《空调电子控制系统设计与测试》7600字

空调电子控制系统设计与测试目录1、前言 11.1研究背景 11.2研究意义 11.3设计方案 22、空调系统设备选用设计 32.1设备选型的分析 32.1.1新风机组的选型 32.1.2风机盘管的选型 32.1.3加压送风机的选型 32.2冷热源系统设计 42.2.1冷源 42.2.2热源 42.3空调系统的控制功能和要求 42.3.1供暖系统 42.3.2空调水系统设计 52.3.3空调风系统设计 52.3.4空气湿度调节系统 53、空调控制系统硬件选用设计 63.1单片机AT89C51最小系统模块 63.1.1单片机晶振电路 63.1.2复位电路 63.1.3时钟脉冲 73.1.4电源电路 73.2外接采集节点模块电路 83.2.1显示电路 83.2.2键盘电路 93.2.3控制指示电路 103.2.4温度传感器 104、软件设计与测试 124.1软件设计思想 124.2系统软件设计 124.3系统软件测试 154.4系统测试结果及分析 18结论 19附录 211、前言1.1研究背景建筑暖通空调设计是整个建筑设计的基础，也是形成暖通空调系统功能的保证，在和谐发展和珍视环境的时代背景下，建筑暖通空调设计出现了绿色设计的理念，并由此开始了绿色建筑暖通空调设计的方法和技术等方面的研讨。本研究从建筑暖通空调设计实际出发，在分析建筑设计的基础上，重申了建筑暖通空调设计的基本原则，提供了新时期以太阳能技术、地源热泵技术、自然通风技术为代表的做好建筑暖通空调设计的基本技术。在现阶段的空调工程设计中，存在了诸多的问题。例如：为了满足业主求快的心理，在设备容量的选择中不做仔细完善的分析和计算，就套用现成的设计或只凭经验计算，造成容量选择的不合理；在系统选择上不做能耗对比分析，造成系统选择盲目；为求稳妥和效益，不愿吸收国内外成熟的节能技术，设计方案老套，没有新意；新风量不足，轻则引起人们的不舒适感觉重则导致病态建筑综合症的产生；喷淋式冷却塔如果设计不合理或者管理不善，极易滋生和传播细菌危害人们的身体健康；室内气流组织设计不合理，导致工作区过冷或过热或垂直温度差异太大，影响用户的舒适度。1.2研究意义暖通空调系统是一个国际性的产业，其相关工作包括系统的运行、保养、设计及架构、设备制造商及业务、研究以及教育推广。暖通空调方案设计是整个暖通空调系统生命周期中最为关键的一环，是后续工作顺利进行的重要保障。如何因地制宜的合理选择空调系统耗能方式，如何充分有效的用能，如何提高建筑用能的效率，如何合理设计创造舒适的室内环境而同时尽可能减少对室外环境的负面影响，是每一个暖通空调系统设计工程师的任务，而这些首先应该在设计方案中得到体现，解决好源头问题。考虑了节能的因素也有利于整个系统初投资的节约。使用要求得以保证。能满足人们生活的舒适性要求，能使人们在室内高效地工作学习，改善劳动环境条件。另外，在发生空调时，防排烟系统能正常工作，满足消防要求，确保质量安全性。1.3设计方案系统的整体设计思路如下：第一步：用温度传感器DS18B20检测当前温度，然后把数据传输给单片机，再由单片机控制液晶显示器LCD1602把当前温度值显示在其第一行。第二步：由单片机设定初始给定温度后显示在液晶显示器LCD1602的第二行。第三步：在程序中比较给定温度和当前温度值。每隔2S当前温度减‘1’，即模拟空调压缩机工作，实现制冷。当前温度减至给定温度时，自动驱动压缩机反转，反转过程中每隔2S当前温度加‘1’。LCD显示AT89C51单片机LCD显示AT89C51单片机DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器蜂铃器蜂铃器驱动部分制热驱动部分制热按键输入制冷驱动部分按键输入制冷驱动部分送风驱动部分送风驱动部分图1.1AT89C52和DS18B20传感器为核心的结构框图2、空调系统设备选用设计2.1设备选型的分析2.1.1新风机组的选型由两个不同型号的新风机组，可知按后一种方法计算的新风机组每天可节省的电量为(5.5-3.7)×24=43.2kW·h，而对于办公楼的5～22层均存在这种现象，再假设新风机组每年的运行天数为240天，商业用电的价格为1元/度电，则可以计算出一年可以节省的运行费用为43.2×240×1=10368元。