空调的温度控制毕业设计(1)

1、. - - - 可修编-.PAGE 1. - - - 可修编-摘 要：空调的温度控制单元应用了单片机技术，用于实现温度自动控制，现场温度经温度传感器采样后，变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送给放大器，信号放大后送到A/D转换器转换为数字信号送单片机，单片机将给定的温度与测量温度的相比拟，得出偏差量，执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，完成温度的控制。实现以单片机为控制中心，以空调机为执行器件，通过单片机程序来完成对室温度的自动控制。关键词：单片机，传感器，自动控制Abstract: Air conditioning

2、s temperature control unit has applied the monolithic integrated circuit technology, uses in realizes the temperature automatic control, the scene temperature after the temperature sensor sampling, transforms for the analogue voltage signal, filters out the unwanted signal after the low-pass filteri

3、ng gives the amplifier, after the signal enlarges, delivers A/D switch to transform for the digital signal delivers the monolithic integrated circuit, the temperature which and the survey temperature the monolithic integrated circuit will assign pares, obtains the e*tent of the error, the actuator b

4、y the turn-on frequency high solid state relay switch holds the post, uses the simulation the PWM control method, the change identical cycle neutron switchs closing time, pletes the temperature the control. Realizes take the monolithic integrated circuit as the control center, as carries out the pon

5、ent take the air conditioner, pletes through the monolithic integrated circuit procedure to the indoor temperature automatic control. Keywords: Monolithic integrated circuit, sensor, automatic control . 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2958089971 引言 PAGEREF _Toc295808997 h 3HYPERLINK l _Toc295808

6、9982 总体方案设计和选择 PAGEREF _Toc295808998 h 3HYPERLINK l _Toc2958089992.1 方案一 PAGEREF _Toc295808999 h 3HYPERLINK l _Toc2958090002.2 方案二 PAGEREF _Toc295809000 h 3HYPERLINK l _Toc2958090012.3 总体方案设计和选择 PAGEREF _Toc295809001 h 3HYPERLINK l _Toc2958090023 DS18B20温度传感器 PAGEREF _Toc295809002 h 4HYPERLINK l _To

7、c2958090033.1 DS18B20的工作原理 PAGEREF _Toc295809003 h 4HYPERLINK l _Toc2958090043.2 DS18B20的测温原理 PAGEREF _Toc295809004 h5HYPERLINK l _Toc2958090054 单片机接口设计 PAGEREF _Toc295809005 h 6HYPERLINK l _Toc2958090064.1 设计原则 PAGEREF _Toc295809006 h 6HYPERLINK l _Toc2958090074.2 引脚连接 PAGEREF _Toc295809007 h 6HYPE

8、RLINK l _Toc2958090085 系统整体设计 PAGEREF _Toc295809008 h 7HYPERLINK l _Toc2958090095.1 系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc295809009 h 7HYPERLINK l _Toc2958090105.2 系统软件设计 PAGEREF _Toc295809010 h 9HYPERLINK l _Toc2958090115.3 调试 PAGEREF _Toc295809011 h 10HYPERLINK l _Toc295809012总 结 PAGEREF _Toc295809012 h 11HYPERLIN

9、K l _Toc295809013致 PAGEREF _Toc295809013 h 12HYPERLINK l _Toc295809014参考文献 PAGEREF _Toc295809014 h 13HYPERLINK l _Toc295809015附 录 PAGEREF _Toc295809015 h 14HYPERLINK l _Toc295809016附录A 主板电路图 PAGEREF _Toc295809016 h 14HYPERLINK l _Toc295809017附录B 程序代码 PAGEREF _Toc295809017 h 15HYPERLINK l _Toc2958090

10、18附录C-1 系统总流程图 PAGEREF _Toc295809018 h 21HYPERLINK l _Toc295809019附录C-2 读出温度子程序 PAGEREF _Toc295809019 h 22HYPERLINK l _Toc295809020附录C-3 主程序流程图 PAGEREF _Toc295809020 h 231 引言空调也就是空气调节器，是一种用于给空间区域提供处理空气的机组。它作为现代生活中必备的生活电器，应用的越来越广泛。它的功能是对房间或一定区域空气的温度、湿度、干净度和空气流速等参数进展调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。它使得人们的生活环境更加舒适，也

