家用空调控制器的设计

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1、总儀斜技摩擁机电与车辆工程学院毕业设计(论文)题目： 家用空调控制器的研究与设计专 业：电子信息工程班 级：09 (2)班姓名：张满意学号：1665090238指导教师：丁西明日期：2012年12月28日目录摘要1.1前言2.2系统方案的确定 2.2.1温度传感器产品分类与选择 22.1.1 常用的测温方法 3温度传感器产品分类 32.1.3 温度传感器的选择 42.2总体方案的确定5.3系统电路总体设计6.3.1系统工作原理 6.3.2系统硬件设计6.3.2.1 温度采集电路 6信号处理与控制电路 83.2.3 温度显示电路 10温度设置电路 13控制指示电路 143.3系统软件设计 143

2、.3.1 DS18B20 数据通信 143.3.2 系统流程图设计 164结论19参考文献20家用空调控制器的研究与设计摘 要：在自动控制领域中，温度检测和控制是非常重要的。温度测量控制系 统在工业和农业生产，科学研究和人们的生活，已被广泛使用。因此，温度传感器应用 在第一批各种传感器中。目前，该温度传感器从模拟到数字集成化方向快速发展。本文 概述了温度控制器的发展和基本原理，介绍了其原理和特点，在充分分析了各种温度传 感器的优点和缺点的基础上，设计了温度采集的部分电路，并讨论了温度测量系统的一 些主要参数。同时，在温度控制系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。对温度采 集，接收，处理，显示

3、的整体设计方案进行论证，进一步介绍了单片机在系统中的应用， 分析了系统各部分的硬件和软件。本文介绍了 89C52单片机为核心的空调温度控制系统 空调温度控制系统的设计原理，是由单片机完成数据采集，处理，显示。该系统在正常 条件下对温度值进行测量，确定是否满足设定要求，利用单片机控制空调指令系统从而 达到所需温度。关键词：单片机控制 DS18B20传感器度LED显示器1刖言现代信息技术基础是信息采集和控制（即，温度控制器技术），信息传输（通信）和 信息处理（计算机技术）。温度控制器，属于信息技术的前沿尖端的产品，尤其是温度控 制器广泛应用于工农业生产，科学研究和其他领域的生活，这个数量还在上升。

4、近百年 来，温控器的发展经历了以下几个阶段：（1）仿真，集成温度控制器；（2）智能数字温 度控制器。目前，国际新型温控器从模拟到数字，从集成到智能化，且向网络化方向发展。温 度控制器是一种温度控制装置，其根据温度和设定温度之差控制中央空调末端水阀（阀） 和风扇，从而改变温度以满足用户的要求。实现上述目的的方法有很多，但目前主要有 机械式温度控制器和智能电子式系列。普通空调温度控制基本上是一个独立的闭环温度 控制系统，主要由温度传感器，双控制器，温度设定机构，手动三速开关和开关切换。 它的控制原理是空调控制器根据温度传感器采集的温度和设定值的比较结果产生双位控 制信号，控制冷、热水循环管路电动水

5、阀（2路阀或阀）开关，切断和开放线圈内的水流 循环方式，调整供应空气温度（冷却能力）。第一代的恒温空调电器的空调温度控制普遍存在 设定温度分度值太厚”，时间常数 太大”，机械式开关易损坏”等问题。下一代电子产品空调温度控制，使用温度传感器热 敏电阻传感器，部分产品的温度和风速开关通过触摸按键和液晶屏实现人机交互界面， 并自动切换，运算放大电路和开关电路实现双调节。这种智能空调温度控制产品提供高 人机交互接口，解决 设定温度分度值太粗”等问题，但仍存在精确度不高等问题。目前，国内外厂商开发的第三代智能型房间空调的温度控制，应用新的模型和数值 控制芯片实现智能控制。开发出的许多智能型室温空调温控器

6、，已应用于实际工程。2系统方案的确定2.1温度传感器产品分类与选择温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是研究和生产中最常见的，一个最 基本的物理量。在很多场合需要温度控制，温度控制首先要有温度传感器来感应温度， 因此，掌握正确的温度测量方法和温度传感器的使用方法是非常重要的常用的测温方法一个物体被加热至高温，任何 2个温度不同的物体接触都会产生热交换，直到两者 温度平衡。因此，可以选择一个温度传感器与被测物体接触来测量温度，这种方法称为 接触式温度测量。接触式温度测量适用于低温度的测量此外，该物体加热到温度很高时也伴随着热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度和不同的辐射能量

7、来测量温度，这种测量方法称为非接触式温度测量非接触温度测量适用于高温测量温度传感器产品分类目前，对温度传感器进行分类还没有统一的标准。根据输出分类可分为数字温度传 感器和模拟温度传感器。根据测温方式分类有接触示温度传感器和非接触式温度传感器 按类型分类离散温度，可分为模拟集成温度传感器和数字温度传感器。模拟温度器的输 出是随温度变化的模拟信号，其特点是响应速度快和微处理器接口复杂。数字温度传感 器的输出是随温度变化的数字量，与模拟输出相比，速度较慢，但微处理器容易处理。以下对常用温度传感器的应用作简单介绍：1. 热敏电阻传感器热敏电阻温度传感器的特点是，其电阻值随温度的变化而变化。电阻式温度传

8、感器是利 用半导体材料和热敏电阻型敏感元件，通常用在热敏电阻温度传感器的电阻具有负温度 系数，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，简称 NTC其优点是灵 敏度高，体积小，使用寿命长，运行稳定，易于实现远距离测控；缺点是互换性差，非 线性严重。2. 热电阻式温度传感器利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电温度传感 器。对于大多数金属导体，其电阻值随温度升高的特点。因此纯金属温度系数较高，因 此采用纯金属的电阻元件。常用的金属导体材料为铂，铜，铁和镍。3. 热电偶式温度传感器热电偶是一种温度传感器，温度范围为-50至+ 1600到+ 2800C,测量精度高。

