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1、2南昌航空大学科技学院学士学位论文前言1.1 课题的背景及意义我国空调业从第一台窗式空调器诞生以后，发展缓慢。到80年代初，大量地引进技术和生产线以后，才开始了较快速度的发展，同时在一些高等院校和有实力的生产厂家陆续成立了相应的研究机构。其研究方向主要集中在空调制冷系统及部件的优化设计、制冷系统特性与仿真、工质替代和人工环境特性等应用基础研究方面，取得了诸多的科研成果。但对于实现环境的舒适性调节和空调系统的智能控制方面的研究才刚刚起步，有待于进一步深入和发展。变频技术、微电脑和电子膨胀阀在空调器上的应用为空调器的智能控制创造了最基本的条件。我国从1991年开始研究制冷空调设备的变频能量调节技术
2、，对电子膨胀阀的调节特性及其应用领域进行了系统研究。大部分研究工作都集中在单相压缩机变频调速技术和室内环境的舒适度控制方面。目前，国际上的新型温度传感器也正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。控制技术有：自动控制技术、电气控制技术、微机控制技术等，随着科学技术的不断发展，计算机技术和与自动化技术的结合微型计算机控制技术越来越成熟，应用也越来越广泛，微机是通过传感器接收物理量，转换为电量，通过模/数 （A/D） 转换, 输入计算机。 计算机运算结果，输出， 通过数/模 （D/A） 转换, 送执行机构执行。 计算机程序也分监测采样程序和控制程序。显示技术有：液晶显示技术、平板显示
3、技术、LCD显示技术等，液晶显示器件总的技术趋势，是向彩色化、大容量、大尺寸与高精细度发展，力求做到低功耗，追求全面超过CRT的视认性与显示品质，减少缺陷并发展修理技术，提高成品率、降低价格，进一步发展大尺寸基板的全自动、低灰尘、高稳定的设备体系等方面发展。毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已
4、在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果
5、作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日1.2 本文的主要研究内容本设计采用单片机89C51作为控制核心，扩展了8路A/D分别对8
6、间房内的温度进行测控,实现了对各个房间的固定显示和对8个房间的轮流显示，而且还对8个房间内的温度进行了PID控制，使得单片机系统对温度的控制具有快速稳定的特点。本系统的硬件设计中采用Pt-100作为温度传感器，用桥式电路转换成电压信号再经ICL7650放大，然后用ADC0809采样转换为数字信号进入微处理器进行计算处理。微处理器经PID算法处理后输出一定占空比的矩形波，通过矩形波来控制双向可控硅的导通时间，再由双向可控硅去控制加热器的导通，从而达到控制温度的目的。软件采用定时中断采样，经滤波，计算出差值，增量式PID算法计算出控制量，再以PWM波的形式输出其控制量第二章 系统的组成及工作原理2
7、.1 系统的设计要求与技术指标由单片机构成最小系统，扩展8路A/D分别对8间房内的温度进行控制，采用PID算法，输出8路输出控制信号，控制加热执行机构，采用8位数显轮流或定显各房温度，要求测温范围为050度，测量控制精度为+1度。本次设计方案中，温度转换电路采用电桥电路，使转换的电压值更加稳定可靠。由可控硅构成的导通电路使得控制更加安全，敏灵度增强。7279的使用也使数据的输入和显示的控制更加简洁、方便、快速。2.2 系统功能分析以单片机组成的最小系统为核心，由温度转换电路，A/D转换电路， 7279显示及键盘接口电路，可控硅导通控制电路组成。信号由温度传电路转换成电压信号，用数模转换电路采用
8、八通道A/D0809芯片，它将模拟量转换成数值量。经放大后，进入单片机后，一方面通过7279进行显示和键盘控制，一方面通过D/A转电路转换成模拟量对空调的温度系统进行控制。2.3 系统组成框图总电路思路框图系统由转换电路、放大电路、A/D采样电路、驱动电路、控制电路，显示电路等组成。键盘输入A/D转换电路信号放大电路温度转换电路温度参数设定 单 片 机 系 统温度调节电路可控硅导通电路显示电路图2.1 总电路框图第三章 系统硬件电路的设计3.1温度转换电路模块PT100是铂电阻温度传感器，它适用于测量-60C到+400C之间的温度。要求的控温范围在0-50之间，所以本系统采用Pt100型铂热电