11、满足了工艺加工过程对精度的要求。研究空调的温度控制系统，也即是研究空调机对温度的测量与控制调节问题。已往温度控制的电路系统很多，有模拟电路构成的、数字电路构成的等，但其电路复杂且控制效果不佳，只能用于一些精度要求较低的场合。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度控制器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能到达2C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625C。为了提高多通道智能温控器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。进入21世纪以后，空调的温度控制要求也越来越高，单片机便出现在人们的视

12、野中，它具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点。自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，广泛应用在家用电器、办公自动化、医用设备、航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域。基于单片机的空调器温度控制系统，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机使人们的生活更加方便、舒适、丰富多彩。应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量围更广，精度更高，要实现高精度的温度自动控制就必须采用计算机控制系统。本设计是对温度进展实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了根本的温度控制功能2：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加

13、温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停顿加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停顿降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，准确到小数点一位。2 总体方案设计和选择2.1 方案一测温电路7的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进展A/D转换后，就可以用单片机进展数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比拟麻烦。2.2 方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS1

14、8B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进展转换，依次完成设计要求。2.3 总体方案设计和选择比拟以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比拟简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如下图，它由三局部组成:控制局部主芯片采用单片机AT89S51；显示局部采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；温度采集局部采用DS18B20温度传感器。加热继电器电风扇继电器单 片 机DS18B20LED显示指示灯 图21 温度计电路总体设计方案控制局部单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式

15、产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2. 显示局部显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。3. 温度采集局部DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一局部主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口局部组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机承受温度并存储。此局部只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。3 DS18B20温度传感器3.1 DS18B20的工作原理根据DS18B20的

16、通讯协议3，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：1. 每一次读写之前都必须要对DS18B20进展复位；2. 复位成功后发送一条ROM指令；3. 最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进展预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。(1) 初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开场的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生

17、复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K上拉电阻将总线拉高，延时1560us，并进入承受模式，以产生低电平应答脉冲，假设为低电平，再延时480us6。(2) 写时序写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开场。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。(3) 读时序总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时

18、序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us3.2 DS18B20的测温原理3.2.1 DS18B20的测温原理每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片ROM 中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出4。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进展温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数

19、据。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度存放器中，减法计数器1和温度存放器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度存放器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开场对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停顿温度存放器值的累加，此时温度存放器中的数值即为所测温度。 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必

20、须按协议进展。操作协议为：初始化DS18B20发复位脉冲发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比拟器预 置温度存放器减到0图3-2 测温原理部装置3.2.2 DS18B20的测温流程初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S跳过ROM匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图3-2 DS18B20测温流程4 单片机接口设计4.1 设计原则DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3.1所示单片机端口

21、接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P1.1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期提供足够的电流，可用一个MOSFET管和89S51的P1.0来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：初始化。ROM操作指令。存储器操作指令。4.2 引脚连接4.2.1 晶振电路

22、单片机*IAL1和*IAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路1。4.2.2 串口引脚 串口引脚形式见附录A。 P0口接9个2.2K的排阻然后接到显示电路上。P1.1和P1.2引脚接继电器电路的4.7K电阻上，P1口其他引脚悬空P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别接到显示电路的4.7K电阻上，P2.5接蜂鸣器电路，其他引脚悬空P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按键电路4.2.3 其它引脚 ALE引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC接电源、VSS接地、EA接电源. 5 系统整体设计5.1 系统硬件电路设计5.1.1 主板电路设计单片机的P

23、1.0接DS18B20的2号引脚，P0口送数P2口扫描，P1.1、P1.2控制加热器和电风扇的继电器。5.1.2 各局部电路(1) 显示电路显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图5-1 显示电路图(2) 单片机电路图5-2 单片机电路引脚图 (3) DS18B20温度传感器电路图5-3 温度传感器电路引脚图(4) 继电器电路图中P1.1引脚控制加热器继电器。给.P1.1低电平，三极管导通，电磁铁触头放下来开场工作. 图5-4 继电器电路图(5) 晶振控制电路图5-5 晶振控制电路图 (6) 复位电路图5-6复位电路图5.2 系统软件设计5.2.1 系统

24、软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速开展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和构造化程序设计方法进展软件编程5。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂的语言，用汇编语言最终都必须翻译成机器语言的程序，计算机才能“看懂，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言

25、，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比拟快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。MCS51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS51指令系统有丰富

26、的位操作指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS51指令系统主要的优点之一。对于要求反响灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化产品，可以充分表达出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序初始化子程序、写程序和读程序5.2.2 系统程序系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。1主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进展一次。这样可以在一秒之测量一次被

