基于单片机的智能空调的设计(共47页)

精选优质文档-倾情为你奉上景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）中文题目： 基于单片机的智能空调的设计 英文题目： BASED ON THE DESIGN OF SINGLE-CHIP SMART AIR-CONDITIONED 院 系： 机械电子工程学院 专 业： 自 动 化 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 专心-专注-专业摘 要本设计基于AT89C52单片机作为空调温度控制系统的检测和控制核心，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，和室温进行比较，同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。以此来完成驱动系统加热工作或者完成驱动系统制冷工作。本设计充分利用了单片机价格低、功能强、抗干扰性能好等优点。针对环境温度检测给出了实用的硬件设计和软件编程，成功实现了控制器对空调的智能控制。整个装置使用热敏电阻式传感器和ADC0809转换器进行数据采集，实时采集环境中的温度，热释电传感器检测室内人员活动，单片机根据实时采集到的温度向空调发送相应的指令信号。关键词：单片机 空调控制 ADC0809 温度采集 LED显示 传感器 ABSTRACT The design is based on AT89S52 micro-controller core monitoring and control as the air conditioning temperature control system, real-time detection and display the room temperature, use the keyboard to set the temperature, and compared at room temperature,Also can detect whether someone indoors, while others open air, nobody will close the air. in order to complete the drive system is heated or complete drive system cooling. The design takes full advantage of the low price of single-chip, powerful anti-jamming performance. For ambient temperature detection gives practical hardware design and software programming, successful implementation of the intelligent control of the controller for air conditioning. The entire device using thermistor sensors and ADC0809 converter for data acquisition, real-time acquisition environment temperature, single-chip temperature based on the real-time acquisition sends the appropriate command signal to the air conditioning. KEYWORDS:SCM；Climate control； ADC0809 ；temperature acquisition ； LED display ；Sensor； 目 录 1 引言 11.1 空调的概述 11.2 空调的发展历史 21.3 空调的发展趋势 42 系统设计方案 5 2.1 设计的背景和意义 5 2.2 设计的任务与要求 5 2.3 系统总体设计方案 62.4 空调的工作原理以及单片机的简单介绍 62.5 温度传感器的分类与选择 82.5.1 温度传感器的分类 82.5.2 温度传感器的选择原则 102.6 单片机的选择 123 硬件电路设计 153.1 硬件总体设计方案 153.2 温度传感器的设计 163.3 热释电人体红外传感器PIS电路设计 203.4 单片机时钟电路的设计 213.5 复位电路的设计 223.6 按键接口的设计 243.7 显示电路的设计 253.8 系统总电路图的设计 274 软件系统设计 284.1 主程序模块以及其流程图 284.2 温度设定中断流程图以及其程序代码 294.3 温度显示流程图以及其程序代码 314.4 定时中断子系统流程图以及其程序代码 324.5 系统完整程序代码 345 结 论 356 经济分析报告 36致 谢 38参考文献 39附录A 40附录B 411 引言随着我国经济的飞速发展，目前，集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产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。 21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化、节能化。我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。一般都要维持在2126°C。目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备,同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。