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1、目录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.1.1 空调的工作原理11.1.2 空调的功能11.2 控制技术介绍21.3 总体方案设计3第二章 空调温度控制系统硬件设计52.1 单片机的选择52.1.1 AT89S52单片机简介52.1.2 AT89S52单片机引脚介绍52.1.3 AT89S52单片机的外围电路62.2 温度传感器的选择72.3 键盘的设计82.3.1 行列式键盘和独立键盘的接口设计82.3.2 矩阵键盘和独立键盘的工作原理92.4 液晶显示的设计9液晶1602的接口电路92.4.2 液晶1602工作原理92.4.3 液晶1602的其他参数102.5 DA转换电路设计112.
2、5.1 DA转换器的选择112.5.2 DAC0832简介122.5.3 DAC0832结构12第三章 空调温度控制设计133.1 PID调节器控制原理133.2 位置式PID算法143.3 数字PID参数的整定143.3.1 采样周期选择的原那么153.3.2 PID参数对系统性能的影响153.3.3 PID计算程序16第四章 空调温度控制系统软件设计194.1 系统部件的软件设计方案194.2 系统软件设计框图194.3 主程序和子程序流程图设计204.3.1 主程序流程图204.3.2 液晶1602流程图214.3.3 温度转换子程序流程图214.3.4 键盘处理子程序流程图22结束语2
3、3参考文献24第一章 绪论1.1 课题研究背景温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个根本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的开展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已普及工农业生产和日常生活的各个领域。空调即空气调节器(room air conditioner)，是一种用于给空间区
4、域一般为密闭提供处理空气的机组。它的功能是对该房间或封闭空间、区域内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。而空调温度控制系统是空调的核心。1.1.1 空调的工作原理压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的气态氟利昂，然后送到冷凝器室外机散热后成为常温高压的液态氟利昂，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，由于氟利昂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的氟利昂就会汽化，变成气态低温的氟利昂，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
5、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。然后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环。 制热的时候有一个叫四通阀的部件，使氟利昂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。 1.1.2 空调的功能(1)降温在空调器设计与制造中，一般允许将温度控制在16-30之间。如假设温度设定过低时，一方面增加不必要的电力消耗，另一方面造成室内外温差偏大时，人们进出房间不能很快适应温度变化，容易患感冒。(2)除湿空调器在制冷过程中伴有除湿作用。人们感觉
6、舒适的环境相对湿度应在40-60%左右，当相对湿度过大如在90%以上，即使温度在舒适范围内，人的感觉仍然不佳。(3)升温热泵型与电热型空调器都有升温功能。升温能力随室外环境温度下降逐步变小，假设温度在-5时几乎不能满足供热要求。(4)净化空气空气中含一定量有害气体如NH3、SO2等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。空调器净化方法有：换新风、过滤、利用活性碳或光触媒吸附和吸收等。(5)增加空气负离子浓度空气中带电微粒浓度大小，会影响人体舒适感。空调上安装负离子发生器可增加空气负离子度，使环境更舒适，同时对降低血压、抑制哮喘等方面有一定医疗效果。1.2 控制技术介绍控制理论的开展也经历了经典控制
7、理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等；而自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构加在被控系统上，控制系统的被控量经过传感器、变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器和执行机构都不一样。PID控制及其控制器或智能PID控制器已经很多，产品已在工程实际中得到广泛的应用，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID调节器参数是自动调节是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现，有利用PID调节控制实现压力、温度、
8、流量、液位的控制。能实现PID控制功能的有PLC和一些PC机。本恒温自动控制系统的设计中应用AT89S52的单片机进行数字PID运算，能充分发挥软件系统的灵活性，在必要时针对PID算法进行修正，使其更加完善，可满足不同功率制冷系统的需要。随着电子技术以及应用需求的开展，单片机技术得到了迅速的开展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的开展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机来代替人工测量,这样既省时又省力。而PID控制技术在现在最为成熟，控制结构简单，参数容易调整，不必求出被控对象的数学模型就可以调节，所以在恒温控制系统中通常采用PID算法。
9、PID是比例proportional、积分intergal和微分(derivative)三者的缩写。PID调节器的三个根本参数kp(比例系数)、ki积分系数、kd(微分系数)是选择非常重要，它将直接影响一个控制系统的准确性。三个环节在实际控制中的作用：1、比例调节作用：比例反映系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用，用于减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但过大的比例使系统的稳定性下降，甚至造成系统不稳定；2、积分调节作用：是使系统消除静态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节就停止。积分调节输出为一常值，积分作用的强弱取决于积分时间常数 T
10、i. Ti越小，积分时间就越强；反之Ti越大，积分时间就越弱。参加积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢，积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节或PID调节；3、微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势。因此能产生超前的控制作用。在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此微分调节可以改善系统的动态性能。在为时间选择适宜的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪音干扰有放大作用，因此过强的加微分环节，对系统抗干扰不利。此外微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用的输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组
11、成PI调节器或PID调节器。大多数温度控制系统均建立在模型上，难以满足加工工艺要求，故引入模糊控制，采用模糊PID算法，运用AT89S52单片机对电阻炉温度实现智能控制，可以解决上述种种缺乏，从而实现高精度的控制。因此本次设计应用PID控制技术最为有效。 总体方案设计选用89S52单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20对室内的温度进行实时精确测量,将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制液晶显示器，并比拟采集温度与设计温度是否一致，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。温度的设定局部，采用4*3矩阵键盘设计，键盘包括0-9数字键，
12、而不是传统的+，-键，可以方便快速地输入想要设定的温度。同时包含+-键，两种输入方式并存，更加人性化。有三个独立按键，分别为设置，加温和降温三个。空调器通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，到达降低温度的目的。总体方案结构如图：89S52DA转换温度传感器空气键盘输入液晶显示压缩机动作
13、图1 总体方案结构实现方案的技术路线为：用按钮输入标准温度值，用LCD实时显示环境空气温度，通过PID运算，同标准温度值进行比拟，然后用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节，第二章 空调温度控制系统硬件设计2.1 单片机的选择考虑到尽量降低本钱和防止与复杂的电路，此系统所用到的元器件均为常用的电子器件。而主控器采用低功耗、高性能、片内含8kb可反复檫写的Flash 、只读程序器的CMOS8位单片机AT89S522.1.1 AT89S52单片机简介89S52有40个引脚，如图2所示，有32个输入端口I/O，有2个读写口线，可以反复擦除。所以可以降低本钱。主要功能特性： 1兼容MCS51指令系统2
14、32个双向I/O口线33个16位可编程定时/计数器中断42个串行中断口 52个外部中断源62个读写中断口线7低功耗空闲和掉电模式88k可反复擦写(1000次)Flash ROM9256x8 bit内部RAM10时钟频率0-24MHz11可编程UART串行通道12共6个中断源133级加密位14软件设置睡眠和唤醒功能。图2 89S52引脚图2.1.2 AT89S52单片机引脚介绍输入输出口线 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线 口8位双向口线ALE：地址锁存控制信号 在系统扩展时,ALE用于控制把口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出正脉冲,因此可作为外部定时脉冲使用。：外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时, 有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。：访问程序存储趋控制信号但信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器； 而当信号为高电平时,那么对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。RST：复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。和：外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用语外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。：地线：+5V电源
