1、目 录1 绪 论 .32 温度控制系统简介 .42.1系统组成 .42.2系统方块图 .42.3温度控制系统原理图 .43 硬件电路的设计 .53.1 80C51单片机及其最小系统 .53.2 温度检测与信号放大电路 .63.3 A/D转换模块 .83.4 键盘电路 .103.5 数码管显示电路 .113.6 压缩机控制驱动电路 .113.7系统总电路原理图 .124 软件设计 .134.1系统流程图设计 .134.2 A/D转换子程序流程图 .144.3 LED显示流程图 .154.5 数字控制算法流程图 .15总结与体会 .17参考文献 .18电子工程学院专业综合课程设计21 绪 论空调即
2、空气调节（air conditioning） ，是指用人工手段，对建筑/构筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。一般包括冷源/热源设备，冷热介质输配系统，末端装置等几大部分和其他辅助设备。主要包括水泵、风机和管路系统。末端装置则负责利用输配来的冷热量，具体处理空气，使目标环境的空气参数达到要求。 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和
3、温度。平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。 液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力
4、后才能进入容器。压缩机吸入低压气体经过压缩机压缩变成高温高压气体，高温气体通过换热器把水温提高，同时高温气体会冷凝变成液体。液体在进入蒸发器进行蒸发，（蒸发器蒸发的同时也要有换热媒体，根据换热的媒体不同机器的型号结构也不同，常用的有风冷和地源。 ）液体经过蒸发器后变成低压低温气体，低温气体再次被压缩机吸入进行压缩。电子工程学院专业综合课程设计32 温度控制系统简介2.1 系统组成本系统由单片机 80C51、温度检测电路、键盘电路、显示电路、A/D 转换电路、执行电路等部分组成。系统通过这几个部分的协调工作实现房间温度的自动控制。大致过程如下：热电偶测温并转换成电压信号，电压信号由放大电路放大成
5、 0-5v信号，再由 ADC0808转换成数字信号并将数字信号输入单片机，单片机进行数据处理后通过数码管显示，同时将测定温度与设定温度进行比较，并计算出控制量控制继电器工作，实现压缩机的制冷与加热功能，实现对温度控制。本系统对于独立式键盘设定的温度也进行了显示。2.2 系统方块图系统总方块图比较简单，就是一个单闭环回路。通过单回路对温度进行调节控制。如图 2-1所示温度给定值80C51构成的控制器温度测量执行器被控对象A/D转换图 2-1系统方块图2.3 温度控制系统原理图首先我们可以从大体上分析一下系统的控制原理，根据系统的方块图，联系计算机控制的知识，就可以分析出完成这个控制系统需要的模块
6、。然后将这些模块通过一定的逻辑联系组合起来。具体图如图 2-2电子工程学院专业综合课程设计480C51单片机温度检测电路A/D 转换电路制 冷驱 动设定与测量显示电路键盘电路房 间 制 热驱 动压 缩 机图 2-2温度控制系统原理图3 硬件电路的设计硬件电路由 80C51单片机最小系统、温度检测电路、A/D 转换电路、键盘电路、数码管显示电路、继电器及压缩机执行电路等组成。正是由于这些电路模块的协调工作，系统才能完成它的温度自动控制。3.1 80C51 单片机及其最小系统80C51单片机属于 MCS-51系列单片机，由 Intel公司开发，其结构是 8048的延伸，改进了 8048的缺点，增加
7、了如乘除减比较16 位数据指针布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和五个中断源。80C51 采用 40引脚双列直插式 DIP，内有 128个 RAM单元以及 4K的 ROM，80C51 有两个十六位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有 4个 8位并行输入口。（1）80C51 管脚介绍如下：1）XTAL1、XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。2）ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM编程脉冲。3）ALE 功能：用来锁存 P0口送出的低 8位地址4）PSEN:外 ROM读选通信号。 5）RST/VPD:复位/备用电源。6）RST（Reset）功能：复位信
8、号输入端。7）EA 功能：内外 ROM选择端。8）80C51 共有 4个 8位并行 I/O端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32个引脚，都可以做普通 I/O口，P0 还可以做数据口和地址第八位输出口，P2 还可以做电子工程学院专业综合课程设计5地址高八位口，P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 。（2）单片机最小系统 如图 3-1所示1）晶振电路。单片机内部有振荡电路，但要形成时钟，外部还须加电路。晶振的频率不同，单片机的工作速度也就不同。本次选用 6MHz 的晶振。所以一个机器周期为 2 微秒。构成晶振电路还需要电容，对电容值无严格要求，可取 20100P