1.1 空调的概述 空调即空气调节器(Room Air Conditioner)，一般用于给封闭空间区域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。随着人们生活水平的不断提高，人们也越来越追求人性化的事物，传统的空调已不能满足人们的需求。现代的智能空调不仅利用了数字电路技术与模拟电路技术，而且采用了单片机技术，实现了软硬件的结合。既完善了空调的功能，又简化了空调的控制与操作；不仅满足了不同用户对环境温度的不同要求，而且能全智能调节室内的温度及湿度等，使得空调具有节能、操作更简单、无机械装置、安全性能更强等特点。随着电子产品的飞速发展，价格低廉而又实用的控制系统深受广大消费者的喜爱。所以本次毕业设计就选择基于单片机的智能空调控制系统设计。1.2 空调的发展历史在二十世纪六，七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是:Air cool Chiller，简称为Chiller。在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。WRAC是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。同时，无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。之后，设备设计和制造技术在90年代被转让到中国，这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电机、精细阀和电子控制器的本地制造商)组成的合资公司进行的。在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。现今，中国当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。中国现今已是最大的空调出口国，在2010年有4189万台机组出口。下面介绍我国家用空调产品外观历史演变1. 第一代格栅式面板家用空调器1988年，第一台国产分体壁挂机KF-19G1A在华宝空调器厂诞生，当时华宝还给它取了个很有诗意的名字雪莲。雪莲的诞生开启了我国家用空调器行业的一个新时代，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线。华宝和春兰生产的空调器统治了从上个世纪80年代末到90年代中期近10年的时间，他们生产的空调器在外观上极其相似：扁平的大长方体结构。与此同时，大量的进口产品外观在90年代中期以前与此也大体相仿，所以，当时的空调器特别是挂机，如果不看商标很难辨别出是哪个品牌。1988年华宝空调器厂研制出第一台分体壁挂机KF19GA是格栅式面板产品的一个典型代表，直到1995年，春兰的KFR22G依然是挂机市场的主导产品，这也说明了当时国产空调品仍旧以格栅式面板为主流。 2. 第二代格栅式面板家用空调器当家用空调器渐渐普及，其外观也在悄悄地发生着变化。20世纪80年代甚至到1995年，中国空调市场是进口机一统天下，进口机为中国家用空调行业的发展起到了启蒙作用，许多国产品牌的生产就是引进配件加以组装，这种启蒙作用也包括对我国家用空调器产品室内机外观的改变。20世纪90年代中期，以三菱电机、日立、松下等为代表的进口空调器出现了一种小型室内机，这种室内机一改以往那种庞大敦重的形象，外观精巧整洁，与家居环境融为一体，深受消费者的青睐。随着国内众多空调工厂对此类产品的普及生产，第二代格栅式面板空调器主导了空调市场并流行至今。3. 第三代光面板时代2005年度国内各个工厂的新产品，与往年格栅式面板占主流相比，绝大多数品牌在2005年度推出了光面板系列的空调产品，如格力的天丽系列、海尔的高效氧吧系列、美的的Q2系列和V系列等等。空调行业各厂家的这种集体行为将我国家用空调产品推至光面板时代。与格栅面板相比，不仅是外观上的一种进步，更是产品技术上的一种转变。光面板挂机的上进风下出风取代了原来的正面进风下出风的循环风路，而光面板柜机的侧进风或进风口开合式设计也渐渐与原来传统的下进风上出风的循环风路共同主导柜机产品的设计趋势。4. 第四代彩色面板在国内空调市场，将彩色引入空调面板设计并形成一种传统风格是韩国品牌三星和LG的创举。与此同时，其他工厂开始逐一效仿。至2005年度，绝大多数工厂都有彩色面板的产品面市；而且，面板的颜色种类也开始变得异彩粉纷呈，其中又多款彩色面板产品堪称经典，如海尔的彩屏双新风、格力的天丽、志高的花好月圆、TCL的君兰系列和海蒂娜系列等等。1.3 空调的发展趋势由于近几年国家的大力倡导节能减排，促进环保，实施可持续发展的战略。2004年8月，国家发改委、国家质检总局联合制定并发布能源效率标识管理办法，这标志着我国将实施能源效率标识制度.我国的能效标识制度自2005年3月1日起正式实施.能效标准是由能效比得来的，首先介绍一下空调能效比的计算方法:能效比=制冷量/制冷功率。本着响应国家政策发展节能技术，内的空调生产商也开始逐步走向变频空调的市场。在2009年新空调年，美的变频空调整体销售目标为250万套，其中国内市场销售预计达150万套，占据国内变频空调60%以上市场份额。“明年对所有做变频空调的品牌来说都是一个机会，变频空调的销售量很可能翻番，所占市场份额可能达到10%以上。”海信科龙总裁王士磊对明年的变频空调市场抱乐观态度，而作为未来的发展趋势，国内几大空调厂家闻风而动，开始对变频空调“投怀送抱”。除了发展变频空调外，还有新冷媒(R410A)的推广，静电除尘技术的普遍利用，负离子技术的广泛使用也都预示我国的空调行业向着高效、节能、环保的趋势前进。2 系统设计方案2.1 设计背景和意义21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化、节能化。我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。