计算机控制技术课程设计空调控制系统设计Word格式.docx
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中原路2#421
2011.6.25—2011.6.30
课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
空调控制系统设计
课题性质
工程设计
课题来源
自拟课题
指导教师
主要内容
主要是是利用AT89S51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。
任务要求
1.根据设计要求确定设计目标，进行整体方案的设计。
2.根据空调系统原理，单片机应用原理进行硬件部分的设计，了解对各个硬件单元的功能，分块设计，最后设计出整体电路图并画出。
3.进行软件部分设计，画出系统流程图，编程，调试。
4.总结设计中遇到的问题并提出相应的解决方法。
5.提交包括上述内容的课程设计报告。
参考资料
[1]梅丽凤,王艳秋,等.单片机原理及接口技术[M].北京:
清华大学出版社,2004.
[2]陈亚俊,暖通空调，中国建筑工业出版社，2001.
[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京:
北京航天航
空大学出版社,2001.
审查意见
审查签字：
年月日
目录
1引言……………………………………………………………………………………4
2总体方案设计………………………………………………………………4
2.1系统基本方案……………………………………………………………4
2.2方案论证…………………………………………………………………4
3硬件电路设计………………………………………………………………5
3.1手控型空调控制器的功能………………………………………………5
3.2电路设计、制作的功能和要求…………………………………………6
3.3硬件设计思想……………………………………………………………7
4软件设计……………………………………………………………………9
4.1工作模式和风扇模式设计思想…………………………………………9
4.2压缩机三分钟保护功能的实现…………………………………………10
4.3系统程序流程图…………………………………………………………11
5总结…………………………………………………………………………13
参考文献………………………………………………………………………14
附录……………………………………………………………………………14
1引言
基于单片机计算机控制课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让我们将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养我们综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。
本次计算机控制课程设计的主要任务是设计并制作一个空调控制器。
要求是利用AT89S51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。
因此必须充分了解AT89S51单片机的相关基础知识，空调控制器的组成和工作原理，手控型空调控制器的功能。
2总体方案设计
2.1系统基本方案
空调控制系统可以划分为七大部分：
系统控制部分、室内温度采集部分、键盘控制部分、温度显示部分、压缩机控制部分、四通阈控制部分、风机控制部分.各模块电路的框图如图所示。
2.2方案论证
系统CPU根据按键输入的命令,对采集和设置的温度进行智能判断,然后作出相应的制冷、制热运行,再通过接口电路,驱动压缩机、换向阀和室内外风机作相应动作,并对温度进行显示。
方案：
采用AT89S51单片机作为控制器。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能的COMS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程Flash只读程序存储器，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8051指令系统及引脚，它集Flash程序存储器即可在线编程也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，体积小、价格低廉、技术成熟等优点的AT89S51单片机可以提供许多高性价比的场合，因此广泛应用于各个领域。
基上述综合了各方面因素，最后选择了AT89S51。
3硬件电路设计
3.1手控型空调控制器的功能：
1）空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。
a．制冷：
室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。
b．制热：
室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。
c．通风：
室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。
d．自动运行：
能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。
e．每按一下工作模式选择键时，工作模式按图3所示的箭头方向依此变换：
图3工作模式选择
2）．能对温度进行设定和控制：
a．制冷时温度调节范围为：
20℃～32℃。
当室内温度高于设定温度1℃时,开始制冷；
而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。
b．制热时温度调节范围为：
14℃～30℃。
当室内温度低于设定温度1℃时,开始制热；
而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。
c．通风时温度设置栏显示“一一”，并且温度设置键无效。
d．自动运行温度调节范围为：
25℃、27℃、29℃。
若室内温度低于设定温度5℃时,自动按制热工作模式运行；
若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；
否则按通风模式运行。
e．温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。
f．控温精度为±
1℃
3）．室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。
每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：
图4风速模式选择
其中自动风与工作模式及温度有关：
a．制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；