这仅是从新风机组的运行角度分析的，由于新风量的减少，导致新风冷负荷的降低，则最终会使相应的冷水机组的耗电量降低，这也能节省一定的运行费用。2.1.2风机盘管的选型室内状态点N由温度22℃及相对湿度50%来确定，夏季时室外状态点W由干球温度35.4℃及湿球温度27.7℃来确定。但在进行风机盘管的选型时，产品手册中的数据都是有相应的名义工况：进口空气的干球温度为27℃，湿球温度为19.5℃，进口水温为7℃，供回水温差为5℃。新风机组承担：室内部分显热冷负荷＋新风全部显热冷负荷＋部分新风潜热冷负荷。风机盘管承担，室内部分显热冷负荷＋室内全部潜热冷负荷＋部分新风潜热冷负荷。2.1.3加压送风机的选型由于地下室或半地下室与地上层不应共用楼梯间，在首层与地下层的出入口处，设置耐火极限不低于2.00h的隔墙和乙级的防火门隔开，所以对于地上地下共用楼梯间的情况应按地上、地下两部分分别的送风量之和来确定加压送风量。加压送风量的确定直接关系发生空调时人员的生命安全，其选用的加压送风机的型号为GXF-NO.11-C53323m3/h-960r/min-940Pa-18.5KW。2.2冷热源系统设计2.2.1冷源在冷水机组设计环节的时候，合理的选择冷水机组的台数和机组可以有效的降低建筑物的全年运行能耗。夏季炎热，需要依靠空调系统为室内降温。集中空调系统设计计算冷负荷为4000kW（包括新风负荷），制冷机房没有设在商业写字楼主观内，设置在商业写字楼的东南侧。设计使用3台水冷螺杆式冷水机组（功率皆为1420kW），冷负荷指标，211W/m2。冷水循环泵共5台，其中3台型号为KQW125-200B，流量166m，扬程34.5m，功率22kw，备用l台:其中2台型号为KQW100-160，流量100m，lh，扬程32m，功率15kw，备用l台。冷却水循环泵5台，其中3台型号为KQW150-315A，流量243m3lh，扬程24.5m。2.2.2热源此本工程主机容量不是按商业写字楼的最大负荷来选择，而是根据实际情况来确定。本工程水系统分两个环路，一个环路为大厅服务，另一个环路为1层辅助用房服务。当出现满座时，可调节1层辅助用房的水环路，保证大厅的空调负荷;当没有人员时，开1台主机就可满足1层辅助用房的空调负荷。这样既可满足使用要求，又可节省初投资和运行费用。空调热媒为60℃/50℃低温热水，由1台MIO~MF入换热面积为7.7m。板式换热器换热后提供。空调热水循环泵2台，型号为KQW125——160，流量160nl讥1，扬程32n飞，功率22kw，l台备用。2.3空调系统的控制功能和要求2.3.1供暖系统供暖系统改用独立的低温地板辐射供暖系统。由于商业写字楼空间较大，同时需满足附属房间的防冻要求，供暖系统的设置仅考虑值班供暖，在使用时主要以空调系统为主，但是在4.8m标高层的休息厅，由于空间较高，比较空旷，采用了辐射地板供暖。低温地板辐射供暖系统和热器供暖系统都需要利用换热机组。因此，需要分别按照需要设计不同的换热机组。2.3.2空调水系统设计在整个水系统（供回水）的总管道门阀处进行负荷侧流量调节。可以将空调水系统分为以下两部分：空调机组水系统和风机盘管水系统。空调水系统采用两管制，夏季由制冷机房提供7e/12e空调冷水，冬季由市政热力提供65e/55e空调热水，以满足建筑物空调供冷供热的需要。空调机组及风机盘管的水系统按建筑防火区域分4个环路，分别从4个入口进入室内，干管采用异程系统。2.3.3空调风系统设计在卖场0.0m层的空调机房内设置有为固定座椅区服务的8套全空气双风机系统K-1-1~8，机组送风到观众席座椅下的静压箱内，侧百叶回风。过渡季采用全新风运行，空调时，空调箱兼补风，排风机兼排烟使用。地下1层配电机房等设消防气体灭火系统(兼平时排风)，待气体灭火系统施放后排气，其计算排风量按5次/h换气，风机设于当前层机房内。地下0.0m层还有为商业用房服务的空调系统K-5-1~5和为4.8m层休息厅服务的空调机组K-4-1~8。2.3.4空气湿度调节系统在集中监控状态下，还需要监控空调室内温湿度状态，通过温湿度感应装置采集数值反馈给控制系统，控制系统根据这些数值进行分析，然后调节组合式空调机组的运行状态，例如湿度偏低时，开大加湿器供水阀门，增加加湿量；冬季室内温度偏高时，可关闭热水盘管，直接引进预处理的新风调节室内温度；夏季室内湿度偏大时，可加大制冷量降低空气湿度，在通过电加热提升过低的温度。