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1、空 调 温 度 控 制 单 元 设 计江苏广播电视大学五年制（高职）毕业设计论文设计课题：空调温度控制单元设计学校：江苏广播电视大学常熟学院年级：2006级专业：应用电子技术姓名：学号：指导教师： 职称：高级工程师 二零一零年十二月目 录前 言3第一章 课题简介与方案设计4第二章 硬件设计52.1 温度采集电路52.2温度传感部分设计52.2.1温度传感AD59062.3 A/D转换电路112.3.1 A/D转换的常用方式112.3.2 A/D转换器的主要技术指标122.3.3ADC0809的主要特性和内部结构132.3.4ADC0809管脚功能及定义152.3.5 ADC0809与8031接
2、口电路162.4 数字显示电路162.5 加热降温驱动控制电路182.6 键盘电路202.7 稳压电源电路设计212.8电源电路22第三章 软件设计243.1主程序流程图243.2 A/D转换子程序253.3显示子程序263.4键盘扫描子程序273.5温度采样293.6主程序清单30第四章 系统调试374.1静态测试374.2通电测量374.3动态测试374.4联机统调37设计结论38设计体会39主要参考文献40前 言 当今社会，温度测量系统被广泛的应用于社会生产、生活的各个领域。在工业、环境检测、医疗、家庭等多方面均有应用。同事单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。在很多电子产品中将其用到
3、温度检测和温度控制。目前温度测量系统种类繁多，功能参差不齐。有简单的应用于家庭的如空调、电饭煲、太阳能热水器、电冰箱等家用电器的温度进行检测和控制。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是生活、工业、农业等，对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。采用AT89S51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等有点。而且可以大幅度提高被控制温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以
4、其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等有点，为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在日常生活中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此，单片机对温度的控制问题是一个日常生活中的疆场会遇到的问题。本文以上述问题为出发点，设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。在编写过程中笔者参考了许多图书和资料，我写出了主要的参考书目，在此谨向参考文献的作者表示忠心的感谢由于编者水平有限，书中尚有许多错误和不足之处望各位老师、同学批评指正，也希望得到老师的意见和建议。 编者：苏梦华 2010年12月第一章 课题简介与方案设计本课题设计一个空调机的温度控制单元。用单片机技术及相
5、应仿真平台、进行开发，通过数据采集系统，对温度进行采集并作A/D转换，再传输给单片机。以空调机为执行器件，通过单片机程序来完成对室内温度的控制。本设计是一个典型的智能电子系统设计。以AD590为采集器、89S51为处理器、空调机相应电路为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。该设计分总体方案设计、硬件设计、软件设计、系统仿真及调试几个部分。选用89S51单片机为中央处理器，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，从而模拟实现温度控制单元的工作情况。总体方案结构图1所
6、示。 图1 空调温度控制单元结构图实现方案的技术路线为：用按钮输入标准温度值，用LED实时显示环境空气温度，用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节，用ISIS软件对设计仿真，用汇编语言完成软件编程。第二章 硬件设计2.1 温度采集电路选用温度传感器AD590，AD590具有较高的精度和重复性（重复优于0.1，其良好的非线形性可以保证优于0.1的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非飞线形补偿，可以达到0.1测量精度）。超低温漂移高精度运算放大器OP-07将“温度-电压”信号进行放大，便于A/D进行转换，以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵
7、敏度一般为10Mv/K，温度0时输出为0，温度25时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1Ua/K。这样便于A/D转换器采集数据。温度采集系统主要由AD590、OP07、ICL8069组成，如图2所示。图2 温度采集系统电路2.2温度传感部分设计要求对温度和与温度有关的参量进行检测,应该考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。采用集成温度传感器，如常用的AD590和LM35。AD590是电流型温度传感器。这种器件以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度灵敏度是1A/K。它是二端器件，使用非常方便，作为一种高阻电
8、流源，它不需要严格考虑传输线上的电压信号损失和噪声干扰问题，因此特别适合作为远距离测量或控制用。另外，AD590也特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校准，使得AD590具有很高的精度，并且应用电路简单稳定可靠，便于设计，无需调试，与A/D连接方便。2.2.1温度传感AD590温度是最普通最基本的物理量，用电测法测量温度时，首先要通过温度传感器将温度转换成电量，温度传感器有热膨胀式（双金属元件和水银柱开关），温差电势效应电压式（热电偶），电阻效应式电阻温度计（有铂、镍、及镍
9、铁合金和热敏电阻），半导体感受式（测温电阻、二极管和集成电路器件如AD590）。这里采用AD590作为温度传感器。AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有清除电源波动的特性。即使电源在5V15V之间变化，其电流只是在1uA以下作微小变化。集成温度传感器实质上是一中半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测： 式中：K为波尔兹常数；q为电子电荷绝对值。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏
10、度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1uA/K。 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。根据特性分档，AD590的后缀以I、J、K、L、M表示。AD590L、AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形图3所示。图3 AD590外封装及电路符号 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。（1） AD590的主要特性l 流过器件的电流（uA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度
11、数，即： 式中：Ir-流过器件（AD590）的电源，单位为uA；T-热力学温度，单位为K。l AD590的测温范围为-55+150。l AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流Ir变化1uA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。l 输出电阻为710M。l 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。（2） AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5V30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1K的恒值电阻，那么，
12、此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1Mv/K的电压信号。它是利用PN结特性集成的传感器的感温部分核心电路。其中有两只三极管T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集成极电流11和12相等；另两只三极管T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压URE3和URE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为URE。因此，电流I1为： I1=（URE/R）（n）/R对于AD590，n=8，这样，电路的总电流将与热力学温度成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与热力学温度T成正
13、比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。（3） 基本应用电路 图4 AD590基本应用电路图4是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1K时，输出电压Vo随温度的变化为1Mv/K。但由于AD590的增益有偏差电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放入冰水混合物中，调整电位器R2，使Vo=273.2mV。或在室温下（25）条件下调整电位器，使Vo=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。（4） 摄氏温度测量电路图
14、5 用于测量摄氏温度的电路如图5所示,电位器R2用于调整零点,R1用于调整运放LF355的增益.调整方法如下:在0时调整R2,使输出Vo=0,然后在100时调整R1使Vo=100mV。如此反复调整多次，直至0时，Vo=0Mv，100时Vo=100mV为止。最后在室温下进行效验。例如，若室温为25，那么Vo应为25mV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。 要使图5中的输出为200Mv/，可通过增大反馈电阻（图中反馈电阻由R5与电位器R1串联而成）来实现。另外，测量华氏温度（符号为oF）时，则调整反馈电阻约为180K ，使得温度为0时，Vo=17.8Mv；温度为100时，Vo=197.8mV。AD581是高精度集成稳压器，是如电压最大为40V，输出10V。（5） 温差测量电路及其应用2图6 测量两点温度差的电路 图6是利用两个AD590测量两点温度差的电路。在反馈电阻为100K的情况下，设1#和2#AD590处的温度分别为t1（）和t2（），则输出电压为100（t1-t2）Mv/。图中电位器R2用于调零。电位器R4用于调整运放LF355的增益。 由基尔霍夫电流定律：I+I2=I1+I3+I4 由运算放大器的特性知：I3=0