9、此 外，热电偶产品已标准化，系列化，选择简单，可以使用电脑做线性补偿，因此到目前 为止，在温度场中仍广泛使用。它的理论基础是建立在热电效应上，将热能转化为电能。4. 模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模 拟集成温度传感器是在十九年代出来的。它是温度传感器集成在一个芯片，可以实现温 度测量和模拟信号输出功能的集成电路，它属于一种最简单的集成温度传感器。模拟集 成温度传感器的主要特点是功能单一（只测量温度），测温误差小，成本低，响应速度 快，传输距离远，体积小，功耗低，适合长距离的测量，温度控制。具有无需校准的非线性。它是目前国内外，广泛使用

10、的集成传感器。5. 智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在 20世纪90年代中期问世的。智能温度传 感器是微电子技术，计算机技术和自动测试技术的结晶，它是集成温度传感器领域中最 具活力和潜力的新产品。目前，许多著名的集成电路生产商已开发出数百种智能温度传 感器产品。智能温度传感器具有以下三个特点：第一，可以输出温度数据和温度控制相 关量，适应各种微控制器（单片机）；其次，具有优越的性价比，多功能智能温度测量 与控制系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件实现测试功能，其智能化程度也取决 于软件开发水平。智能温度传感器内部包含一个传感器，内存（或注册）和接口电路。 一些产品还带有多

11、路控制器，中央控制器（中央处理器），随机存取记忆体（内存）和 只读存储器（光盘）等。温度传感器的选择在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍了测控系统的一般原理和传感器的选 择。1.选择传感器的总原则合理的选择传感器要根据具体的控制目标，控制对象和控制环境。单片机测控系统 首先要考虑的是温度，温度的感应尤为重要。如何选择才算合理，作为单片机测控系统 前向通道的重要组成部分，在传感器的选择应考虑以下几个方面：（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型首先考虑了传感器的工作原理，这需要分析多种因素。因为，即使是测量同一物理 量，传感器原理也有多种可供选择的方案，往往只有一个传感器的工作原理是比较

12、合适 的，首先考虑传感器的一些重要参数：（1）传感器的测量范围；（2）传感器对测量位置 的要求；3）测量接触或非接触的要求，4）输出是有线或无线的；5）购买或研制的传感 器的价格因素。在充分综合考虑上述因素方可确定选择什么类型的传感器。然后考虑传感器的具体性能指标:（1）敏感性选择，在满足测量范围的既相互上，传感器的灵敏度越高越好。（2）频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应好，可测的信 号频率范围就宽，输出信号的传感器必须在频率允许的范围内保持不变形，事实上，传 感器的反应总是有延迟的。（3）线性范围传感器的线性范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上

13、讲，在此范围内 灵敏度应保持定值。在选择传感器，当传感器类型确定后的第一个看线性范围是否满足 要求。（4）稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响稳定的因素除 了传感器结构本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳 定性，传感器必须有较强的环境适应能力。（5）准确性，准确性是传感器的一个重要性能指标，它涉及到测量和控制系统的一个重要部分是测 量精度。传感器的精度高，价格昂贵，因此，选择时要充分考虑2温度传感器的选择传感器技术已广泛应用于电子产品，玩具，家用电子产品，工业测量和控制系统， 计算机应用。传统上垂直温度传感器是最常用的温度传感器元件，集

14、成温度传感器的特 点是测量误差小，价格低，响应速度快，传输距离远，体积小，功耗低，适合长距离的 测量，温度控制，而不需要一个非线性校正，外围电路简单，它是目前国内外最常见的 应用温度传感器。综上所述，不同传感器，不同的应用场合、温度测量和控制系统，传 感器是一个关键组成，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择原则是先考虑温度范 围，温度控制精度，温度测量环境，价格和其他方面的因素。2.2总体方案的确定考虑到制冷控制系统功能比较小，可实现单片机控制。而AT89C52单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，系统采用 89C52单片机。在温度采集方面使用单线

15、数字温度传感器DS18B20采集数据。DS18B2C数字温度计读数范围是9到12温度，装置温度信息通过单线接口送入 DS18B2Q所以中央 处理器DS18B2Q只需一个连接线，读写完成温度变换所需的电源可以通过数据线本身提 供，即使没有外部电源供应器。而总体方案和系统电路图方面基本上和热敏式传感器相 同，只在数据采集方面有所差别。具体电路图见附录所示。根据传感器的选型原则，同时考虑到模拟输出传感器会带来许多不便，体现在布线， 信号处理复杂，硬件实现困难上。上文已经提到，热敏电阻温度传感器互换性，非线性 严重。数字温度传感器 DS18B2Q数字输出接线简单，可以直接用来作为输入数据，考虑 到在一般环境下，其灵敏度，线性范围，稳定，或在精度方面的强大功能，能充分满足 设计要求。但DS18B2C也有缺点，就是软件实现更复杂，但相对于模拟输出的硬件实现， 这将是一个更容易。在本设计中，温度数据采集使用DS18B2Q专感器。3系统电路总体设计3.1系统工作原理空调控制系统用AT89C52单片机作为系统的中央处理器，控数字式传感器DS18B2C对 温度进行数据采集，单片机将采集到的数据进行处理，得到各种信号。这些信号被用来 作为数码管显示输入信号和启动制冷设备，电热设备输入。同时，利用单片机的其他端 口实现系统复位，手动调节和自动调节3.