3、空调控制系统硬件选用设计3.1单片机AT89C51最小系统模块3.1.1单片机晶振电路众所周知，单片机的正常运行离不开时钟元件产生的时钟频率。晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度。振荡电路产生的信号供各个电路使用，控制电路从存储器中读出代码，根据代码来控制节拍器和音调器协调工作，产生音乐的输出。这时的时钟电路需要外界的定时原件来加以辅助，外部原件可通过XT2的进出两个端口与电路连接，从而产生自激振荡。本文选用的晶振型号是110592，相比起其他的在速度上面占有非常大的优势，其电路图如下3.1所示。图STYLEREF1\s3.1晶振电路3.1.2复位电路复位电路是处理器系统的所必须的外部设计，通常复位电路都是选取上电复位。AT89C51的复位引脚（Reset）连接高电平超过两个机器周期，即可产生复位的动作。由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。除了进入系统的正常初始化之外，当由于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，也需按复位键重新启动。本设计中复位方式采用上电∕按键手动复位方式，时钟采用内部时钟。硬件电路如图3.2复位电路所示。图STYLEREF1\s3.2复位电路3.1.3时钟脉冲AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。在本设计中采用的是内部时钟电路。输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端是引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡电路，在这里晶振用来构成振荡电路产生各种频率信号，电容起稳定作用。时钟脉冲部分电路如图3.3所示。图3.3时钟脉冲电路设计3.1.4电源电路由于单片机工作时需要+5V电压，所以在设计电源电路时，需要一个电子元件能提供+5电压。由于7805能够提供5V电压的三端稳压电源，在实际的电路控制中应用其作为电源电路较为广泛，在普通的电子元器件市场都有销售易于购买，并且技术相对成熟。如图3.4电源模块电路图所示。图STYLEREF1\s3.4电源模块电路7805一脚为电源输入端，二脚为公共接地端，三脚即为我们所需要的+5V的电压输出端。本文采用典型的7805提供电压的电路，在7805的1脚和公共接地端2脚之间假如0.3uF的电容，在公共接地端和3脚+5V电压端之间介入0.1uF电容。3.2外接采集节点模块电路3.2.1显示电路液晶显示采用LCD1602，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。使用该模块模式灵活的界面和简单方便的操作指令，这样就算是在不使用计算机的情况下，控制系统系统也能正常运行，并且能具有直观的可视性。可以形成中文人机交互图形界面[[]王洪山.基于GIS/GPS的车辆监控在企业关务系统中的应用[J].信息与电脑(理论版).2011(02)][]王洪山.基于GIS/GPS的车辆监控在企业关务系统中的应用[J].信息与电脑(理论版).2011(02)图3.5液晶显示LCD1602电子图3.2.2键盘电路本设计采用单片机控制器处理，按键是采用行列式键盘。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。键盘是最常见的人机接口设备，微机控制器通过键盘可以输入各种操作指令和数据，单片机控制器捕捉关键信息，与单片机控制器进行相应的处理[[]杨新夺.基于网络GPS的物流动态调度系统应用分析——以泉州大物流网络建设为例[J].中国商贸.2011(08)]。与单片机控制器的PO口相连，八个键盘分别控制步进空调易发地段的运行情况，每按一次，按键控制电路采用八个按键开关，监控温度增加一个等级，直到最高的速度等级。P0.6控制其他传感器信息采集点的设置。本设计中，我们采用4*4键盘进行对电路的设定。