一般都要维持在2126°C。目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备。同时可检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调。2.2 设计任务与要求系统要求利用单片机设计一空调温度控制器，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，并且和室温进行比较，当室温低于设定温度时，系统能够驱动加热系统工作，当室温高于设定温度时，系统能够驱动制冷系统工作，当两者温度相等时，不做动作。同时检测室内是否有人，有人则开启空调，没人则关闭空调，以达到智能节能的效果2.3 系统总体设计方案(1)该制冷系统由89C52单片机系统即可实现。电源由220V市电经直流电源转化为5V直流电压，采用内部时钟电路。(2)选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0输入。ADC0809由P1.2启动转换，由P1.3控制输出。信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100s从P0口采集数据。时间延迟由T0实现。(3)检测室内是否有人用热释电传感器(4)温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机、 引脚相连，以中断方式工作。(5)利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。继电器由P3.7驱动(6)显示器温度的三位共阴LED八段数码管由P0口驱动。 本次设计的总体方案如图2-1所示：A/D转换温度传感器单 片 机 LED温度显示升温按钮继电器降温按钮空调压缩机热释电传感器图2-1总体方案示意图2.4 空调的工作原理以及单片机的简单介绍空调的工作原理：空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。系统工作时、蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂的压力和温度均升高，然后排入冷凝器。制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。制冷剂液体通过毛细空的节流，压力和温度均降低，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到降低室内温度的目的。单片机的简单介绍：单片机是指一个集成在一块上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！2.5 温度传感器的分类与选择2.5.1 温度传感器的分类 温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的产量之一。在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。a) 常用的测温方法：物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直到两者的温度达到平衡为止。据此，可以选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度测量，这种方法称为接触式测温。接触式测温常用于较低温度的测量。此外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。非接触式测温常用于高温测量。b) 温度传感器产品分类：目前，温度传感器没有统一的分类方法。按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快和MPU（微处理器）接口较复杂。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。下面对工程中常用的温度传感器做简单介绍。(1).热敏电阻式温度传感器电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是自身的电阻值随温度而变化。热敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都是具有负温度系数的热敏电阻，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，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；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。称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温度系数比合金的高，因此均采用纯金属作为热电阻组件。常用的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。(3).热电偶式温度传感器热电偶是一种传统的温度传感器，其测温范围一般为-50到+1600，最高可达+2800，并且有较高的测量精度。另外，热电偶产品已实现标准化、系列化，使用时易于选择，可方便地用计算机做线性补偿，因此，至今在测温领域内仍被广泛使用。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而制成的，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20世纪80年代问世的。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。