b．制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；
c．通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；
当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；
当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；
4）．具有压缩机三分钟自动保护功能。
由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。
3.2电路设计、制作的功能和要求：
1）用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。
为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：
室内温度
设定温度
风速状态：
低速档用“”表示
中速档用“”表示
高速档用“”表示
自动档用“”表示
工作模式：
制冷模式用“L”表示
制热模式用“H”表示
通风模式用“F”表示
自动模式用“”表示
2）用5只按钮来分别作为启动/关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。
（此外还有1只系统复位按钮，共6只）
3）上电后，自动显示自动工作模式、自动风速档、设定温度27℃和实际室内温度，这时用户可以对工作模式、风速档、设定温度进行设定，但只有在按下启动/关闭键后，空调器才正式开始运行；
在空调器运行期间，若
对上述状态进行设定，则空调器马上开始执行。
若关机后（非断电）重新启动空调器，则空调器自动进入上次关机前的设定状态。
4）用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，所有发光二极管均要求用2003达林顿管或三极管放大驱动。
5）温度传感器采用AT502热敏电阻。
3.3硬件设计思想
1）根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入7段码LED显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图
2）各部分硬件的设计
a.温度传感器选择
根据任务要求我们选择了AT502作为温度传感器，根据电阻分压（如下图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64—3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。
b.AD芯片的选择
因为温度变化范围是0-99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）
c.按键输入：
因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。
d.显示部分：
系统采用74HC573和ULN2003作为驱动，P0和P2作为输出口，控制动态显示的LED显示器。
e.输出控制
任务要求用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口。
4软件设计
4.1工作模式和风扇模式设计思想：
工作模式
温度范围
压缩机
室外风扇
四通换向阀
风扇速度
制冷（m1）
20~30
工作
不工作
室温高于设定温度5度
高速
室温高于设定温度2~5度
中速
室温高于设定温度<
2度
低速
通风（m2）
14~32
室温>
25度
室温20~25度
室温<
20度
制热（m3）
14~30
室温低于设定温度>
5
室温低于设定温度2~5
室温低于设定温度<
2
根据上表，我们列出一系列子程序，再根据当前状况选择相应的子程序。
例如在制冷模式时，我们的子程序是：
voidwork_csub（）//制冷子程序
{
if（compressor_delay==0&
&
compressor_on==1）
{compressor_on=0;
compressor_delay=compressor_delay_s;
}
else//灰色部分是实现压缩机保护功能的
if（compressor_delay!
=0&
compressor_block=1;
//3minprotect
ext_room_fan=0;
//开室外风机
valve=1;
//关换向阀
work_mode_fact=1;
//设实际工作模式为1（制冷）
}
4.2压缩机三分钟保护功能的实现
压缩机三分钟保护功能相对而言是程序中相对较难的的部分，在编程前提出过多种实现方案，最后确定了以下的设计方案：
设置一个全局变量compressor_delay，在定时子程序的1秒定时中，发现如果变量compressor_delay〉0就减一，而在压缩机需要工作时，先判断compressor_delay是否为“0”如果为0，则执行压缩机打开动作，否则compressor_block置1，主程序发现compressor_block置位了，并且三分钟时间已经到了，就执行压缩机打开子程序。
相关程序流程图如下：
为了能够在关机的时候能够自动关闭LED显示，用了类似于压缩机3分钟保护功能的处理方法，实现了当系统处于关机状态并且无按键持续7秒钟（可设）时，LED显示会自动关闭。
4.3系统程序流程图
5总结
本次课程设计让我学到了不少的东西，既初步了解了空调控制系统的组成和工作原理，也锻炼了自己的动手能力和独立解决问题的能力。
在设计学习过程中，我发现很多问题。
在画原理图和编程时，由于过于粗心，以致出了许多错误，后来才逐一解决。
这使我加深理解了学习知识一定要扎扎实实的一步一步走，走捷径、一步登天的想法是万万不能有的。
当然，作为一个没有实践经验的学生，难免有许多考虑不周全的地方，这次设计还有很多需要改进的地方，我想在日后通过老师的指导、同学的帮助下，逐步使这个设计更加完美、成熟起来。
总之，这次设计受益匪浅，学到了很多教学中学不到的东西，从中增强我的动手能力，并让我们认识到把理论应用到实践中去是多么重要。
参考文献
[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京:
北京航天航空大学出版社,2001.
[3]杨拴科.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2003.
[4]张勇.基于AT89C2051单片机的时钟日历系统[J].郑铁科技通讯,2005,3.
[5]魏立峰,王宝兴.单片机原理与应用技术[M].北京:
北京大学出版
社,2006.
[6]陈亚俊,暖通空调，中国建筑工业出版社，2001.
附录
整机电路图：
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