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有关于控制系统空调温度制约系统设计设计

收藏本文 2024-03-25 点赞:6155 浏览:19202 作者:网友投稿原创标记本站原创

【摘 要】 基于单片机的温度监控系统较传统的温度控制系统具有更高的智能性,并且系统的功能更加易于扩展和升级,是一种低成本的温度检测、控制方案。本设计详细研究单片机的温度控制的各个部分内容,设计单片机及其电路,给出了一套合理的基于单片机的温度控制器软硬件解决方案。
【关键词】 数字显示 继电器 可调温度控制

1 方案设计思路

本方案设想是采用AT89C2051单片机结合DS18B20温度传感器控制温度的设计,DS18B20是一种新型的可编程温度传感器,能直接与单片机完成数据采集和处理,实现方便、精度高,可根据不同需要用于各种场合。

2 方案可行性论证

(1)从技术性角度来看,该系统所用技术均为现代新技术,具有很高技术含量,本系统完成的主要任务如下:1)测定并显示当前环境温度值。2)设定一个上限温度值并保存在DS18B20。3)当环境温度高于设定温度,继电器被驱动吸合,外电路中的降温风扇开始工作并发出警报。4)当环境温度低于设定温度后,继电器自动断开,风扇停止工作,警报解除。
(2)本系统的主要技术指标如下:1)温度显示范围:-55— +125摄氏度。2)压缩机输出节点容量:10A/240V AC。3)LED灯闪烁报警。
(3)从系统的性能来看,所采用的DS18B20是一种新型的可编程温度传感器,能直接与单片机完成数据采集和处理,实现方便、精度高,可根据不同需要用于各种场合。
综上所述,该系统具有良好的开发价值,具有广阔的应用前景。

3 方案设计

3.1 系统的总体设计

单片机的温度控制系统需要完成温度的采集,显示当前温度值,并通过按键设定上限温度,实现当温度超过设定的温度值时,继电器导通,使连接继电器的风扇转动,使温度下降,同时发光二极管发光。系统包括单片机最小系统电路和按键电路、LED显示电路、温度检测部分、发光二极管和控制输出等主要部分,系统地总体设计如下图所示:
图1 系统整体设计框图

3.2 系统的主要硬件设备

3.

2.1 微处理器AT89C2051

AT89C2051是低电压、高性能CMOS 8位单片机,片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位处理器和Flash存储单元。
图2 AT89C2051引脚结构
3.

2.2 温度传感器DS18B20

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire。只要求一个端口即可实现通信,在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号,实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温,测量温度范围在-55。C到+125。C之间,数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择,内部有温度上、下限告警设置。图3为DS18B20的引脚图。
DS18B20的设计原理:
DS18B20使用外接电源的供电方式,数据端用4.7K的电阻上拉接+VDD,再接到AT89c2051的P3.7脚上。晶振选用11.0592M 的,使用简单的上电复位电路。选用共阳极的数码管,用S8550作位驱动,段引脚通过470欧的限流电阻接入AT89C2051的P1口上,电路中有三个按键,分别是显示开关/温度设定,温度上调,温度下调,使用AT89C2051的第P3.5脚做控制输出端,低电平有效,通过9012 三极管放大去驱动一个5V的继电器。设定一个温度值如15度,当温度超出15度时,控制端为低电平,继电器闭合,风扇启动进行散热,当温度下降到设定温度时,继电器断开,散热风扇停止工作。

3.3 主要的电路设计

基于单片机的温度控制主要有以下几部分:温度数据采集,按键设计、温度显示、继

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电器4个部分,下面分别加以介绍,硬件模块如图4所示。

3.1 温度采集部分

温度传感器有很多种,这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器DS18B20,其特点:独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯;测温范围-55℃~+125℃,固有测温分辨率0.5℃;支持多点组网功能,多个DS1820可以并联在唯一的三线上,实现多点测温;工作电源:3~5V/DC。
温度检测数据采集电路如图5所示,由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度,提供给AT89C2051的I/O口作为数据输入。

