基于AT89C51单片机的智能温度控制系统.doc
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武汉理工大学机电工程学院《检测系统综合》课程设计说明书
基于AT89C51单片机的
空调智能温控设计
1．前言
目前，测控系统在工业生产中起着把关者和指导者的作用，它从生产现场到各种参数的获取，运用科学规律和系统工程的做法，综合有效地利用各种先进技术，通过自动手段和装备，使每个生产环节得到优化，进而保证生产规范化，提高产品质量，降低城北，满足需要，保证安全生产。
传统的测控系统主要由“测控电路”组成，所具备的功能较少，也比较弱。
随着计算机技术的迅速发展，使得传统的系统发生了根本性的变化，即采用微型计算机作为测控系统的主题和核心，代替传统测控系统的常规电子线路，从而成为新一代的微机化测控系统。
目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。
特别是其中的C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。
在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，一个简单，稳定的温度控制系统能更好的适应市场。
本次设计的温度控制电路是以AT89C518051单片机为控制核心来进行整体的设计。
整个系统硬件部分包括AD590的温度采样电路，无线增益滤波器电路，AD0808的数模转换器，按键电路，驱动电路，7段译码器，LED数码显示器，看门口电路，电源转换电路。
在配合用汇编语言编制的程序使软件得以实现，实现空调温度智能转换的基本功能。
本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一的实用价值。
2．设计目的及要求
2.1本课程设计的目的
课程设计的主要目的是使学生们进一步了解检测系统的设计步骤，掌握系统设计方法，加深对理论知识的理解，能运用所学的《传感器原理》《智能仪器设计》《仪器仪表电路》等专业知识设计测控系统各个单元，并组成系统。
做到学有所成，并且能够充分的运用到现实的实践环节中。
本次课程设计的题目是检测系统综合课程设计，其内容十分丰富，要求从电路、单片机、机械图、传感器等方面的知识，将其综合的运用。
设计的最终结果要求有一定的使用价值。
2.2本课程设计的要求
1．从下列题目中选择一个自己的题目
（1）温度测控系统设计
（2）压力测控系统设计
（3）流量测控系统设计
（4）机械参量测量系统设计
（5）液位测量系统设计
（6）．成分测量系统设计
2．根据课程设计任务和要求，查找有关资料，翻译一篇外文资料。
确定各设计单元方案。
应按题目要求选构思方案，经过一定的计算确定具体参数。
设计完成后，进行相应的物理实验或计算机仿真实验，验证系统设计的正确性，根据情况修改参数，反复进行。
每个学生按照老师给出的题目独立完成设计任务。
写出符合要求的设计说明书和绘制较高质量的电路原理图。
3．硬件电路设计
3.1空调温度控制的功能设计
通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号通过处理后传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。
空调温控器主要单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等组成。
系统原理图见图1所示：
8051
7段译码器
数码管
按键电路
驱动电路
温度采样电路
继电器
AD转换
7段译码器
数码管
信号处理电路
图1空调机温度控制系统框图
3.2单片机
由于空调温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。
本设计采用MCS-51系列的8051单片机，因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。
AT80C51包含了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。
可进行计算，定时等一系列功能。
其管脚图如下图2所示：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，
P0口作为原码输入口，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如列所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
图280C51管脚图
3.3温度采样电路
3.3.1AD590型温度传感器
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。
在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,由于此信号为模拟信号，因此，要进行进一步的控制及数码显示，还需将此信号转换成数字信号。
它的主要特性如下：
（1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即：
式中：
（1）
Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。
（2）AD590的测温范围为-55℃～+150℃；
（3） AD590的电源电压范围为4V～30V；
下列表１表2分别表示温度与电压电流之间的关系
表１ AD590温度与电流之间的关系
温度
AD590电流
经10KΩ电压
0℃
273.2uA
2.732A
10℃
283.2uA
2.832A
20℃
293.2uA
2.932A
30℃
303.2uA
3.032A
40℃
313.2uA
3.132A
50℃
323.2uA
3.232A
60℃
333.2uA
3.332A
70℃
343.2uA
3.432A
80℃
353.2uA
3.532A
90℃
363.2uA
3.632A
100℃
373.2uA
3.732A
表２ADC0809的输入与输出关系
温度
AD590电流
opa1
opa2
opa3
ADC输入
ADC输出
0℃
273.2uA
2.732A
0V
0V
0V
0
10℃
283.2uA
2.832A
-0.1V
1V
1V
50
20℃
293.2uA
2.932A
-0.2V
2V
2V
100
30℃
303.2uA
3.032A
-0.3V
3V
3V
150
40℃
313.2uA
3.132A
-0.4V
4V
4V
200
50℃
323.2uA
3.232A
-0.5V
5V
5V
250
3.3.2温度采样工作原理
因为AD590是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转化为电压，同时对电压信号进行放大后输入A/D转换ADC0808的VI-端口。
电流转化为电压表达式如下：
（2）
由反相比例运算放大电路，根据“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为：
（3）
最后由
（1）,
（2）,（3）得到：
（4）
图5为温度采样的电路图如右图所示：
图3温度采样电路
3.3.3无限增益低通滤波电路
图4无限增益低通滤波电路
由温度传感器采集到的信号中可能夹有高频的噪声信号和干扰信号，在经过放大后，这样的信号会对采集的结果和转换的结果产生很大的误差和不良的后果。
无线增益低通滤波器既可以将高频信号除去，也可以起到放大的作用。
其电路图如右图6所示，低通的频率为100HZ。
放大倍数Kp=-R3/R1
（1）
频率Ｗ0=1/（C1*C2*R2*R3）^0.5
（2）
3.4A/D转换电路
由于温度是一种模拟信号，则由信号采集电路采集的信号是一种模拟信号，而且频率很低。
但是单片机和电脑所识别的是具有高低电位的数字信号，这就要求在信号的处理中必须把模拟信号转换为数字信号从而输给单片机处理。
3.4.1ADC0801介绍
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。
各引脚功能如下：
1～5和26～28（IN0～IN7）：
8路模拟量输入端。
8、14、15和17～21：
8位数字量输出端。
22（ALE）：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
6（START）：
A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
7（EOC）：
A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
9（OE）：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
10（CLK）：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
12（VREF（+））和16（VREF（-））：
参考电压输入端
11（Vcc）：
主电源输入端。
13（GND）：
地。
23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
输出端注意：
out8为最低位-out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端。
3.4.2A/D转换电路工作原理
图5二分频电路
A/D转换电路如图3所示。
ADC0808的A/D转换结果输出端out8-out1与8051的P0.0-P0.7相连，EOC经反向后与P3.3口相连，EOC端用于给出A/D转换完成信号，所以通过查询P3.3便可以获知A/D转换是否完成。
单片机的WR接ADC0808的START，来操作ADC0808的转换开始，当转换结束后由EOC变低电位
在此次的设计中由于只有一路信号的输入，我选择的是从0路输入，所以在地址选择信号ABC三个引脚可以都直接的接地。
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