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1、基于 AT89C51 单片机的 空调智能温控设计1 1前言前言目前，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
2、。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
3、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 2设计目的及要求设计目的及要求2.12.1 本课程设计的目的本课程设计的目的 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
4、、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。2.22.2 本课程设计的要求本课程设计的要求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 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
5、计说明书和绘制较高质量的电路原理图。3 3硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 空调温度控制的功能设计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：80517 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
6、电路图图 1 1 空调机温度控制系统框图空调机温度控制系统框图3.23.2 单片机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，
7、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： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（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
8、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。 图图 2 2 80C5180C51 管脚图管脚图3.3 温度采样电路温度采样电路3.3.1AD5903.3.1AD590 型温度传感器型温度传感器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
9、文）度数；即： 式中：(1)/1Ir T 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 4V30V； 下列表表 2 分别表示温度与电压电流之间的关系表表 AD590 温度与电流之间的关系温度与电流之间的关系 温度AD590 电流经 10K 电压 0273.2uA2.732A 10283.2uA2.832A 20293.2uA2.932A 30303.2uA3.032A 40313.2uA3.132A 50323.2uA3.232A 60333.2uA3.332A 70343.2uA
10、3.432A 80353.2uA3.532A 90363.2uA3.632A 100373.2uA3.732A表表 ADC0809 的输入与输出关系的输入与输出关系温度AD590 电 流opa1opa2opa3ADC 输入ADC 输出0273.2uA2.732A0V0V0V0 10283.2uA2.832A-0.1V1V1V50 20293.2uA2.932A-0.2V2V2V100 30303.2uA3.032A-0.3V3V3V150 40313.2uA3.132A-0.4V4V4V200 50323.2uA3.232A-0.5V5V5V2503.3.23.3.2 温度采样工作原理温度采样
11、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：0rfUI R (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：0(1/)IfVRR U(3) 最后由(1),(2),(3)得到：(1/)IffVRR TR（4） 图 5 为温度采样的电路图 如右图所示：图图 3 3 温度采样电路温度采样电路3.3.33.3.3 无限增益低通滤波电路无限增益低通滤波电路由温度传感
12、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 0=1/（C1*C2*R2*R3）0.5 (2)3.43.4 A/DA/D 转换电路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。 3.4.1ADC080
13、13.4.1ADC0801 介绍介绍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 模拟输入信号图图 4 无限增益低通滤波电路无限增益低通滤波电路中的一个进行 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： 15 和 2628（IN0IN7）：8 路模拟量输入端。8、14、15 和 1721：8 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）： AD 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至
14、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）： AD 转换结束信号，输出，当 AD 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 AD 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。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路
15、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。3.4.23.4.2 A/DA/D 转换电路工作原理转换电路工作原理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
16、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。图图 5 二分频电路二分频电路由 0808 的 CLK 时钟的频率是640Khz，所以在必须从单片机的时钟脉冲进行分频后才行，在分频中，采用的是 D触发器进行二分频。ADC0808 时钟的二分频电路电路连接和 ADC0808 的电路本身连接如图 3、图 4所示：3.5 按健开关按健开关按键开关电路由一按键连接到 8051 的 P2.1 端口所示。按下 P2.1 按键，放开后进入温度设定模式，显示设定最高温度34oC，每按一次设定温度将减小 1oC，直至最低设定温度20oC，再按一次回到 34oC。其电路图如下图所示： 图图 7 温度设置按键温度设置按键图图 6 ADC0808 连接电路连接电路3.63.6 温度显示电路温度显示电路3.6.13.6.1 LEDLED 驱动驱动74LS47
