基于单片机的空调控制系统设计

1、 毕业论文（设计）基于单片机的空调控制系统设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 电气自动化技术 班 级 电气 1091 班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2011 年 9 月 30 日摘 要在本文中，系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源抗干扰、a/d转换抗干扰以及键盘输入接口的消抖处理。本文设计的空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。系统采用intel公司生产的89c51单片机,通过a/d转换器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

2、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。关键词：空调制冷 压缩机 a/d转换器 抗干扰 单片机abstractthe theory of refrigeration of air-condition, the hardwork structure, working principle and its use and the design of various parts of logic functive circuit was introduced by the numbers in this paper. the question of anti-jammi

3、ng of single chip micyoco (scm) was solved. the anti-jamming of regulated electrical source and a/d conversion and the antiquiver treatment of keyboard input interface was used.the refrigeration system of air-condition designed in this paper is a integrated scm. the 89c51 scm produced by intel compa

4、ny was used, the data collected by temperature sensors was sent to scm through a/d conversion, then scm decided the work condition of compressor threugh comparing the data collected with set temperature, the compressor is the heart of air-condition, scm carried out the refrigeration of air-condition

5、 through controling the refrigerative compressor. key words:refrigeration of air-condition; compressor; a/d conversion; anti-jamming; single chip micyoco目 录1 1 引言引言 .12 方案论证与设计 .22.1 应用系统的目标任务.22.2 总体方案示意图.22.3 89c51 简介 .22.4 adc0809 简介 .43 3 硬件电路设计硬件电路设计.53.1 硬件总体设计方案.53.2 单片机时钟电路设计.53.3 复位及复位电路设计.

6、63.4 系统设计电路图.64 4 理论分析与计算理论分析与计算 .84.1 参数的计算.84.2 按键接口设计.84.2 参数的确定.95 5 软件设计软件设计.105.1 主程序模块.105.2 温度设定中断子程序.115.3 温度显示子程序.125.4 定时中断子程序.146 6 结语结语.19致致 谢谢 .20参考文献参考文献 .211 引言由于微电子、计算机和通讯技术的发展，微型计算机的应用已经深入到国民经济的各个领域，从家用电器、机电一体化产品到航空航天技术、人工智能、生物工程以及现代通信技术等各个领域，微型计算机的应用都取得了巨大的社会效益和经济效益。当今，计算机的应用水平已在很

7、大程度上决定了生产力的水平。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，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。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，是国际和国内的发展潮流。可以预料，下世纪的空调将会

8、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。空调的主要功能是改变室内温度。本文设计了一个空调制冷系统，它是一个完整的单片机系统。系统采用 intel 公司生产的89c51 单片机,通过 a/d 转换器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。在本文中，系统地介绍了空调制冷的原理、硬件的结构、工作原理及其使用和各部分逻辑功能电路的设计。文中，还解决了单片机系统的抗干扰问题。采用了稳压电源的抗干扰、a/d 转换抗干扰以及键盘输入接口的消抖处理。2 方案论证与设计

9、2.1 应用系统的目标任务应用系统的目标任务控制系统要控制的是空气温度，是通过压缩机的运行、停止控制的，实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态。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。2.2 总体方案示意图总体方案示意图经过以上转化，该制冷系统总体方案示意图如图 1 所示： 图 1 制冷控制系统总体方案示意图2.3 89c51 简介简介89c51 是一种低功耗，高性能含有 4k 字节快闪可编程/擦除只读存储器的 8 位微控制器，使用高密度非易失性的存贮技术制

10、造，并且与 80c51 指令完全兼容，芯片上的 e2prom 允许在线或采用非易失性存储编程器对程序存储器重复编程。89c51 的主要性能包括：1与 mcs-51 微控制器产品兼容。2片内有 4k 字节可重复编程快闪擦写存储器（flashrom） 。从而缩短擦除或写入数据吞吐的时间，能满足需要高速数据吞吐的场合 。3编程所需要的所有时序及电压场均无需外部电路提供。4存储器可以重复写入 1000 次。5存储器数据保存时间为 10 年。6宽工作电压范围，电压可以由 2.7v6v 提供。7全静态工作，可由 0hz16hz。8程序存贮器具有三级锁存保护。91288 位内部 rom。10 32 条可编程

