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1、精选优质文档-倾情为你奉上电 子 信 息 与 电 气 工 程 系课程设计报告设计题目： 空调控制系统设计 2010 年 6月 24日空调控制系统设计任务书设计内容设计一空调房间温度控制系统，该系统能准确测量房间温度，并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关，通过控制压缩机转速频率来控制所需热量。空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节。设房间热惯性时间常数=450，空气导热延迟=35，选择合适的控制算法进行控制。设计步骤一、 总体方案设计二、 控制
2、系统的建模和数字控制器设计三、 硬件的设计和实现1、 选择计算机字长(选用 51内核的单片机)2、 设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；3、 设计输入信号接口电路；4、 设计信号输出控制电路；5、 其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。四、 软件设计1、 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2、 编写A/D转换和位置检测子程序框图；3、 编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；4、 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图(A3幅面)。摘要:本文详细叙述了利用51单片机构建了一个空
3、调控制系统。确定了影响室内温度参数检测控制方法，并对其传感器测量电路、控制器执行电路及软件系统进行了设计。用Matlab软件对系统进行仿真，结果表明系统运行稳定，能达到预期的控制要求。关键词: 空调模型 51单片机 目 录1本课程设计的目的与意义1.1 设计的目的通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。1.2 课程设计的意义计算机控制系统课程是我们自动化专业在这个学期学的一门专业课程。通过该课程的学习使我们对微机系统有一个基本的了解、掌握常规控制算法的使用方
4、法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法。而通过计算机控制系统课程设计还进一步锻炼了同学们在计算机应用方面的实际工作能力。计算机科学在自动化控制应用上得到了飞速发展，因此，学习这方面的知识必须紧密联系实际,掌握这方面的知识更要强调解决实际问题的能力。我们要着重学会面对一个实际问题，如何去自己的收集资料，如何自己去学习新的知识，如何自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地提高分析和解决问题的能力。2设计任务2.1 设计内容设计一空调房间温度控制系统，该系统能准确测量房间温度，并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关，通过控制压缩机转速频率来控制所需热量。空调模
5、型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节。2.2 设计要求 一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1、选择计算机字长(选用 51内核的单片机)2、设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；3、设计输入信号接口电路； 4、设计信号输出控制电路； 5、其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。四、软件设计 1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图； 2、编写A/D转换和位置检测子程序框图； 3、编写控制程序
6、和D/A转换控制子程序模块框图； 4、其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。3.空调模型3.1模型分析（1）空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节。 （2）由任务书给定条件：房间热惯性时间常数 =450，空气导热延迟=35，通过分析,我们选择PID控制算法进行控制。 3.2 MATLAB仿真图 （1） MATLAB仿真3.3 MATLAB仿真结果图 （2） MATLAB仿真结果4硬件设计4.1硬件系统框图根据任务书可知，该系统需
7、要人机界面（按键输入LCD1602显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图89S52输入部分输出部分制冷驱动控制加热驱动控制AD590温度传感器、ADC0809转换空气图 （3） 硬件系统框图4.2各部分硬件的设计(1).a温度传感器选择 根据任务要求我们选择了AT590作为温度传感器，根据电阻分压（如下图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT590的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。 b.温度传感器AD590基本知识 AD590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4V30V，检
8、测的温度范围为55150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1uA，AD590温度与电流的关系如表1所示。摄氏温度AD590电流经10K电压0273.2 uA2.732V10283.2 uA2.832 V20293.2 uA2.932 V30303.2 uA3.032 V40313.2 uA3.132 V50323.2 uA3.232 V60333.2 uA3.332 V100373.2 uA3.732 V表 （1）图（4） 温度传感器电路(2).AD转换器的选择 因为温度变化范围是-50-50度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8
9、位AD）作为AD采样芯片。温度的计算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt)。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。a.ADC0809的内部逻辑结构8路模拟量开关8路A/D转换器三态输出锁存器地址锁存与译码器IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ABCALEVREF(+)VREF(-)OEEOCD0D1D2D3D4D5D6D7CLKST 图 （5） ADC0809内部原理由图5可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路