9、F，这里使用 30PF 的电容。2）复位电路。复位电路对单片机来说是必不可少的。当进行复位操作时，单片机内部各寄存器以及各功能部件便恢复到初始状态。单片机工作后，只要在它的复位端加上一定时间的高电平，单片机就可以有效的复位。51 单片机通常采用上电复位和按钮复位两种方式。这里采用按钮复位方式进行复位。3）外接上拉电阻。为了使单片机输出的高电平信号不至于过低，所以接上拉电阻使其为+5V。INT0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEINT1KEY3KEY2KEY1P2.1P2.0p1.0p1.1p1.2p1.3XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PS
10、EN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/
11、T1 15U180C51C130PFC230PF X16MHzR14.7kR24.7kC31uF234567891RP1RESPACK-824567891RP2RESPACK-8图 3-1单片机最小系统3.2 温度检测与信号放大电路3.2.1 K 型热电偶温度传感器K型热电偶作为一种温度传感器，K 型热电偶通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。K 型热电偶可以直接测量各种生产中从 0到 1300范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K 型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。因此选用 K型热电偶作为本
12、温度控制系统的温电子工程学院专业综合课程设计6度传感器。K型热电偶的材料主要采用的是镍铬-镍硅合金构成，正极(KP)的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极(KN)的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，它是一种能测量较高温度的性价比很高的热电偶。由于镍铬-镍硅合金具有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。因此这种 K型热电偶可长期测量1000度的高温，短期可测到 1200度。K 型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛。热电偶传感器是利用塞贝克（Seeback）效应（第一热电效应）来检测温度的。塞贝克效应，是指由于两种不同
13、电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。热电偶产生的热电势（温差电势）是由两种导体的接触电势（珀尔帖电势）和单一导体的温差电势（汤姆逊电势）组成的。热电偶回路总接触电势为：(2-1)热电偶回路温差电势为：(2-2) 对于匀质导体 A、B 组成的热电偶，其总电势为接触电势与温差电势之和，为：(2-3)式中 E电动势；T接触处绝对温度；k波尔兹曼常数，为 ；e电子电荷数；NA、NB金属 A、B 的自由电子密度；、 A、B 导体的汤姆逊系数。3.2.2 K 型热电偶分度表如表 3-1所示。表 3-1 K型热电偶分度表0 10 20 30 40 50 60 70 80 90温度热电
14、动势 mV0 0.000 0.397 0.798 1.203 1.611 2.022 2.436 2.850 3.266 3.681100 4.095 4.508 4.919 5.327 5.733 6.137 6.539 6.939 7.338 7.737由于空调是用来调节房间温度的，所以温度肯定小于 90，所以热电偶的输出电压在 0-4uV以内。温度测量电路如图 3-2。BAABAB NTekTEln00dTBA00, TETTBAABAB00,电子工程学院专业综合课程设计7Vin46.00 +-CJTC1TCK图 3-2 温度测量电路3.2.3 信号放大电路前置放大电路的任务是将小信号放
15、大到 A/D转换器的量程范围内（如 0-5V）。本设计采用的是固定增益放大电路。将 0-4uV的电压放大到 0-5V。具体电路图如图 3-3。IN0VinR41k32 184U2:AOP221AP56 784U2:BOP221AP32 184U3:AOP221APR5624.5kR6624.5kR71k R81kR91k R101k+12V+12V+12V-12V图 3-3信号放大电路3.3 A/D 转换模块（1）ADC0808 系列包括 ADC0808和 ADC0809两种型号的芯片。ADC0808 和ADC0809两种芯片的内部结构和管脚分布都是一样的，在 Protues软件中有ADC08
