空调温度控制单元设计.docx

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空调温度控制单元设计

本科学年论文

空调温度控制单元的设计

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空调温度控制单元的设计

摘要

论文首先简单介绍虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义，给出了虚拟温度测量系统总体方案的设计，然后对数据采集模块和LABVIEW的软件模块进行了设计。

基于Labview为软件平台，通过热电偶冷端补偿的方法进行温度测量。

有效地运用了Labview虚拟仪器技术，将诸多重要步骤都在配备硬件的普通PC电脑上完成，与传统的温度测量仪表相比，该系统具有结构简单、成本低、构建方便、工作可靠等特点．具有较高应用价值，是虚拟仪器技术应用于温度测量领域的一个典型范例。

关键词：

温度测量,Labview虚拟仪器,热电偶

Airconditioningtemperaturecontrolunitdesign

Abstract

Author:

Tutor:

Thevirtualtemperaturemeasurementsystemintroducedinthispapercanachievethemeasurement,thecollection,dataprocessing,recordinganddisplayofmulti-channeltemperature.ItusesLabVIEWassoftwareplatform，bythewayofThermocouplecoldjointcompensating,tocompletetemperaturemeasurement.TheLabVIEWvirtualinstrumenttechnologyisefficientlyusedtocompletemanyimportantprocessesincommonPCcomputerwhichisintegratedofhardwares,Comparedwiththetraditionaltemperaturemeasurementinstrument,thissystemhastheadvantagesofsimplestructure,lowcost，easyoperationandhighstability.

Keyword:

TemperatureMeasurement，LsbviewVirtualinstrument，Thermocouple

引言

虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。

Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。

所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。

与传统仪器相比，它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。

由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器”的设计思想。

虚拟仪器最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview（laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench即实验室虚拟仪器工作平台）。

Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象。

如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。

用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。

就是Labview提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。

以Labview支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的Labview应用程序可直接移植到其它平台上。

1绪论

1.1课题背景及意义

1.1.1课题来源

随着社会的发展，人们对计算机软件应用的方便度也越来越高，虽然以前的编程语言例如C语言、汇编语言已然很成熟，但应用起来还是那么枯燥无味、繁琐、容易出错。

之后出现了图示型编程软件Labview的操作简单，有趣，功能强大，越来越受到人们的亲睐。

本文用Labview对空调温度的采样与控制进行设计——空调温度控制单元的设计。

1.1.2研究目的及意义

高精度温度控制就是实现温度的更加精确化，准确化，实现温度恒温化，更好的来满足人们的生活及工业要求。

当今空调机的温度控制是人们利用可控电路对空调机进行控制，来实现对温度的控制。

它只能满足人们的一般的要求，温控精度也不高，对更高的温度需求不能满足。

例如生产中菌种的培养车间，菌种的生长需要非常稳定的温度环境，对温度的要求非常高，这就需要对空调机的温度实现高精度控制。

现在多数空调的应用场合都需要较高的温控精度，它的温度控制一般是由空调机来实现的，而现今空调机的温控精度不高，一般在2～3度左右，误差比较大。

就需要对我们的控温系统进行改进，来实现空调机高精度的控制。

这首先就需要非常灵敏的温度测量装置进行检测，防止因检测带来的错误。

将测量的信号通过高灵敏度的温度传感器送到微处理器中，从而用微处理器来实现对空调机的高精度温度控制，这样才能满足现今生活、工业的要求。

1.1.3空调的分类及结构

1.分类

（1）单体式即窗机：

风量小、适用于小房间，价格便宜，噪音较大

（2）挂壁式：

采用斜片不等距贯流风扇、噪音小、39~41分贝以内。

（3）立柜式：

采用筒式斜片不等距贯流风扇、并且优化风道、45~49分贝以内。

（4）嵌入式（天井式）即吸顶机，室内机主体藏于天花板里面。

2.结构

一般由以下四部分组成：

制冷系统：

是空调器制冷降温部分，由制冷压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、电磁换向阀、过滤器和制冷剂等组成一个密封的制冷循环。

风路系统：

是空调器内促使房间空气加快热交换部分，由离心风机、轴流风机等设备组成。

电气系统：

是空调器内促使压缩机、风机安全运行和温度控制部分，由电动机、温控器、继电器、电容器和加热器等组成。

箱体与面板：

是空调器的框架、各组成部件的支承座和气流的导向部分，由箱体、面板和百叶栅等组成。

1.2虚拟仪器（Labview）

1.2.1虚拟仪器的发展

80年代后期，美国出了一种全新的仪器仪表概念——虚拟仪器。

虚拟仪器概念的提出为测量与控制领域技术的发展带来了空间，为仪器仪表的更新换代加快了速度，方便了大多数程序的编写。

大多数初学者可以利用虚拟仪器的软件工具，如空调温度控制单元的设计。

如今在国外虚拟仪器的发展已经迈入成熟阶段。

而国内虚拟仪器行业至今还没有形成具有自主知识产权的虚拟仪器核心开发技术，也没有相关行业标准，虚拟仪器产业无论在规模还是在质量上都难以与国外同行匹敌，国外虚拟仪器产品几乎垄断了国内的市场。

自从加入WTO以后，我国虚拟仪器行业面临的形势更加严峻。

[1]