按键S2~S8组成独立键盘与单片机AT89C51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。4*4[]杨新夺.基于网络GPS的物流动态调度系统应用分析——以泉州大物流网络建设为例[J].中国商贸.2011(08)图3.6键盘示意图3.2.3控制指示电路控制指示电路由两个彩灯构成，由单片机P3.4（引脚14）、P3.5(引脚15，见表1)输出控制信号，控制彩灯的亮灭。在该系统中，当温度超过26摄氏度时，单片机P3.5输出高电平，驱动高温彩灯亮，启动制冷设备。当温度低于18摄氏度时，单片机P3.4输出高电平，驱动低温彩灯亮，启动电暖设备。当不满足条件时，彩灯熄灭。3.2.4温度传感器感温空调选择DS18B20数字温度传感器，把信号源与放大电路之间，放大电路与负载之间的直流隔开。多个DS18B20可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省大量的引线和逻辑电路。温范围-55℃~+125℃，固有测温分辨率0.5℃。DS1820采用3脚TO-92封装或8脚50封装，管脚排列如图3.7所示：图3.7DS18B20的引脚振荡频率对温度非常敏感，提供一个计数器2计数脉冲频率随温度变化。宿主可以是一个微控制器，从机可以是一个单总线设备，它们之间的数据交换通过信号线。只有一个从机设备时，系统根据单节点系统操作，当有多个从设备时，系统是根据多节点系统的操作。本次设计采用第二中供电方式，他与单片接的链接如图3.8。图3.8温度传感器DS18B20与单片机连接图4、软件设计与测试4.1软件设计思想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。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。本设计采用C语言编写程序。由主程序模块、温度采样模块、键盘扫描模块、液晶驱动程序模块和执行程序模块组成。软件部分总体结构框图如下4.1图：主函数主函数键盘扫描模块执行键盘扫描模块执行模块液晶驱动模块温度采样模快图4.1总体结构框图4.2系统软件设计智能空调控制系统的主程序流程图，如图4.2所示：已初始已初始化入口初始化三个备份单元数据相同?有两个单元数据相同?恢复备份单元数据温度检测程序红外接受处理子程序主攻能处理子程序键盘检测子程序定时器处理子程序定时处理子程序风速调节子程序摆风控制子程序步进电机状态处理子程序输出子程序自检子程序工作数据备份NNNYYY图4.2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4.3所示：图4.3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4.4所示：图4.4液晶显示部分的子程序流程图温度设定和温度显示流程图分别如图4.5和图4.6所示。图4.5温度设置软件流程图图4.6温度显示软件流程图4.3系统软件测试（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1（4）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。4.4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。结论本次设计系统地介绍了空调控制系统的硬件电路设计以及软件设计。在总体方案设计中以光温度传感器作为信号的传感器，使得设计的检测部分稳定、准确。以压缩机作为信号输出的执行原件，控制简单，容易实现。AT89C51单片机作为主要的控制原件，经济实用，减少了硬件的复杂性。并且应用了按键控制以及显示电路，极大的提升了本设计的方便性，在本设计中，可以认为控制空调的开关，使得空调更加人性化。本设计的主要原理温度传感器受到外界条件影响后，经过A/D转换，传送给单片机一个电信号，在由单片机经过处理后，将信号传给压缩机，控制压缩机做出相应的动作，最终实现控制空调的开闭。在实现一般应用的基础上，又添加了定时元器件电路，用户可以自己设定开关时间，使空调的自动化性能得到进一步提升。再加上手动控制，使得本系统更加人性化。光敏电阻的良好感光性以及压缩机的结构简单，控制方便的优点使空调控制开关更加稳定。