9、阻作为温度传感器。计算PT100所需电流PT100在0C时电阻为100欧姆，随着温度的变化电组成线性变化，大约是每摄氏度0.4欧姆，为了产生5mV/C的电压系数，需要提供12.5mA电流。由于模拟量输出精度为10微安/数，为了得到5mA输出电流所需的输出数必须为1250。因为AQW数据字向右移4位，因此输出数必须乘以16。这样，为了初始化模拟量输出Io位12.5mA电流，在AQW0中必须设置20000输出数。等式为：(32000/20mA*12.5mA=20000) 将温度的变化转化为电阻的变化，并通过桥路将电阻的变化转化为电压的变化. PT100可以用电桥实现温度到电阻再到电压的转换，流过P
10、T100的电流不可大于6mA。直流电桥的基本形式由4个桥臂、一个激励源组成。四桥臂的原理图如图所示，图中R1、R2、R3、R4为4个桥臂，中间的是激励源。电桥平衡条件：R1R3=R2R4表3.1 主要温度点PT100的电阻值和电桥输出电压温度T（单位：）PT100的电阻值Rt(单位：)电桥输出电压（单位：mV）0100.0-13.830111.613.760123.127.080131.036.3铂热电阻是目前热电阻中性能最好的，主要用作标准电阻温度计。被广泛应用于作温度的基准，标准的传递,因此本系统也采用了铂热电阻PT100作为温度传感器。PT100电桥测量电路如图所示。PT100采用金属铂
11、为材料。其电阻值会随温度化而变化，从而实现温度电阻值转换，且在0500范围内的电阻温度（R-T）曲线的线性度较好。在0850和-2000时其电阻值Rt与温度T分别满足式31和式32： Rt=R0(1+aT+bT) （式31） Rt= R01+aT+bT+c(T-100)T （式32）式中：Rt PT100的电阻阻值；R0 0时PT100的电阻阻值，=100；a,b,c均为系数，a3.908*10-3,b-5.802*10-7,c-4.273*10-12;图3.1电桥电路3.2 放大电路模块系统选用ICL7650的放大电路，以满足设计所需的技术指标。ICL7650利用动态校零技术消除了CMOS器
12、件固有的失调和漂移，从而摆脱了传统电路的束缚，克服了传统放大器的一些缺点。它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。设计中使用ICL7650做运放，这种运放与其它运放不同，其内部有一个振荡频率为200Hz的振荡器，在这个振荡器控制下运放分节拍工作。每个振荡周期分两个节拍，第一节拍将输入失调采集并存于一个电容器中，第二节拍采集和放大信号，并与此刻的失调相抵消，所以电路总的失调和
13、温漂极小，性能极为优越稳定，电路除采用二个采样/保持电容外，其余的放大，时钟振荡以及所用控制电路均集成于芯片。其中：V+ V- ：供电电压正和负 V+=39V V-=-3-9V，典型值为V+=5V V- =-5V；IN+ , IN- ：分别为正相输入端和反相输入端，应保证加于此两端的共模输入电压为(V+ 0.3V)(V- 0.3V)，保证加于此两端差模电压在7V以内。这部分电路主要完成对前级电桥输出电压的放大和滤波。为使最终输出05V的电压信号放大电路的增益应AV为150.26，且应采用正向放大电路。R12,R34和电位器RP1够成反馈支路，R6、C7是滤波电路。取R34=10K、RP1调节到
14、适当的电阻值。 AV=R34/(R12+RP1) （式33） RP1=(R34/AV)-R12 （式 34）故有RP1=56，所以R选200的电位器作RP1。ICL7650构成的同相放大器,输入电压经过平衡电阻接到正相输入端，R3为反馈电阻，电压放大倍数由R12,R34和RP1控制。V0与Vi的关系如下：V0（1+R34/(R12+RP1)）*Vi （式35）ICL7650前置放大电路如图所示：图3.2放大电路在放大电路模块中，在电路前后分别预设滤波电路，以减小外界和系统内部自身的干扰。3.3 A/D转换模块设计要求中需扩展8路A/D并分别对8间房内的温度进行控制，故选用8通道的数模转换芯片为佳。ADC0809是一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器CMOS工艺。可实现8路模拟信号的分时采集，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100s左右，采用双排28引脚封装。图3.3 ADC0809的内部逻辑结构图由上图可知，ADC0809由