27、测温度，其程序流程见图19所示。通过调用读温度子程序把存入存储中的整数局部与小数局部分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来 2读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进展CRC校验，校验有错时不进展温度数据的改写。 DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能到达预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。3复位、应答子程序备注：系统程序相关流程图见附录C5.3 调试主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与给定值进展比拟，假设测得温度小于设

28、定值，则进入加热阶段，置P1.1为低电平，这期间继续对温度进展监测，直到温度在设定围，置P1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置P1.2为低电平，这期间继续对温度进展监测，直到温度在设定围，置P1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次的启动命令。第一次接电调试，设置温度上限为90摄氏度，温度下限为20摄氏度。加热后，温度有时超过90摄氏度却不报警，后经检查，发现是进位C没有清0，于是在如下写入程序中参加进位C清零，便排除了这个异常。WR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$3RRC AMOV P1.0,CMOV

29、R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET; 读DS18B2再经实际接电调试，一切运行正常。加热到90摄氏度时，红灯亮起，自动断电，而低于20摄氏度时，绿灯亮起，开场加热。. 总 结本设计使用的温度控制器构造简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进展监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，例如育婴房的温度、

30、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。. 致 大学三年的学习和生活就要随着这篇论文的辩论而完毕了。有许许多多的舍不得，也有许许多多的感要说。首先要衷心感的是我的指导教师淑敏教师！在我学习期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则。这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助。我愿借此时机向导师表示衷心的感！其次要感所有教育过我的教师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完本钱论文的根底。我还要向关心和支持我学习的朋友们表示真挚的意！感他们对我的关心、关注和支持！ 大学的生活让

31、我有了坚强的性格，冷静的头脑和永远乐观的态度。最重要的是让我有了责任感，对自己、对家人和对社会。我愿在未来的学习过程中，以更加丰厚的成果来答曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、教师、同学和朋友。永远以一颗为人民效劳的心来回报社会！参 考 文 献1 朝青,单片机原理及接口技术(简明修订版)M:航空航天大学，1998：72 广弟.单片机根底M. :航空航天大学，1994：33 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用J.电子技术与应用，2000：5-64 钢.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用.现代电子技术J,2005：55 Steven F.Barrett,Daniel J.P

32、ack.Embedded SystemM.：电子工业，2006：10-116 跃东.DS18B20集成温度传感器原理与应用J.机电学院学报,2002：8-97 阎石.数字电子技术根底第三版M. ：高等教育，1989：4附 录附录A 主板电路图. 附录B 程序代码ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否检测到DS18B20标志位A_BIT EQU 20H ;数码管个位数存放存位置B_BIT EQU 21H ;数码管十位数存放存位置*S EQU 30HMOV A,#00HMOV P2,AMAIN:LCALL GET_TEMP

33、ER;调用读温度子程序MOV A,29HMOV B,ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H,AMOV A,BMOV C,40H;将28H中的最低位移入CRRC AMOV C,41HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRRC AMOV 29H,ALCALL DISPLAY;调用数码管显示子程序AJMP MAIN; 这是DS18B20复位初始化子程序INIT_1820:SETB P1.0NOPCLR P1.0;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,

34、$DJNZ R1,TSR1SETB P1.0;然后拉高数据线NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3;等待DS18B20回应DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延时TSR3:SETB FLAG1 ; 置标志位,表示DS1820存在LJMP TSR5TSR4:CLR FLAG1 ; 清标志位,表示DS1820不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 时序要求延时一段时间TSR7:SETB P1.0RET; 读出转换后的温度值GET_TEMPER:SETB P1.0LCALL INIT_1820;

35、先复位DS18B20 FLAG1,TSS2RET ; 判断DS1820是否存在“假设DS18B20不存在则返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 发出温度转换命令LCALL WRITE_1820;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换完毕,12位的话750微秒LCALL DISPLAYLCALL INIT_1820;准备读温度前先复位MOV A,#0CCH ; 跳过ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ; 发出读温度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_182

36、00; 将读出的温度数据保存到35H/36H RET;写DS18B20的子程序(有具体的时序要求)WRITE_1820:MOV R2,#8;一共8位数据CLR CWR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET; 读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据 READ_18200:MOV R4,#2 ; 将温度高位和低位从DS18B20中读出MOV R1,#29H ; 低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)RE00