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空调温度控制系统设计.doc
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1、题 目:空调温度控制系统设计63内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)空调温度控制系统设计摘 要空调温度控制过去一直依赖温控电动阀,电动阀可与温控器配套使用,实现对供暖通风和空调系统中冷热水的开关控制。由于我国工业水质很多是含Ca2+、Mg2+、Coo2-等离子浓度很高的硬水,在温度变化的空调管道中极易结垢,造成电动阀早期即失效损坏。另外,人们还常采用三速风机盘管代替温控电动阀进行调温,它是通过手动开关调整风机的风速来实现调温,不能自动控温,这就不可避免的发生低负荷时出现温度超调而造成能源的浪费。本次设计的空调温度控制系统中,首先通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集,将采集到的温度
2、信号传输给单片机AT89C51,由单片机控制显示器,并比较采集温度与设定温度是否一致,然后驱动空调机的加热或降温程序对空气进行处理,从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。关键词:空调温度控制系统;温控电动阀;单片机内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)Air-conditioning Temperature Control System DesignAbstractAir-conditioning temperature control has been depended on electric valve, electric valve can be used with matching
3、 Thermostat realize heating ventilation and air conditioning systems in hot and cold water control switch. Because many of Chinas industrial water containing Ca2 +, Mg2 +, Coo2-such as the hard water ions in high concentrations in the temperature of the air-conditioning pipes vulnerable to scaling,
4、resulting in the early stage of electrical failure damaged valve. In addition, it is also often used in place of three-speed fan coil thermostat temperature control for electric valve, which is adjusted by manually switch the fan speed to achieve the thermostat can not be automatic temperature contr
5、ol, which inevitably occurs when low-load temperature overshoot caused by the waste of energy. The design of air-conditioning temperature control system, first of all through the temperature sensor DS18B20 collection of air temperature, the temperature will be collected to the single-chip signal tra
6、nsmission AT89C51, controlled by the single-chip display, and compare the collected temperature and set temperature is line, and then drive the heating or air conditioning to cool the air to deal with procedures, which simulate the temperature control unit for air conditioning work.Key words: Air-co