外围电路简单，它是目前在国内外应用较为普遍的一种集成传感器。(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，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，行许多著名的集成电路生产已开发出上百种智能温度传感器产品。智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D传感器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路控制器、中央控制器（CPU）、随机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。2.5.2 温度传感器的选择原则在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，本原则适用于各种传感器的选择。1.选择传感器的总原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑一下几个方面：（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型即使是测量同一物理量，也有多种传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题。所以考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。l 传感器的量程；l 被测位置对传感器体积的要求；l 测量方式为接触式还是非接触式；l 传感器信号的引出是有线还是无线；l 是购买传感器还是自行研制传感器以及价格因素等。在综合考虑上述所有因素之后就能确定选择何种类型的传感器，再考虑传感器的具体性能指标。（2）灵敏度的选择一般情况下，在传感器的线性范围内，传感器的越是灵敏越好。（3）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，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感器的响应总有一定得延迟，希望延迟时间越来越好。（4）线性范围传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定之后首先要看其量程是否满足要求。（5）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。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，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，传感器必须要有较强的环境适应能力。（6）精度的选择精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要能满足整个测控系统的精度要求就可以了，不必选得太高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。2.温度传感器的选择温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常用的温度传感器元件，而集成温度传感器特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，它是目前在国内外应用最为普遍的一种温度传感器。综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是前向通道的关键部件，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范围、温控精度、测温场合、价格等几方面的因素。在此，本设计采用热敏电阻式传感器和ADC0809转换器进行数据采集。2.6 单片机的选择考虑到该制冷控制系统功能比较少，由单片机控制即可实现。AT89C52的性能及特点：l 与MCS-51系列单片机兼容。l 片内有8K可在线重复编程的快速内存可擦写存储器（ Flash Memory）。l 存储器可循环写入/擦写10000次以上。l 存储器数据保存时间为10年以上。l 宽工作电压范围：Vcc可为2.7V-6.5V。l 全静态工作：可从0Hz-24MHz。l 程序存储器具有三级加密保护。l 256字节的内部RAM。l 32条可编程I/O口线。l 三个16位定时器/计数器。l 中断结构具有5级（6级）中断源和两个优下级。l 可编程全双工串行通讯。l 空闲维持低功耗和掉电状态保护存储数据。并且89C52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,故本系统选择采用89C52单片机。图2-2 AT89C52引脚图VCC: +5V电源输入GND：接地P0口是一个双向8位三态I/O口，每个口可独立控制。使用时需外接上拉电阻。P1口是一个准双向8位I/O口，它的功能是单一的，只能用作数据的输入或者输出。P2口是一个准双向8位I/O口，输出时，从P2.x端口可输出CPU写到锁存器上的信号。当该接口用做数据输入接口是，应先向该位写1，然后，读该位即可读入输入数据。P3口是具有第二功能的准双向8位I/O口。ALE/PROG：地址所存/编程信号线。当P0口工作在第二功能时从该端口可复用工作，某时刻该端口可以送出地址信号A0A7，而另外的时刻该端口传送的是数据信号D0D7。利用ALE可以将地址信号A0A7锁存到地址锁存器。/VPP：该控制信号线也具有双重功能，是允许访问片外ROM/编程高电压引线。：程序存储器允许输出控制端，常用作片外ROM的读控制信号，低电平有效。RESET：复位引脚，当该端加上超过24个时钟周期的高电平时，可是8051复位。X1、X2：外接时钟引脚。