1.2.2虚拟仪器的构成

1.硬件构成

基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统。

基于数据采集的虚拟仪器系统。

基于VXI总线仪器实现虚拟仪器系统。

基于串口或其他工业标准总线的系统。

2.软件构成

VXI虚拟仪器系统软件结构框图

以VXI虚拟仪器系统为例，从图中可以看到，VXI虚拟仪器系统至少需要仪器、通信和驱动程序三种接口软件。

其中仪器接口为仪器与计算机之间的通信协议和方法。

通信接口按标准方式讲仪器连接起来，它是仪器与仪器驱动程序之间的通信接口，实际上就是VXI系统的I/O接口软件。

仪器驱动程序接口将通信接口与应用开发环境（ADE）连接起来.。

1.2.3虚拟仪器的特点

虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台，硬件（包括传统仪器），软件，以及各种实现应用所需要的附件。

这种灵活性在由供应商定义，功能固定，独立的传统仪器上是很难达到的。

常用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，以及温度和压力监控仪器就是这种传统仪器的代表。

从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也促进着实验手段不断更新。

2电路图的设计

2.1空调工作原理

2.1.1设计原理

传统的空调可分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的，空调一般使用的制冷剂是氟利昂。

氟利昂的特性是：

由气态变为液态时，释放大量的热量。

而由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。

空调就是据此原理而设计的。

压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的液态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂，所以室外机吹出来的是热风。

然后到毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

制热的时候有一个叫四通阀的部件，使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。

其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

氟利昂的排放大大加剧了臭氧层破坏，所以一种新型的空调也着见问世。

例如瑞典新出的一种环保型空调。

2.1.2方案设计

设计一个空调机温度控制器，控制器能够实时采集室内坏境温度，当室内环境温度高于设定的温度时，控制器启动空调压缩机制冷，并同时发出提示信号；当室内温度低于设定温度时，控制压缩机停止制冷。

放大与处理电路

温度设置

单稳态电压

提示灯

图1空调机温度控制器原理框图

工作原理：

空调温度控制器由热敏电阻采集环境温度变化，通过比较器预设温度进行比较，当环境温度高于设定温度时，比较器输出低电平，几点起启动压缩机制冷，同时给555单稳态电路一个触发信号，单稳态电路输出高电平，指示灯亮，当温度低于设定温度时，比较器输出高电平，继电器控制压缩机停止制冷。

2.2电路设计

2.2.1温度采集及放大电路

图2温度采集及放大电路原理图

工作原理：

左边输入直流电压为9V。

热敏电阻随着环境温度的变化而变化，当温度升高或降低时，测温电桥俩端输出电压值，经差分放大器使双端输入信号变为单端输入信号，送入比较器与设定的温度进行比较。

2.2.2温度设置及电压比较器电路

图3电压比较器与指示灯电路原理图

工作原理：

由于热敏电阻可以检测到环境温度的变化，当温度高于设定的温度时，比较器输出低电平，继电器开始工作，启动空调压缩机制冷，但温度低于设定温度时，比较器输出高电平，继电器停止工作，空调压缩机停止制冷。

2.2.3指示灯及单稳态电路

工作原理：

温度高于设定的温度时，通过比较器进行比较后，给555单稳态电路一个人触发信号，3引脚输出高电平，指示灯亮，电阻R8与电容C4决定指示灯量的时间。

2.2.4数据显示子程序设计

根据铂电阻随温度变化时，电压和温度的关系可设计数据显示子VI。

由式：

………………………………..1

得：

………………………….2

由铂电阻的测温范围知：

…’…………….…………….3

3Labview仿真

3.1电路图公式化

…………………………………….….4

……………………………………………………5

由于E=9V，R1=R2=R3=50Ω，R11=1Ω，R12=100Ω。

再由4、5式合并得：

………………………………..……………...6

再由3、6式得：

…….……..7

3.2仿真

根据公式7在labview中的程序框图中设计出图示程序，再在前面板放入温度计显示得如下图1、图2：

图1

图2

运行后得：

图3

由于输入的电压是一个随机数，所以温度计输出的温度范围为-6℃

结束语

Labview是一个具有革命性的图形化开发环境，内置信号采集，测量分析和数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，提供了强大功能的同时还保证了系统的灵活性。

作为最先进的测量控制软件，目前在众多领域内都得到了广泛的应用，从最简单的仪器控制，数据采集和到最尖端的测试和工业自动化，都可以发现Labview的成果和开发产品。

本文就虚拟仪器的温度检测系统就是Labview在测量和控制领域当中的应用。

实验研究表明虚拟仪器技术的开发和应用在我国有着十分重要的意义。

参考文献

.[1]周润景,郝晓霞.传感器与检测技术[C].电子工业出版社,2009年4月.

[2]李瀚荪.电路分析基础[C].高等教育出版社,2006年5月.

[3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[C].高等教育出版社，2006年5月.

[4]孙余凯.传感器应用电路300例[C].电子工业出版社2，2008年3月1日.

[5]王煜东.传感器应用电路400例[C].中国电力出版社，2008年8月1日.

[6]秦树人.虚拟仪器[C].中国计量出版社，2004.

[7]沙占友,庞志锋,张苏英.新编实用数字化测量技术[C].国防工业出版社,1999.

[8]NationalInstrumentsLabviewBasicI,NationalInstruments,汪敏生等译著.Labview基础教程.北京：

电子工业出版社，2002年.

致谢

本设计的完成是在我们细心指导下进行的。

在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。

从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了郭老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！

导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！

还要感谢和我同一设计小组的学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可利地结稿，在此表示深深的谢意。

附录

空调温度控制单元的设计图：