1、淮北师范大学 2013届学士学位论文 基于单片机的模拟空调控制系统学院、 专 业 物理与电子信息学院 电子信息工程 研 究 方 向 单板微型计算机 学 生 姓 名 纪 宏 源 学 号 指导教师姓名 指导教师职称 副教授 2013 年 4 月 25 日淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统I 基于单片机的空调模拟控制系统纪宏源淮北师范大学物理与电子信息学院 235000 摘要 本文设计了一种以 STC89C52 为核心的空调控制系统，并详细分析了其在硬件和软件上的实现过程。本系统硬件电路大致上可以分成控制模块、电机模块、键盘模块、电源模块、温度模块和显示模块。控制模
2、块选用 STC89C52 芯片并采用 24MHz 晶振获得稳定的频率，可以用来准确地控制整体电路以及存储和计算数据。按键模块完成空调的工作方式、风速、温度等状态信息的设定。电源模块采用 12V 锂电池经过 7805 转换成 5V 电压向单片机及电机供电，并且用 L298N驱动电机使电机速度达到可控。温度模块则是用 DS18B20 实时采集温度并传输到液晶上显示。显示模块采用无字库 LCD12864 液晶，实时显示温度数据及空调状态信息。系统软件程序采用 C 语言编写，占用资源少、程序执行效率高，有利于实现较复杂的算法和程序结构化设计。经测试，本系统满足设计要求，可以实现控制系统的基本功能。关键
3、词 空调；单片机；温度；控制系统淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统II Base On Single-Chip Computer Air Conditioner SimulationControl SystemJi Hong YuanSchool of Physics and Electronic Information, Huaibei Normal University, 235000Abstract: A design of a control system of air-condition which used STC89C52 as the core
4、 is described in this paper. A detailed analysis of the design process in both hardware and software is also mentioned. The hardware circuit of this system can be roughly separate into control module, motor module, keyboard module, power module, temperature module and display module. In the control
5、module, which can control the whole electric circuit accurate, a STC89C52 chip used 24MHz crystal oscillator to get the stable frequency is used. It also can save and calculate data. The keyboard module set the state information such as working mode, wind speed, temperature and etc. In the power mod
6、ule, a 12V lithium battery converted to 5V through 7805 is used, which supply the power used in single-chip computer and motor. A L298N drive motor is also used to control the motor speed. In temperature module, DS18B20 which record temperature and send to LCD is used. In the display module, a LCD12
7、864 without font is used to display the temperature data and the state information of AC in real-time. The C language is used to program the system software. It is propitious to program the complicated algorithm and structure design of software due to the small resource using and effectiveness. By t
8、esting, the system satisfied the design requirement and achieve the basic function of control system. Keywords: Air-Condition;Single-chip computer;Temperature;Control system淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统III 目 录1 绪 论 .11.1 空调的发展 .11.2 单片机特点及其应用开发过程 .21.3 设计任务 .32 系统硬件设计 .42.1 设计方案 .42.2 控制模块 .42.