16、08芯片，所以在电路图中应用的是 ADC0808进行的设计，在实际应用中电子工程学院专业综合课程设计8应将其换成 ADC0809。（2）ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D转换器。它由一个 8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持
17、不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。（3）管脚的功能1）ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将 A， B， C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和 C 为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入。2）START 为转换启动信号。当 START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间，START 应保持低电平。3）EOC 为转换结束信号。当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进 A/D转换。4）OE 为输出允许信号，用于控
18、制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。5）D7D0 为数字量输出线。6）CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ。此处是将单片机的 ALE信号进行二分频后的信号作为 CLK信号。7）VREF（） ，VREF（）为参考电压输入。（4）本设计中只需要一个模拟输入口所以只要将 A、B、C 三个地址端口都接低电平就能表示从 IN0口输入模拟量。CLOCK 端口需要输入 0.5MHz的时钟信号，所以可以将单片机的时钟信号经过定时器计算后输出。START 和 AL
19、E端都由 P3.6端口输出信号来驱动，当转换完之后 EOC端口输出信号从 P3.2口输入让单片机进入一个中断程序然后由 P3.7口输出信号给 OE端使 ADC0808输出数字信号。A/D转换模块电路图如图图 3-4所示电子工程学院专业综合课程设计9ALESTART WRP2.7STARTINT1RDP2.7IN0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7OUT1 21ADD B24 ADD A25 ADD C23VREF(+)12 VREF(-)16IN31 IN42 IN53IN64 IN75START 6OUT5 8EOC 7OE 9CLOCK 10OUT2 20OU
20、T7 14OUT6 15OUT8 17OUT4 18OUT3 19IN228 IN127 IN026ALE2U4ADC0808DCLKQQU5DTFF231U6:A74LS02564U6:B74LS02+5V图 3-4 A/D转换电路图3.4 键盘电路温度控制电路的温度设定值是通过键盘电路输入的，设定温度将在设定显示电路中显示。按下“设置”进行温度的设置，从个位开始设置温度，设定时该位数字闪烁点亮，表示该位处于设置状态。该位设置好之后通过“移位”按钮设置下一位。都设置完后按下“确定”按钮，将测温度数据保存在单片机中作为设定温度与测量温度进行比较，计算出调节信号。本电路用的是 32 键盘，通过单
21、片机的 I/O端口的输入输出来进行判断是哪个键按下。比如当 P2.0-P2.2端口都给出低电平，若两列中的有一列输出为低电平则表示该列有按键按下。再通过依次变换行中的任意一行使其为高电平，若列中的信号转变则表示该行有按键按下。就这样就可以确定是哪个键按下。电路图如图 3-5所示key2key1 key3C41nF C51nFC61nF温度加1 度温度减1 度 设置 / 确定图 3-5键盘电路电子工程学院专业综合课程设计103.5 数码管显示电路一共用 4个共阳极数码管分别来显示设定温度和测量温度。将二进制数转换成七段显示码通过编程来实现。具体电路图如图 3-6所示p1.0 p1.1 p1.2
22、p1.3p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.0p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6设 定 值 显 示 测 量 显 示Q1PN22 Q2PN22Q3PN22 Q4PN22 0.5MHz图 3-6显示电路此电路用动态扫描方式进行工作，数据端由数据口循环输出。控制端由单片机的三个 I/O口进行控制。3.6 压缩机控制驱动电路经过单片机这个控制器处理之后，使控制驱动电路的控制信号的有效，进而控制继电器的开断来控制压缩机的两种工作状态，来控制温度。电路图中用两个模块来代替压缩机的制冷和制热部分。电路图如图 3-7所示P2.0P2.1V120vR310kQ5NPNRL1PCI-205DMH+5VA11A22压 缩 机 制 冷 设 备压 缩 机 制 热 设 备V220vR110kQ6NPNRL2PCI-205DMH+5VA11A22图 3-7压缩机控制驱动电路