X1为片内振荡电路的输入端，X2为片内振荡电路的输出端。3 硬件电路设计3.1硬件总体设计方案(1)该制冷系统由89C52单片机系统即可实现。电源由220V市电经直流电源转化为5V直流电压，采用内部时钟电路。(2)选用热敏电阻式温度传感器和ADC0809转换器。温度传感器产生的模拟信号转换为数字信号后，由P0输入。ADC0809由P1.2启动转换，由P1.3控制输出。信号传输采用无条件输入方式，启动A/D转换后延时100s从P0口采集数据。时间延迟由T0实现。(3)检测室内是否有人用热释电传感器(4)温度设置信号由脉冲电路产生，为简化系统，通过导线分别与单片机、 引脚相连，以中断方式工作。(5)利用交流固态继电器控制制冷压缩机工作状态。继电器由P3.7驱动(6)显示器温度的三位共阴LED八段数码管由P0口驱动。图3-1 硬件电路总体框图3.2温度传感器的设计本次设计温度传感器由：热敏电阻式传感器和ADC0809转换器（1）热敏电阻式传感器：热敏电阻式传感器的阻值一般随温度升高而减小称具有负的温度系数。由于导体和半导体的阻值随温度的变化而变化，因此电阻值就对应于外界温度。图3-2 热敏电阻式传感器（2）ADC0809转换器:图3-3 ADC0809内部结构框图l IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。l D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。l ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表1所示。地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表1 地址信号与选中通道的关系l VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。l ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。l STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。l EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。l OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。工作时序与使用说明:ADC0809的工作时序如图5示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。图3-4 ADC0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为ADC0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。（3）温度传感器如图3-4所示:温度传感器大致工作原理:热敏电阻式传感器的阻值一般随温度变化而产生变化,通过IN-0将模拟信号输入，通过ADC0809转换器将模拟信号转换成8位二进制数字信号输出。图3-5 温度检测电路3.3 热释电人体红外传感器PIS电路设计 热释电人体红外线传感器原理如图3-5所示。图3-6红外检测电路 它主要用于检测人体发射出的红外线，其内部是由两个敏感元件反相串联。由于敏感元件的输出电压极微弱且其阻抗很高，故在红外检测电路内部设有场效应管及偏置厚膜电阻(RG、RS)，从而构成信号放大及阻抗变换电路一般红外线检测电路自身的接收灵敏度较低。检测距离仅2m左右。为了提高检测灵敏度及频率响应速度。在检测电路前配用了菲涅尔透镜可使有效检测距离达12m左右。热释电人体红外线传感器所检测出的人体红外线信号还不足以进行单片机通讯。其信号必须经过信号放大电路才能更好的被单片机识别信号放大电路原理图如图3-6。图3-7信号放大电路当人体进入PIS的探测区，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜聚焦到热释电红传感器的敏感元件上。因而在两个电极上产生电荷，该电荷经源极跟随器后。以电压信号输出反映控制区内的状态变化。当S端有信号输出时，该信号经过Q1.Q2两级放大后驱动继电器RLI动作，从而使Kl端出现高电平。故将其有人进入的信号传递给单片机.3.4 单片机时钟电路设计时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。AT89C52单片机允许的时钟频率典型值为12MHZ。89C52单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是89C52的19脚和18脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图所示：石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的系统振荡电路如图3-7示：图3-8振荡电路3.5 复位电路的设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态, 并从这个状态开始工作。其主要功能是：l 把程序计数器PC值初始化，使单片机从0000H单元开始执行程序。l 当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也需要复位来重新启动单片机。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输人到芯片的施密特触发器中的若RST高电平有效且有效地时间为24个振荡周期即两个机器周期则CPU响并且复位。复位又分为：上电复位、手动复位a)上电自动复位是通过外部复位电路电容充电实现的。只要电源的上电时间不超过1ms，即可实现自动上电复位，所以接通电源就完成了系统的复位初始化。