9、3 显示模块 .72.4 键盘模块 .92.5 测温模块 .92.6 电机模块 .102.7 电源模块 .112.8 整体电路图 .123 系统软件设计 .133.1 C 语言程序的设计方法 .133.2 系统软件的设计 .134 调试及性能分析 .194.1 仿真软件及编译软件简 介 .194.2 调试过程中出现的问题及解决办法 .19淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统IV 4.3 调试结果 .20结论 .24参考文献 .25致 谢 .26淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统0 1 绪 论1.1 空调的发展空调即空气调节器（r
10、oom air conditioner） ，它是一种对空间区域里的空气（一般为封闭）进行处理，使空气温度产生变化的机组。空调可以对封闭空间或区域内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，从而满足人体舒适度的要求。公元前 1000 年左右波斯利用装置于屋顶的风杆，让外面的自然风穿过凉水并吹入室内另室内感到凉快，这是世界上最早的空气调节系统 1。1555 年Agricola 的著作介绍了煤矿中的通风系统（用人工鼓动的风箱） 。1842 年，美国佛罗里达州的医生约翰.哥里（John Gorrie）采用刚发明的机制冰在阿帕拉契科拉医院进行气温调节。1851 年苏格拉天文学家 C.P.Smyt
11、h 在爱丁堡皇家学会上提出，打算采用空气制冷机来冷却热带房间的想法。1860 年 Fredinand Carre 在巴黎科学院发表了一篇报告他在预言制冷机的多种用途中把剧场、舞厅、别墅的冷却作为主攻目标。1870 年西班牙工程师 Jose Vallhonesta 设计一种装置可以将从阴凉处得到的外界空气，加湿或经过一冰式空冷器后引入房间。1874 年美国 Andrew Muhl 获得一栋大楼的冷却专利。1884 年 Baltimore-Ohio 公司在美国进行初步的尝试，用冰来进行铁路客车舒适空调的设计。1890 年左右，空调获得了初步成就，有了工业空调，也有了为人们福利的舒适空调。1903
12、年巴黎海关获得了一项专利并在埃及铁路线上运行的国际铁路公司的餐车上安装了一台可以容乃 500 公斤冰的设备。 美国的 Willis Carrier 是对空调发展做出重大贡献的世界名人，1904 年他设计的带水喷淋空气洗涤室的集中式空调站。1911 年他确定了对空调装置进行合理计算的曲线图。从 1930 年起用于房间空调的单个空调器已经实现商品化。1937 年起美国实现了汽车空调的配备。但是直到 1945 年后才实现了将空调系统装配到私人汽车上。1945 年以后空调处于高速发展的阶段，随着人们对舒适生活的追求，空调系统出现在各种各样的场合中，种类也越来越多，如：挂壁式空调、立柜式空调、窗式空调、
13、吊顶式空调以及中央空调。空调的制冷剂最初用冰，然后采用氟利昂、二氧化硫或氯化甲烷。由于氟利昂对地球臭氧层的破坏，现代又出现了无氟的空调系统用 R410A 来代替原有的氟利昂制冷剂。淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统1 1.2 单片机特点及其发展前景1.2.1 单片机的特点单片机是在一块硅片上集成了微处理存储器及各种输入/输出接口的芯片，这样一块芯片就具有了计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，又称单片机(Single Chip Microcomputer)，尽管单片机的大部分功能都集成在一块小芯片上，但是他具有一台完整计算机所需要的大部分器件 2。单片机是一
14、种可以通过程序进行控制的微型处理芯片，由于单片机芯片自身不能单独的运用在某项工程或产品上，因此在使用的时候需要加上一些外围器件，比如晶体振荡器，复位电路，从而构成较为完整的硬件系统。如果要实现其他的功能，还要加上相应的外围电路来实现。由于单片机具有可集成度高、体积小、可靠性高、可扩展性好、超强抗干扰、高速、低功耗和性价比高的特点。因此它主要面向工作环境比较恶劣，如高温、强电磁干扰等。通过以上单片机的特点决定了单片机 CPU 与通用微机 CPU 具有不同的技术特征和发展方向。目前其应用领域已非常广泛如： （1）工业自动化。如数据采集、测控技术。（2）智能仪器仪表。如数字示波器、数字万用表、感应电
15、流表等。（3）消费类电子产品。如洗衣电冰箱、空调、IC 卡、汽车电子设备、电视机等。（4）通信方面。如调制解调器、程控交换技术、手机等。（5）武器装备。如飞机、舰艇、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器、卫星等。1.2.2 单片机的发展前景现如今单片机正朝着多功能化、多选择性、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和增强 I/O 功能及结构兼容方向发展 3。其发展趋势不外乎以下方面：（1）体积小、集成度高单片机、CPU、I/O 接口等功能集成在一块芯片上，体积小，节省空间。能灵活方便的应用在各种智能化的控制设备和仪器上，实现机电一体化。单片机是面向控制的，存储器很多的控制场合一般并不需要它去完
