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文档简介
1、吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1章 绪论1.1 设计目的1、通过本课程设计,使学生将课本中所学的专业理论知识应用于设计实践,进一步巩固课堂学的专业知识,提高分析问题和解决问题的能力。2、掌握计算机控制系统中单片机控制技术。3、掌握硬件电路和软件电路的设计方法。4、初步掌握设计步骤和基本内容,为今后的毕业设计打下良好的基础。 1.2 设计任务要求设计一空调房间温度控制系统,该系统能准确测量房间的温度,并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关,通过控制压缩机转速来控制所需热量。空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的
2、串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间,经空气导热延迟,简化为具有大延迟的一阶惯性环节。设房间热惯性时间常数为T1=400,空气导热延迟T2=30 选择合适的控制算法进行控制。(1)对控制系统建模并设计合适的数字控制器。(2)进行总体方案设计。(3)CPU采用单片机。1.3 设计要求1、要求每个学生独立完成设计任务。2、要正确运用设计资料。3、在实验室条件下,通过试验调试初步验证其程序的正确性。4、完成课程设计任务书。5、要求提交成果。第2章 控制系统的设计方案2.1 方案设计该空调控制系统用到89C52单片机作为系统的CPU进行控制控制,由数字传感器DS1
3、8B20进行数据采集,89C52对采集到的数据进行处理,得到各种信号。而这些信号将分别作为LED数码管显示的信号输入和启动制冷设备、电暖设备的输入。同时将利用单片机的其它使能端口实现系统的复位,手动调节和自动调节。设计的空调房间温度控制系统能准确测量房间的温度,并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关,通过控制压缩机转速来控制所需热量。空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。图2-1 智能空调控制系统结构图2.2 控制系统的选择数字控制系统就是用一台计算机通过测量元件变送器对生产过程中的多个被控参数进行巡回检测;检测结果与给定值进行比较,在按PID控制规
4、律或其他直接数字控制算法进行运算;然后将运算结果变换成执行机构能够接受的控制量,输出到执行机构对生产过程进行控制。 数字控制器(Digital Controller)是电子控制器的一类,计算机控制系统的核心部分,一般与系统中反馈部分的元件、设备相连,该系统中的其他部分可能是数字的也可能是模拟的。数字控制器通常是利用计算机软件编程,完成特定的控制算法。通常数字控制器应具备: A/D转换、D/A转换、一个完成输入信号到输出信号换算的程序。在计算机控制系统中,数字控制器通常利用计算机软件编程,完成特定的控制算法。图2-2 数字控制系统1、操作指导控制系统 所谓操作指导,是指计算机的输出不直接用来控制
5、被控对象,只是每隔一定时间,计算机进行一次数据采集,将系统的一些参数经A/D转换后送入计算机进行计算及处理,然后进行报警、打印和显示。操作人员根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。操作指导控制系统是一种开环控制结构。该系统属于数据采集与处理系统。优点是结构简单,控制灵活和安全。缺点是要人工操作,速度受到限制,故不适合用于快速过程的控制和多个对象的控制。他主要用于计算机控制系统研制的初级阶段,或用于实验新的数学模型和调试新的程序。图2-3 操作指导控制系统2、直接数字控制系统直接数字控制DDC(Direct Digital Control)系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方
6、法,其结构如图2-4所示。计算机通过检测元件对一个或多个系统参数进行巡回检测,并经过输入通道送入计算机。计算机根据规定的控制规律进行运算,然后发出控制信号直接去控制执行机构,使系统的被控参数达到预定的要求。 在DDC系统中的计算机参与闭环控制过程,它不仅能取代模拟调节器,实现多回路的PID(比例、积分、微分)调节,而且,只通过改变程序就能有效的实现较复杂的控制,如前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。图2-4 直接数字控制系统3、监督计算机控制系统 监督计算机控制SCC(Supervisory Computer Control)系统结构如图2-5所示。在DDC系统中
7、,是用计算机代替模拟调节器进行控制的。而在SCC系统中,则是由计算机按描述生产过程的数字模型,计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机,最后由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程,从而使生产过程始终处于最佳工作。 (a) (b)图2-5 监督计算机控制系统监督计算机控制系统有两种不通的结构形式。一种是SCC+模拟调节器系统;另一种是SCC+DCC系统。(1)SCC+模拟调节器的控制系统该系统原理图如图2-5(a)所示。在此系统中,计算机对系统的被控参数进行巡回检测,并按一定的数学模型对生产工况进行分析,计算出被控对象各参数的最优给定值送给模拟调节器。此给定值在模拟调节器中与检测值进行比
8、较,其偏差值经模拟调节器计算后输出给执行机构,以达到调节被控参数的目的。当SCC计算机出现故障时,可由模拟调节器独立完成操作。(2)SCC+DDC的控制系统该系统原理图如图2-5(b)所示。在此系统中,SCC与DCC组成了二级控制系统,一级为监督控制级SCC,其作用与SCC+模拟调节器系统中的SCC一样,完成车间或工段等高一级的最优化分析和计算,给出最佳给定值,送给DDC级计算机直接控制生产过程。SCC级计算机与DDC级计算机之间通过接口进行信息传送,当DC级计算机出现故障时,可由SCC级计算机代替,因此,大大提高了系统的可靠性。4、分级计算机控制系统生产过程中既存在控制问题,也存在大量的管理
9、问题。同时,设备一般分布在不同的区域,其中各工序、各设备同时并行的工作,基本互相独立,故整个系统比较复杂。过去,由于计算机价格高,复杂的生产过程控制系统往往采取集中控制方式,以便对计算机的充分利用。这种控制方式任务过于集中,一旦计算机出现故障,将会影响全局。价格低廉而功能完善的微型计算机的出现,可以做到由若干台微型计算机或微处理器分别承担部分任务,这种分级(或分布)计算机控制系统有代替集中控制系统的趋势。该系统的特点是讲控制任务分散,用多台计算机分别执行不同的任务,既能进行控制又能实现管理。装置控制级(DDC级),对生产过程或单机直接进行控制,如进行PID控制或前馈控制等,使所控制的生产过程在