7、nditioning temperature control system; Temperature-controlled electric valve; Single-chip内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 前言11.2 空调的工作原理11.3 空调的发展史31.4 空调的发展趋势41.5 总结5第二章 总体方案设计和选择62.1 总体方案设计62.1.1 方案一62.1.2 方案二62.1.3 方案三72.2 总体方案选择及实现8第三章 硬件设计93.1 硬件各单元方案设计与选择93.1.1 温度传感部分93.1.2 数字显
8、示部分103.1.3 加热降温驱动控制电路113.1.4 键盘输入部分123.2 单元电路设计133.2.1 温度采集电路133.2.2 LED显示电路143.2.3 驱动控制电路183.2.4 键盘设置电路193.2.5 电源电路213.2.6 外部晶振电路223.3 元器件的选择243.3.1 AT89C51简介243.3.2 译码器CD4511273.4 特殊器件的介绍293.4.1 传感器的介绍293.4.2 光电耦合器36第四章 软件设计394.1 软件设计原理及设计所用工具394.2 部分程序的流程图404.2.1 主程序流程图404.2.2 DS18B20的温度采样程序流程图40
9、4.2.3 LED显示部分程序流程图41总结体会43参考文献44附 录46附录A:电路原理图46附录B:部分程序清单47致 谢62第一章 引 言1.1 前言中央空调房间的温度控制过去一直依赖温控电动阀,电动阀可与温控器配套使用,实现对供暖通风和空调系统中冷热水的开关控制。根据我们多年来对电动阀使用情况的调查,真正能正常使用至设计寿命的电动阀极少,大多数在13年内就已失效,这是因为我国的工业水质很多是含Ca2+、Mg2+、Coo2-等离子浓度很高的硬水,在温度变化的空调管道中极易结垢,造成电动阀早期即失效损坏。另外,人们还常采用三速风机盘管代替温控电动阀进行调温,它是通过手动开关调整风机的风速来
10、实现调温,不能自动控温,这就不可避免的发生低负荷时出现温度超调而造成能源的浪费。本文是以DS18B20为采集器、AT89C51为处理器、空调机相应电路为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。设计一个空调机的温度控制系统,在该系统中,首先通过温度传感器对空气进行温度采集,将采集到的温度信号传输给单片机,由单片机控制显示器,并比较采集温度与设定温度是否一致,然后驱动空调机的加热或降温系统对空气进行处理,从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。1.2 空调的工作原理空调制热、制冷主要是移动热量。空调分为室内和室外两个部分,制热时,将室外的热量移到室内;制冷时,将室内的热量移至室外。空调制热、制冷的
11、原理,是利用氟利昂冷凝液化放热,蒸发气化吸热的特性,以提高、降低室内空气的温度。 空调制冷时,气体氟利昂被压缩机加压,成为高温高压气体,进入室外机的换热器(此时为冷凝器),冷凝液化放热,成为液体,同时热量向大气释放。液体氟利昂经节流装置减压,进入室内机的换热器(此时为蒸发器),蒸发气化吸热,成为气体,同时吸取室内空气的热量,从而达到降低室内温度的目的。成为气体的氟利昂再次进入压缩机开始下一个循环。图1.1 空调制冷原理图空调制热时,气体氟利昂被压缩机加压,成为高温高压气体,进入室内机的换热器(此时为冷凝器),冷凝液化放热,成为液体,同时将室内空气加热,从而达到提高室内温度的目的。液体氟利昂经节
12、流装置减压,进入室外机的换热器(此时为蒸发器),蒸发气化吸热,成为气体,同时吸取室外空气的热量(室外空气变得更冷)。成为气体的氟利昂再次进入压缩机开始下一个循环。图1.2 空调制热原理图通过以上氟利昂的液化和气化的过程,热量在蒸发器处吸取,转移到冷凝器处释放,从而实现热量的转移,达到制热、制冷的目的。1.3 空调的发展史在19世纪,美国的奥利维尔、约翰戈里,法国的费迪南,瑞士的拉乌尔皮克泰和德国的卡尔冯林德等人先后发现了空气压缩制冷的原理,并发明了以乙醚、二氧化硫、氨等为制冷剂的冷冻机,用于制冰机和食品冷藏库、冷藏船等,虽然当时还没人用上述发明制造建筑物的空气调节设备,但已为空调器的诞生准备了
13、技术基础。 1881年7月,美国总统菲尔德在华盛顿车站遇刺爱重伤,时值盛夏,闷热难耐,病床上的总统生命垂危。医生提出,只有降低室温才能为总统实施手术,挽救他的生命,美国政府把研制室内降温设备任务交给了工程师谢多。谢多曾在矿山工作过,接触过当时应用还不广泛的制冷设备,了解空气压缩制冷的原理,于是他用工业制冷用的空气压缩机成功地使总统病房的温度从37降到了25。虽然这还不是产品化的空调器,但人们一般认为谢多是世界上第一台空调器的发明者。 1902年,美国的发明家威利斯开利在研究中发现,人体的冷热感觉不仅与温度有关,而且与空气中的湿度有密切关系。同样的温度,在湿度高时就感到热,而湿度低时就感到凉爽。