16、成一些复杂的数学计算。因此单片机在生产工艺上进行了简化，降低了制造成本。同时单片机都是大批量生产，进一步降低了产品的成本。淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统2 （2）多功能单片机中尽可能多地把应用所需的存储器都集成在一块芯片内、其 CPU 可以对 I/O 口直接进行操作，可以进行位操作、分支转移操作，还能方便的实现多级控制，是整个系统的效率大大的提高。（3）高性能为了提高单片机的速度和执行效率，其中使用了 RISC、流水线、DSP 等的设计技术，使其性能明显优于同类型的微处理器。（4）低功耗由于单片机需要面向便携式和家电消费产品，因此低电压、低功耗的性质是非常
17、重要的，很多单片机的电压只有 24V，所以为以上产品提供了许多便利。许多单片机可在 2.2V 电压下正常运行，有的也能在 1.2V 或 0.9V 电压下正常工作。功耗为均为 uA 级，由一粒纽扣电池供电下可长期运行。（5）抗干扰能力强单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，采用总线结构，减少各芯片之间的连线，从而大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力，适合在恶劣环境下工作。单片机的适应温度范围广，能够在-50100范围内正常工作，这种温度对一般的微型计算机来说是不可想象的。如今单片机的应用范围十分广泛，已成为工业测控各个领域中理想的控制用计算机，成为计算机领域的一个重要分支 3。在许多过去采用模拟
18、电路、脉冲电路、组合逻辑实现的部分控制电路系统，现在可用各种单片机予以取代。单片机、编程和传统模拟技术的相结合，构成了新一代的电子应用技术。可以说，单片机将向着“更高、更快、更强”的方向发展。1.3 设计任务本系统要求能实时显示当前温度，当前空调所处状态，设定温度，可以用按键调节设定温度，制热制冷状态，强弱风的选择。系统开始工作后电机开始转动。（1）开机后液晶上显示“毕业设计：空调控制系统 纪宏源” 。（2）从独立按键上先按下休眠键进入设定状态。（3）选择工作模式、风量以及设定温度。（4）按下休眠键系统开始工作。淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统3 2 系统硬
19、件设计2.1 设计方案由于要显示静态和动态图形以及数字所以本设计采用无字库的 LCD12864 液晶作为显示部分，无字库的液晶 12864 可以随意的显示自己想要显示的图形及数字灵活性大，因此在本实验采用 LCD12864。由本设计的要求和需要，在系统的具体实现时可划分为几个子模块：控制模块（单片机系统及外围电路） 、显示模块（LCD12864） 、电源模块、键盘模块、驱动模块。各功能模块相互独立，可扩充性强，具有再次开发的潜力。本设计满足系统功能的要求，并且减少了系统实现的复杂度。各模块之间的关系如图 1 所示。图 1 硬件系统的总体设计框架 2.2 控制模块2.2.1 单片机简介单片机是一
20、种采用超大规模集成电路技术把中央处理器 CPU 以及一些相关的功能器件集成在一起的硅材料的集成电路芯片，虽然体积很小，但是一个完善的计算机系统本次设计用的是 STC89C52 型的单片机。STC89C52 是一种带 8K 在系统可编程 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器 4。STC89C52 在经典的 51 内核上做了许多改进，使其具备了许多 51 单片机以前所不具备的功能。该芯片使用低电压，高性能的 COMOS 8 微处理器，电源模块控制模块测温模块 显示
21、模块电机模块淮北师范大学 2013 届学士毕业论文 基于单片机的模拟空调控制系统4 并且芯片自带 8K 字节的闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory） 。STC89C52 管脚说明如图 2 所示：图 2 STC89C52 管脚图VCC（40 引脚）：单片机电源电压，接+5V 电压。 GND（20 引脚）：接地。XTAL1（19 引脚）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。接外部晶体的一端。XTAL2（18 引脚）：来自反向振荡器的输出。接外部晶体的另一端。在单片机内部，它是反相放大器的
22、输出端。RST（9 引脚）： RST 引脚是单片机的复位 /备用电源输入端，高电平有效，有效时间应至少持续 24 个震荡周期即 2 个机器周期才能使单片机进行复位。ALE（30 引脚）：低 8 位地址锁存使能输出端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。当 CPU 访问外部存储器时 ALE可向低 8 位地址锁存器输出锁存控制信号；当 CPU 不访问外部存储器时，ALE端以时钟振荡频率的六分之一固定输出正脉冲。另外，该引脚被略微拉高。如果此时置位无效则微处理器在外部执行状态下 ALE 被禁止。Error!（29 引脚）：该引脚为外部程序存储器选通信号引脚，当 CPU 在访问外部程序存储器时，每个机器周期中Error!信号两次有效。当访问外部数据存储器时，这两次有效的Error!信号则不会出现。Error!（31 引脚）：外部程序存储器地址允许使能端。 P0 口（39 引脚 32 引脚）：P0 口是一个漏级开路的 8 位准双向复用 I/O 端
