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10-1280KHZ，典型值为640

6、KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。(3)数码管显示由于数码管显示明显，易于控制，本设计采用数码管显示，数码管的显示原理都是一样的，都是靠点亮内部的发光二极管来发光。数码管内部原理图如图2.3所示。 图2.3 数码管内部原理图3 、硬件电路设计3.1可模拟量输入电路温度是一个非电量物理量，需要将之转化为电信号才能进行后续的测量和控制。由于电位器电路用于产生可变的模拟量，为此，在此课程设计中

7、，利用了实验仪器上的电位器来模拟温度变化，将温度这个非物理量转化为电压信号输出。电位器结构图如图3.1所示： 图3.1 电位器结构图3.2 A/D转换电路A/D 转换电路如图3.2所示。ADC0801的A/D转换结果输出端DB0DB7与8051的P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0口相连，INTR端用于给出A/D转换完成信号，所以通过查询P2.0便可以获知A/D转换是否完成。RD与8051 RD相连，WR也是跟8051 WR相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同时为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后1

8、00 模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS、RD同时来低电平，则据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态 。图3.2 A/D转换电路图3.3、压缩机驱动电路压缩机驱动控制，8051的RXD的引脚与7404的引脚相连接，从RXD发出的控制信号经7404和ULN2003到达压缩机，驱动压缩机的运行和停止。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其中ULN2003是由7个NPN具有用共阴二极管夹紧来转换电

9、感负载的高压输出特征的达林顿晶体管组成。当前一对单精度型的额定电流为500mA，有比较高的电流容量，它的应用软件包括继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和逻辑缓冲器等。在本驱动电路中的作用是增大电流驱动能力。该芯片采用16脚的DIP 封装,其中第9为公共输出端COM，有一个输出端为高电平，COM就为高电平。图3.3 压缩机驱动电路3.4单片机控制电路 （1）本设计用8255驱动两个发光二极管来表示空调机的发热和制冷，单片机控制电路如图3.4所示： 图3.4 单片机控制电路4 系统软件设计系统的软件设计采用模块化设计，采用模块化设计可以简化系统软件的编写，使软件编写思路更加简单明了。系统软件主要由

10、三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。主程序模块用于实现各个子程序间的跳转。功能实现模块主要由A/D转换子程序、键盘处理子程序、显示子程序等部分组成。4.1 主程序设计主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示、扫描键盘等工作。程序开始执行后，空气温度和设定温度进行比较，若空气温度比设定温度高，则驱动空调机制冷，若空气温度比设定值低，则驱动空调机加热，向下键每按一次，设定温度减1，向上键每按一次，设定温度值加1.系统主程序流程图如图4.1所示：图4.1 主程序流程图4.2 子程序设计子程序的设计包括显示子程序、A/D转换子程序，分别如图4.2

11、、4.3所示： 图4.2 显示子程序 图4.3 A/D转换子程序4.3 中断服务程序流程图保护现场重装定时初值设定温度测量温度？令压缩机工作令压缩机停止工作中断返回YN图4.4 定时器中断服务子程序4.4调试调试的过程：（1）在实验系统中输入程序，并对其进行编译修正，直到没有错误。（2）打开试验箱，对照自己程序，对其进行接线。（3）与计算机连接并进行执行，观察试验箱上各个器件显示的结果，发现错误并对其修改直到实验结果与实验要求一致。5、 总结刚接触到设计题目时，完全迷茫，不知从何下手，之后通过和别人交流和网上的资料，到实验室看过之后又与实际设计的内容相结合，对设计进行模块化分析，思路慢慢清晰。这次课程设计是一次综合性质的实验，是对以前学的A/D转换，键盘输出等等的一综合运用，所以这次实验不但是巩固了我们以前所学的知识，也给我带来的新的感悟，同时也让我发现自己在实践中的不足，在作图等各方面的不足，也让我对各部分硬件和软件的结合有更深刻的认识，也学到了在课本中学不到的东西，同时也对单片机的应用有了更深层次的了解。参考文献【1】 张迎新单片微型计算机原理、应用