10、开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。b.引脚结构(如图6)IN0IN7：8条模拟量输入通道 图（6） ADC0809引脚图ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；地址输入和控制线：4条。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输
11、入。通道选择表如表2所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表 （2）数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号
12、必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。c.ADC0809应用说明 ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。(3).按键输入因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。图（7） 按键电路(4).显示部分系统采用LCD1602，P0和P3.0-P3.2作为输出口，
13、控制LCD显示器， 如图8。图（8） LCD1602(5).输出控制设计使用LCD1602显示当前设定温度和实际测量温度，用两个LED指示当前空调状态（加热或制冷），51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口；单片机输出PWM波经驱动电路从而控制压缩机的转速。压缩机驱动电路压缩机驱动控制，89S52的RXD的引脚与7404的引脚相连接，从RXD发出的控制信号经7404和ULN2003到达压缩机，驱动压缩机的运行和停止。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其中U
14、LN2003是由7个NPN具有用共阴二极管夹紧来转换电感负载的高压输出特征的达林顿晶体管组成。当前一对单精度型的额定电流为500mA，有比较高的电流容量，它的应用软件包括继电器驱动器、显示驱动器，线驱动器和逻辑缓冲器等。在本驱动电路中的作用是增大电流驱动能力。该芯片采用16脚的DIP 封装,其中第9为公共输出端COM，有一个输出端为高电平，COM就为高电平。 图（9） 驱动硬件电路图(6) 系统硬件设计图图（10) 硬件原理图5.软件设计5.1 工作模式分析由系统要求可以列出表3。工作模式设定温度实际温度压缩机制冷25.0度大于25.0度工作制热25.0度小于25.0度工作保持25.0度等于2
15、5.0度不工作表 (3）根据上表，我们列出一系列子程序，再根据当前状况选择相应的子程序。例如控制部分子程序如下：void output(int temp1,int temp2) unsigned char table3; table2=temp1%10; table1=(temp1/10)%10; table0=(temp1/100)%10; DisplayString(0,1,Current T:); /显示当前测量温度 DisplayOneChar(10,1,table0+0x30); DisplayOneChar(11,1,table1+0x30); DisplayOneChar(8,1
16、,.); DisplayOneChar(12,1,table2+0x30); DisplayOneChar(13,1,C); table2=temp2%10; table1=(temp2/10)%10; table0=(temp2/100)%10; DisplayString(0,0,SetUp T:); /显示空调设定温度 DisplayOneChar(10,0,table0+0x30); DisplayOneChar(11,0,table1+0x30); DisplayOneChar(8,0,.); DisplayOneChar(12,0,table2+0x30); DisplayOneC
17、har(13,0,C); if(temp1temp2)motor=0; cold=0;hot=1; /当前温度大于设定温度，制冷 else if(temp1temp2)motor=0; cold=1;hot=0; /当前温度小于设定温度，加热 else motor=1; cold=1;hot=1; /当前温度等于设定温度，保持 5.2 系统程序流程图图（11） 系统软件流程图保护现场重新设定初值设定温度=测量温度？令压缩机工作令压缩机停止工作中断返回是否图（12） 中断服务程序流程图5.3 AD转化程序设计(1) 进行A/D转换之前，要启动转换的方法：ABC000选择第一通道。ST0，ST1，
18、ST0产生启动转换的正脉冲信号(2) 进行A/D转换时，采用查询EOC的标志信号来检测A/D转换是否完毕，若完毕则把数据通过P1端口读入进行处理。6.感谢 在空调控制系统的设计过程中，再一次认识到团队精神以及协同合作的重要性和优越性。我要在尽量让自己闪光的同时，还要更加注重融入集体。无论是学习，还是日常生活，都应该继承和发扬这种珍贵的团队精神。我们去图书馆查找学习资料，对不懂的问题及时向授课老师同学请教，并做好学习记录，获取了更多的学习信息。在学习中经常与同学交流学习信息与学习方法.一份耕耘，就有一份收获。我发现通过课程设计学到的不仅是知识，最重要的是学会了一种新的学习方法，为我终身的继续学习
19、，创造了极好的条件和基础。虽然这次学习时间并不长，但是对自主学习的要求提高了，通过这样的学习形式，提高了我的学习能力。最后感谢丁老师和张老师在本次课程设计中对我们的指导和帮助！在本次设计中，我得到了的悉心指导。他们严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我们。 这段日子里，丁老师不仅就设计思想上的为我指点迷津、开拓思路，更在论文问题上给了我莫大的帮助和支持。因此，我要向丁老师致以最诚挚的感谢！ 参考文献1于海生 计算机控制技术M 北京：机械工业出版社，2007.6 2、周荷琴等 微型计算机原理及接口技术M合肥：中国科技大学出版社,2008.6 3、李刚民等 单片机原理及应用技术M北京：高等教育出版社 4、楼然苗 51系列单片机设计实例M北京：北京航空航天大学出版社 5余锡存 曹国华著 单片机原理与接口技术西安：西安电子科技大学出版社，2003年。6田良 黄正谨著 综合电子设计与实践 南京：东南大学出版社，2003年。7、计算机控制技术实验指导书专心-专注-专业