附录1.系统程序代码#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDS=P3^3;//定义DS18B20接口sbitp30=P3^0;sbitp31=P3^1;sbitat=P3^4;//定义增温控制接口sbitdt=P3^5; //定义减温控制接口staticinttemp;uintcout=0;staticintl_tmp;ucharflag1;uinti=0;voiddisplay(void);codeunsignedchartable[]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f，0x40，0x80，0x00};//共阴数码管0-9空表Unsignedcharl_tmpdate[8]={0，0，0，0，0，0，0，0};//定义数组变量，并赋值1，2，3，4，5，6，7，8，就是本程序显示的八个数inttmp(void);voidtmpchange(void);voidtmpwritebyte(uchardat);uchartmpread(void);bittmpreadbit(void);voiddsreset(void);voiddelayb(uintcount);voidzhuti(l_tmp);voiddelayc(unsignedintj);voidadd(void);voidsub(void);voidISR_EX0()interrupt0{ delayc(2000);cout++;}voidmain()//主函数{ at=1;dt=1;EA=1; //首先开启总中断 EX0=1; //开启外部中断0 IT0=1;//设置成下降沿触发方式while(1){tmpchange();//温度转换 l_tmp=tmp(); zhuti(l_tmp);display(); while(cout%2!=0) {display();while((cout%2!=0)&&(p31==0)) {add();} while((cout%2!=0)&&(p30==0)) {sub();} }}}voiddelayc(uintj){while(--j>0);}voidadd(void){ delayc(20000);l_tmp=l_tmp+10; zhuti(l_tmp);}voidsub(void){delayc(20000);l_tmp=l_tmp-10; zhuti(l_tmp); }voidzhuti(intl_tmp){l_tmpdate[0]=l_tmp/100;l_tmp=l_tmp%100;l_tmpdate[1]=l_tmp/10;l_tmp=l_tmp%10;l_tmpdate[2]=11;l_tmpdate[3]=l_tmp;if(((l_tmpdate[0]>1)&&(l_tmpdate[1]>6))|((l_tmpdate[0]>2)&&(l_tmpdate[0]<6)))dt=0;elsedt=1;if(((l_tmpdate[0]<2)&&(l_tmpdate[1]<8))|(l_tmpdate[0]<1))at=0;elseat=1;}voiddisplay(void)//显示{uchari，temp;P2=0;P1=P1&0xf8;for(i=0;i<4;i++){temp=l_tmpdate[i];temp=table[temp];P2=temp;delayc(100);if(i==7)break;P2=0;P1++;}}voiddelayb(uintcount)//delay{uinti;while(count){i=200;while(i>0)i--;count--;}}voiddsreset(void)//DS18B20初始化{uinti;DS=0;i=103;while(i>0)i--;DS=1;i=4;while(i>0)i--;}bittmpreadbit(void)//读一位{uinti;bitdat;DS=0;i++;//小延时一下DS=1;i++;i++;dat=DS;i=8;while(i>0)i--;return(dat);}uchartmpread(void)