10、最优的工况下工作。车间监督级(SCC级),根据厂级下达的命令和通过装置控制级获得的生产过程的数据,进行最优化控制。它还担负着车间内各个工段的协调控制及担负着对DDC级的监督。工厂集中控制级,根据上级下达的任务和本厂情况,制定生产计划,安排本厂工作,进行人员调配及各车间的协调,并及时将SCC级DDC级的情况向上级反映。企业经营管理级,制定长期发展规划、生产计划、销售计划,发命令至各工厂,并接受各工厂、各部门发回来的信息,实行全企业的总调度。经过比较论证,本次设计选择直接数字控制系统。2.3 建立模型设房间热惯性时间常数为T1=400,空气导热延迟T2=30,选择合适的控制算法进行控制并进行建模。
11、空调模型: (2-1)房间模型: (2-2)数字控制器: (2-3)第3章 硬件设计3.1 单片机的选择AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。其主要工作特性是:片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000次;片内数据存储器内含256字节的RAM;具有32根可编程I/
12、O口线;具有3个可编程定时器;中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;串行口是具有一个全双工的可编程串行通信,来构成单片机的最小电路。3.2 A/D转换器A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前,输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/D转换后,输出的数字信号可以有8位、10位、12位、14位和16位等。A/D转换器的工作原理主要有以下三种方法:逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法。A/D转换四步骤:采样、保持、量化、编码。因
13、为设计的温度变化范围是-50-50度,理论上AD位数只要7位(128级)就够了,所以系统采用了经典的ADC0809(8位AD)作为AD采样芯片。温度的计算公式: V=5*Rt/(R+R1+Rt)。 (3-1)ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式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。其主要特性可分为:1)8路输入通道,8
14、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是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,内部结构如图所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图2-4所示。图3-1 ADC0809引脚图(1)IN0IN7;8路模拟量输入端。(2)
15、2-12-8;8位数字量输出端。(3)ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。(4)ALE:地址锁存允许信号,输入端,产生一个正脉冲以锁存地址。(5)START;A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。(6)EOC;A/D转换结束信号,输出端,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。(7)OE;数据输出允许信号,输入端,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。(8)CLK;时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640
16、KHz。(9)REF(+)、REF(-):基准电压。(10)Vcc:电源,单一+5V。(11)GND:地。工作过程:首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换
17、的完成,因为只有确认完成后,才能进行传送。3.3显示模块设计 3.3.1 1602液晶显示器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
18、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。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。3、LCD1602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
19、符尺寸:2.954.35(WH)mm 4.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
20、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
21、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)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:
22、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。3.3.2 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
23、、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16×2,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3-2 显示电路3.4 按键电路模块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。图3-3 按键电路3.5 温度检测模块3.5.1 温度传感器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,DS18
24、B20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