b)按键手动复位分为电平方式和脉冲方式。复位电路作用非常重要。一个单片机系统能否复正常运行，首先要确保是否能成功复位。本次设计中，我采用了按键电平复位方式的复位电路，同时选用晶振值为：12MHZ，所以根据经验可将电阻值分别定为100和8.2K，电容值为10F，这样，这样就能保证复位信号高电电平持续时间大于2个机器周期。即可使系统正常运行。系统复位电路如图3-8示： 图3-9 复位电路3.6 按键接口的设计一个电压信号通过机械触点时，机械触点会断开或者闭合，但是由于机械触点的弹性作用，按键开关在闭合时不会马上接通，在断开时也不会立即断开。因为在闭合和断开的瞬间都有一连串的抖动，抖动的时间长短由按键的机械特性决定。按键输入电路由按键K1和K2组成。这2个按键分别连接到单片机的输入引脚P32和P33。键K1为“升温”控制键；K2为“降温”控制键，分别对应于2个LED显示器，用于设置两位温度值。当按键K1、K2按下时，相应的单片机输入引脚P32和P33只能监测到低电平。因为P32和P33只高电平有效所以需要要将按键与一个反相器串接后再与单片机相连。为防止按键按下时的抖动，还需要设计一个消抖电路。消抖电路由一个电阻和按键K串接在5V和地之间，一个电容和按键并联构成。参数的确定：按键的抖动时间常数为。R-C消抖电路的时间常数取10ms，其计算公式为：RC经验取电容值为：C=0.1f,根据式1得：R=/C=10K按键输入电路如图3-9示：图3-10 按键接口电路3.7 显示电路的设计数码管按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图3-10数码管结构示意图数码管要正常显示，就要用来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的，因此根据数码管的的不同，可以分为静态式和动态式两类。1静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码图3-11数码管内部原理图都由一个的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且更低。由于此处是空调控制系统，对温度测量、控制基本范围为0-50内，显然一位的LED数码管不能满足其显示要求的，所以显示电路采用3位共阴极LED数码管。另外P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口的低三位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示扫描结果，电路图如下图3-12。图3-12 显示电路3.8 系统总电路的设计系统由单片机由时钟电路、复位电路、按键接口电路、传感器测温电路、A/D转换电路、LED温度显示电路等组成。 系统总电路图见附件A4 软件系统设计4.1 主程序模块以及其流程图主程序主要包括设置、显示默认调节温度为20和进行系统初始化（设定中断、定时方式等）工作。流程图如图11所示：图4-1 主程序模块流程图主程序模块程序代码： ORG 0030H MAIN: MOV R7, #20H ；上电后默认设定温度20ACALL DISPLAY ；显示默认设定值 MOV TCON, #05H MOV TMOD, #02H ；循环定时方式 MOV TH0, 0CEH ；延时100s MOV TL0, 0CEH SETB TR0 ；启动定时 MOV IE, #87H ；开中断 SJMP “$4.2 温度设定中断流程图以及其程序代码温度设定包括“ 升温”和“降温”两段程序。升温时当手按下“升温”按键，单片机判断是否大于温度上限30，若没超过上限，则将其值升高1，调整为十进制，显示新值。若超过温度上限则返回。升温设置流程图如图12所示：降温时，先判断手动设定温度是否超过温度下限，若低于10，若低于10，则返回，反之，将其值降低1。调整为十进制，显示新值。降温设置如图14所示。A) 升温设置流程图如图所示： 图4-2 温度设置流程图升温设置程序代码：ORG 0050HUP: PUSH A CJNE R7, #30H, GOUP ；最高为30 SJMP UPEND GOUP: MOV A, R7 ADD A, #01 ；升高1 DA A ；调整为十进制 MOV R7, A ACALL DISPLAYUPEND: POP A RETI B）降温流程图如图13所示图4-3 降温流程图降温设置程序代码：ORG 0060HDOWN: PUSH A CJNE R7, #10H, GODOWN ；最低10 SJMP DOWNEND GODOWN: MOV A, R7 CLR C SUBB A, #01 ；降低1 JNB PSW.6, GOON ；调整为十进制 SUBB A, #06GOON: MOV R7, A ACALL DISPLAYDOWNEND: POP ARETI4.3 温度显示流程图以及其程序代码将设定温度值的压缩BCD码拆分，通过查表得到共阳LED码，分别送往P1、P2口。流程图如下图14所示：图4-4 温度显示流程图温度显示程序代码：ORG 0075HDISPLAY: MOV DPTR, #LEDTAB ；LED显示码表首 MOV A, #0FH ；取各位 ANL A, R7 MOVC A, DPTR+A MOV P1, A MOV A, #0F0H ；取十位 ANL A, R7 WAP A MOV A, DPTR+A MOVC P2, A RET ORG 0090HLEDTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H；共阳显示码 DB 92H,82H,0F8H,80H,90H4.4 定时中断子系统流程图以及其程序代码定时中断程序为本控制系统的核心模块，根据环境温度控制压缩机电路，其工作内容主要包括以下3个部分:Ø 首先读取温度信号值Ø 将读取的