11、 i/o 口线。11 两个 16 位定时器/计数器。12 中断结构具有 5 个中断源和 2 个优先级。13 可编程全双工串行通道。89c51 接口除具有与 80c51 相同的一些性能外，在 eprom 编程时，p0口接收代码字节，并在程序校验时输出代码字节，在编程时需要外部上拉负载。综上所述，89c51 单片机有其它单片机不可比拟的优点。特别是它的内部的flashrom，大大提高了编程的速度和效率。而本系统需要对现场进行快速的设置调整。另外，89c51 芯片特别便宜，具有很高的性价比。所以选用了 89c51 电脑控制器的主控机。89c51 结构框图如下： t0 t1 p0 p1 p2 p3 t

12、xd rxd int0 int1时钟cpue2promram定时/计数器并行接口串行接口图 2-2 89c51 结构图2.4 adc0809 简介简介a/d 模数转换器。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 a/d 转换。是目前国内应用最广泛的8 位通用 a/d 芯片 1主要特性1）8 路输入通道， 8 位 a/d 转换器，即分辨率为 8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为 100s(时钟为 640khz 时)，130s（时钟为 500khz 时） 。4）单个+5v 电源供电 。5）模拟输入电压范围 0+5v，不需零点

13、和满刻度校准。 6）工作温度范围为 -40+85 摄氏度。 7）低功耗，约 15mw。adc0809 应用说明（1） adc0809 内部带有输出锁存器，可以与 at89s51 单片机直接相连。 （2） 初始化时，使 st 和 oe 信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到 a，b，c 端口上。 （4） 在 st 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据 eoc 信号来判断。 （6） 当 eoc 变为高电平时，这时给 oe 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3 硬件电路设计3.1 硬件总体设计方案硬件总体设计方案（1）该制冷系统由 89c5

14、1 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，采用内部时钟电路。（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 100s 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

15、由 p1 口、p2 口驱动。3.2 单片机时钟电路设计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。89c51 单片机内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 89c51 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。如图 2 所示： 图 2 振荡电路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 片内的 ocs 电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，

16、ocs 的输出时钟频率 fosc为0.5mhz16mhz，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。3.3 复位及复位电路设计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

17、的晶振，则复位信号持续时间超过 4s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。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。3.4 系统设计电路图系统设计电路图系统由单片机复位电路设计电路、a/d 转换的设计电路、稳定电源

18、设计电路、交流固态继电器设计电路、led 显示电路、传感器测温电路和按键接口电路组成。其完整电路图如下图所示。4 理论分析与计算4.1 参数的计算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 100 和 8.2k，电容值定为 10f，这样，即能保证复位信号高电电平持续时间大于 2 个机器周期。可以使系统正常运行。系统的复位电路如图 3 所示：图 3 系统复位电路4.2 按键接口设计按键接口设计 按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合、断。一个电压信号通过机械触点的断开、闭合过程，由于机械触点的弹性作用，一个按键开

19、关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下断开。因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为 510ms。 按键输入电路由按键 k1 和 k2 组成。这 2 个按键分别连接到单片机的输入引脚 p3.1和 p3.2。按键 k1 为“升温”控制键；k2 为“降温”控制键，分别对应于 2 个led 显示器，用于设置两位温度值。当按键 k1、k2 按下时，相应的单片机输入引脚 p3.1和 p3.2只能监测到低电平。要将按键与一个反相器串接后再与单片机相连。为防止按键按下时由抖动，还要设计一个消抖电路。消抖电路由一个电阻和按键k 串接在5v 和地之间，一

20、个电容和按键并联构成。按键输入电路如图 4 所示：图 4 按键输入电路如图4.2 参数的确定参数的确定按键的抖动时间常数为 。r-c 消抖电路的时间常数取 10ms，其计算公式为： rc 式 1经验取电容值为：c=0.1f,根据式 1 得： r=/c=10k5 软件设计5.1 主程序模块主程序模块主程序主要包括设置、显示默认调节温度为 20和进行系统初始化（设定中断、定时方式等）工作。如图 5 所示：图 5 主程序框图主程序代码： org 0030h main: mov r7, #20h ；上电后默认设定温度 20acall display ；显示默认设定值 mov tcon, #05h mo

21、v tmod, #02h ；循环定时方式 mov th0, 0ceh ；延时 100s mov tl0, 0ceh setb tr0 ；启动定时 mov ie, #87h ；开中断 sjmp “$5.2 温度设定中断子程序温度设定中断子程序包括“升温”和“降温”两段程序，它们的内容相仿。当手按下“升温”按键，单片机判断是否大于温度上限 30，若没超过上限，则将其值升高 1，调整为十进制，显示新值。若超过温度上限则返回。升温设置框图如图 6 所示图 6 温度设置程序框图升温设置程序代码：org 0050hup: push a cjne r7, #30h, goup ；最高为30 sjmp upe