25、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。3.5.2 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3-1所示,温度传感器DS18B20将采集回来的数据给单片机,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。DS18B20R1图3-4 DS18B20温度检测功能电路3.6 振
26、荡电路设计 AT89C52内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器,振荡器产生的信号送到CPU,作为CPU的时钟信号,驱动CPU产生执行指令功能的机器周期。引脚XTAL1和XTAL2是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3-2所示,外接石英晶体或陶瓷谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中。对外接电容C1和C2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,C1和C2一般取(40pF
27、-10pF),外接的是石英晶体,所以,C1、C2选择标称值30pF。图3-5 振荡电路3.7 复位电路设计 单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,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RST引脚输人到芯片的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期),则CPU就可响应并且将系统复位。复位分为手动复位和上电复位。图3-6 复位电路3.8 压缩机驱动电路 压缩机驱动控制,8051的RXD的引脚与
28、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
29、,有一个输出端为高电平,COM就为高电平。图3-7 压缩机驱动电路第4章 软件设计4.1 PID控制算法PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法,必须在硬件上具有闭环控制,就是得有反馈。比如控制一个电机的转速,就得有一个测量转速的传感器,并将结果反馈到控制路线上,下面也将以转速控制为例。PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法,也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制,将当前结果反馈回来,再与目标相减,为正的话,就减速,为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。比例(P)、积分(I)、微分
30、(D)控制算法各有作用:1、比例(P)。反应系统的基本(当前)偏差e(t),系数大,可以加快调节,减小误差,但过大的比例使系统稳定性下降,甚至造成系统不稳定。2、积分(I)。反应系统的累计偏差,使系统消除稳态误差,提高无差度,因为有误差,积分调节就进行,直至无误差。3、微分(D)。反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1),具有预见性,能预见偏差变化的趋势,产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除,因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用,加强微分对系统抗干扰不利。积分和微分都不能单独起作用,必须与比例控制配合。 PID算法的两种类型:1、位置型控制;
31、由于计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差计算控制量,而不能像模拟控制那样连续输出控制量量,进行连续控制。 (4-1) 2、增量型控制;所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量。当执行机构需要的控制量是增量,而不是位置量的绝对数值时,可以使用增量式PID控制算法进行控制。 (4-2)图4-1 PID算法流程图4.2 主程序流程主程序包括初始化部分和循环部分,循环调用显示子程序、及控制键判断模块,且有串口中断时响应串口中断服务程序。当有控制键按下或发生串口中断时,根据键值或传送值转入相应控制功能子程序,主程序执行流程图如图4-2。图4-2主程序流程图4.3 按键流程图智能
32、空调控制系统按键部分的子程序流程图。图4-3 按键部分子程序流程图4.4 温度设置流程图图4-4 温度设置流程图4.5 DS18B20工作流程图图4-5 DS18B20工作流程图第5章 系统的调试与分析5.1 系统的调试 本系统中主要调试的硬件是单片机。 调试单片机89C52的主要目的是确保单片机能正常工作。调试分三部分进行:1.单片机没有损坏;2.测试晶振电路是否工作正常;3.录入检测程序,检测单片机及其外围电路能否整体正常工作。 步骤一:确定单片机没有损坏。调试所用的单片机编程器是WH-280AU系列的USB型编程器。一般来说,使用编程器对单片机进行程序的擦除
33、和烧录都能成功,并且通过校验,可以确定单片机没有损坏。步骤二:测试晶振电路是否工作正常。晶振电路连接上单片机并且上电后检测晶体振荡器的两端电压,电压是+2V左右时,晶振电路是供电正常。用示波器观察晶体振荡器两端的波型,能够产生稳定的脉冲波形是,可以确定晶振电路工作正常。 步骤三:录入检测程序,检测单片机及其外围电路能否整体正常工作5.2 问题分析和解决办法 1、较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS18B20与微处理器采用串行数据传送,因此,在对DS18B20进行读写编程时,必须严格的保证读写时序,否则将无法读取测温结果。2、在DS18B20测温程序设计中,向D
34、S18B20发出温度转换命令后,程序总要等待DS1820的返回信号,一旦某个DS18B20接触不好或断线,当程序读该DS18B20时,将没有返回信号,程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。3、程序的结构要设计的合理,避免上下乱调用的现象,这样会使程序更加清晰化。 4、编程前要加流程图,这样会使思路清晰。5、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。6、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。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
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