3.2 LED数码管显示电路

显示器分为数码管和液晶显示,本系统所采用是的数码管显示,其外形和引脚如图6所示:
LED数码有共阳和共阴两种,把这些LED发光二极管的正极接到一块(一般是拼成一个8字加一个小数点)而作为一个引脚,就叫共阳机极数码管;相反的,就叫共阴的(如图7所示)那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
基于单片机的热水控制器采用7段数LED码管显示,这里采用3个数码管显示温度。
6位共阳极数码管采用扫描形式工作,其8个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的PO口,AT89C2051单片机的P0口的每一个I/O都能能吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流,算下来能驱动约10mA。能驱动数码管的8个数据阴极。
6位共阳极数码的6个阳极采用6个PNP三极管9012驱动。用单片机P

2.0-P5 6个I/O口控制。电路图如图8所示。

3.3.3 单片机及按键电路设计图9为单片机及键盘电路的电路图,单片机AT89C2051的时钟引脚外接12M晶振,作为单片机工作的时钟,EA端接高电平,表示使用片内程序存储器。RST引脚接了上电复位电路,当系统上电时,上电复位电路会产生一个高电平脉冲信号,使系统复位。(如图9)
键盘是标准的输入设备。本方案使用软件实现键盘的扫描。实现起来具有较强的灵活性,也只需要很少的CPU开销,可以节省开发成本。
理论上当按键按下或弹起时,可以相应的产生低电平或高电平,但实际并非如此。键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时,按键触点的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时,触点不会迅速可靠地接通,当按键释放时,触点也不会立即断开,而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来,按键材料不同,抖动时间也各不相同。
一次完整的按键过程,包含以下几个阶段:如图10所示。(1)等待阶段:此时按键尚未按下,处于空闲阶段;(2)闭合抖动阶段:此时键刚刚按下,但信号处于抖动状态,系统在检测时应消抖延时,约5ms到20ms;(3)有效闭合阶段:此时抖动己经结束,一个有效按键动作己经产生,系统应该在此时执行按键功能,或将按键编码记录下来,待键弹起时再执行其功能;(4)释放抖动阶段:许多时候编程人员并不在此时消抖延时,但最好也执行一次消抖延时,以防止误操作;(5)有效释放阶段:若设计要求在按键抬起时才执行功能,则应当在此时进行按键功能的处理。
软件上对闭合阶段的抖动一般采取延时再次确认按键是否按下的方式消除抖动。
如上图所示,完成系统的最高温度和最低温度的高低调整的四个按键分别加上拉电阻接到单片机的P1.1-P1.4口上,供单片机查询,当没有按键按下时,单片机I/O口输入高电平,当有按键按下时,对应的单片机端口变为低电平,单片机通过检测这种电平的变化确定按键的状态。

3.4 继电器电路

继电器具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。如图11所示。

3.4 软件系统设计

(1)系统程序流程图如图12所示:
(2)独立按键程序流程图如图13所示。

4 系统的测试分析

经测试,此设计中应实现的当前温度显示,温度设定(包括设定温度上调、下调),继电器输出,设定温度保存,系统关闭等功能均实现。温度可以正常显示且精确度相当高。
当然,在系统设计和调试中也出现了好多问题,现在都得以解决。例如:(1)开始时无法显示当前温度,但其它功能均能正常实现。经过分析,发现最初温度传感器DS18B20正负极接反烧毁,更换后可以正常显示。(2)温度显示不稳定,跳动不止,而且同时继电器输出口高低电平也不稳定,也随之跳动。后来在传感器I/O口输入单片机前加上

1.6K左右电阻问题得以解决。

参考文献:
冯文旭.单片机原理及应.机械工业出版社,2008-08.
戴佳.51单片机应用系统开发典型实

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例[M].中国电力出版社,2005-01.
[3]谢宜仁.单片机实用技术问答[M].人民邮电出版社,2003 - 02.
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[5]赵建领.51系列单片机开发宝典.电子工业出版社,2012-2.
附 录(见图14)

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