22、nd goup: mov a, r7 add a, #01 ；升高 1 da a ；调整为十进制 mov r7, a acall displayupend: pop a reti 降温时，先判断手动设定温度是否超过温度下限，若低于 10，若低于 10，则返回，反之，将其值降低 1。调整为十进制，显示新值。降温设置如图 7 所示：图 7 降温程序框图降温设置程序代码：org 0060hdown: push a cjne r7, #10h, godown ；最低 10 sjmp downend godown: mov a, r7 clr c subb a, #01 ；降低 1 jnb psw.6,

23、 goon ；调整为十进制 subb a, #06goon: mov r7, a acall displaydownend: pop areti5.3 温度显示子程序温度显示子程序将 2 位表示设定温度值的压缩 bcd 码拆分，查表得到相应的共阳 led 码，分别送往 p1、p2 口。框图如图 8 所示： 图 8 显示子程序框图org 0075hdisplay: mov dptr, #ledtab ；led 显示码表首 mov a, #0fh ；取各位 anl a, r7 movc a, dptr+a mov p1, a mov a, #0f0h ；取十位 anl a, r7 wap a mo

24、v a, dptr+a movc p2, a ret org 0090hledtab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h；共阳显示码 db 92h,82h,0f8h,80h,90h5.4 定时中断子程序定时中断子程序定时中断程序模块完成控制系统的核心工作，根据环境温度控制压缩机电路，主要包括 3 部分内容。（1） 读取温度信号值。（2） 转换为对应的温度值。（3） 与设定值比较决定压缩机电路状态。将 p0 口输入量转化为温度值的方法分析如下：图 adc0809 的基准电压为 5v，所以 p0 口数据值对应的电压值： vt=p0/2565(v)计算时，取其整数部分： t=21

25、0-(10p0)/256定时中断程序框图 9 如下：图 9 定时中断子程序框图org 0100h time: push a setb p3.1 ；输入数据 setb p3.0 ；启动下一次模/数转换 mov p0, #0ffh mov a, p0mov b, #10 ；转换为温度值，忽略小 mul ab ；数部分（b）(10p)/256 mov a, #210 clr c subb a, b mov b, #10 ；转换为 bcd 压缩码（因 div ab ；a 内温度值小于 100，故可 swap a ；用程序中的转换方法） add a, b ；（a）=t cjne a, r7, con ；

26、与设定温度比较 con: jnc stop setb p3.7 ；启动压缩机 sjmp timeend stop: clr p3.7 ；停止压缩机timeend: pop a reti end完整程序清单如下org 0000h sjmp main org 0003h sjmp up org 000bh ajmp time org 0013h sjmp down主程序： org 0030h main: mov r7, #20hacall display mov tcon, #05h mov tmod, #02h mov th0, 0ceh mov tl0, 0ceh setb tr0 mov i

27、e, #87h sjmp “$温度设定中断子程序： up: push a cjne r7, #30h, goup sjmp upend goup: mov a, r7 add a, #01 da a mov r7, a acall displayupend: pop areti温度设定中断子程序： org 0060hdown: push a cjne r7, #10h, godown sjmp downendgodown: mov a, r7 clr c subb a, #01 jnb psw.6, goon subb a, #06goon: mov r7, a acall displaydo

28、wnend: pop areti显示子程序：org 0075hdisplay: mov dptr, #ledtab mov a, #0fh anl a, r7 movc a, dptr+a mov p1, a mov a, #0f0h anl a, r7 swap a mov a, dptr+a movc p2, a ret org 0090h ledtab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h定时中断子程序：org 0100h time: push a setb p3.1 setb p3.0 mov p0, #0ffh mov a, p0mov b, #10 mul ab mov a, #210 clr c subb a, b mov b, #10 div ab swap a add a, b cjne a, r7, con con: jnc stop setb p3.7 sjmp timeend stop: clr p3.7 timeend: pop a reti end6 结语本文设计并实现了 89c51 对制冷压缩机的控制。在本文中，着重讲解了制冷空调控制系统中各部分硬件的结构、工作原理以及它们与单片机的接口方法,设计了稳压电源滤波电路，有