14、用冰使空气降温,空气中所含的水蒸气因冷却而呈饱和状态,凝结成水,即使温度又升高,也因空气干燥而使身体感到凉爽。同年,威利斯开利最先取得了 “空气调节机”专利,并创办了开利公司,开始制造调节温度与湿度的空调设备。 20世纪初,建筑物内装置空气调节设备还仅被认为是在热天里保持室内凉爽的一种方法,随着技术的改进,空气调节器已是维持空气温度、控制湿度,除去空气中的灰尘、花粉及其它微粒以保持空气流通的设备。中央空调系统可使100层办公大楼变得凉爽或温暖,小型空调器可使单个房间温度宜人。 1.4 空调的发展趋势市场需求是决定空调发展的主要动力,根据目前的市场需求来看,在空调技术方面有两大主流方向:一为变频
15、技术,一为健康技术。变频空调是目前空调消费的流行趋势,它与一般空调相比,有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点,它的出现改善了人们的生活质量。“变频空调”采用了比较先进的技术,启动时电压较小,可在低电压和低温条件下启动,这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况,有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速,它也可以适应更大面积的制热要求。健康空调的发展历史为:最早是吸污材料,90年代光触媒、冷触媒已经逐渐被淘汰, 2000年后,除尘、除垢显得很重要,2004 年进入第三阶段,以杀菌、除菌为主导的健康空调技术替代原先技术,而成为市场主流,也使得市场上很多伪健
16、康空调开始出现,各种健康技术也浮出水面,但技术水平差参不齐。这个时候,空调的光波技术横空出世,成为健康空调的主流技术,但以光波技术为代表的企业并不多,只有格兰仕独树光波健康技术大旗,光波技术在我国应用时间较短,市场声音较小,但光波技术是目前市场上最为成熟的健康技术,也代表了行业的发展方向与趋势。1.5 总结影响人的舒适与健康最为直接的因素就是建筑室内环境。我们运用中央空调技术创造了美好的建筑室内环境,同时却使室外自然环境遭到破坏。CFC制冷剂正在破坏保护人类生存的大气臭氧层,大量耗费的能源正在使可供利用的自然资源走向枯竭,大气、水和土壤正在受到污染,就连夏季空调排出的热也造成“热岛”现象,恶化
17、了所处的城市环境。为了贯彻可持续发展战略,建筑与空调未来的发展必须坚持“绿色建筑”和“绿色空调”的方向。所谓“绿色建筑”就是指能为建筑中的人提供健康、舒适、安全、方便的室内环境,而又不损害周边、区域乃至全球环境,充分开发利用可再生资源和高效利用自然资源的建筑,当然符合这种条件的空调才能称之为“绿色空调”。“绿色空调”是中央空调发展的必然方向。“世界绿色建筑委员会”已宣告成立,总部设在澳大利亚,为推动全世界“绿色建筑”与“绿色空调”起了重大作用。中国的“绿色建筑”已在北京、深圳和哈尔滨等地展开。北京的“世界财富中心”大厦的绿色建筑,已通过美国认证标准的认证,这将是在21世纪之处出现在中国大地上的
18、最具影响力的“绿色建筑”与“绿色空调”。第二章 总体方案设计和选择2.1 总体方案设计2.1.1 方案一选用AT89C51单片机为中央处理器,通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集,将采集到的温度信号传输给单片机,由单片机控制显示器,并比较采集温度与设定温度是否一致,然后驱动空调机的加热或降温系统对空气进行处理,从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。在整个设计中,涉及到温度检测电路、驱动控制电路、显示电路、键盘电路以及电源的设计等电路。其中单片机的控制程序是起到各个电路之间的相互协调,控制各个电路正常工作的至关重要的作用。其方框图如下:图2.1 方案一框图控制简单,思路清晰,各单元模
19、块的相互衔接较简单,同时成本低廉,用的各种器件都是常用器件,更具有使用性。2.1.2 方案二该方案是以空调专用单片机uPD75028GC为核心部件,该单片机除了含有写入空调器专用程序外,还包含有OPV单片机处理器、数据存储器、程序存储器、定时计数器及输入接口等电路。该程序可对输出的信号进行运算和比较,根据运算和比较的结果,对室外风机、室外压缩机、定时、制冷、制热、抽湿等功能进行控制。室内机的控制电路主要有电压电路、整流电路、稳压电路、接受电路、发送电路、步进电机、室内风机、显示电路、按键电路和温度监测电路等组成。由于方案采用了专门的单片机,所以设计中的所需要的程序提前烧制进了uPD75028G
20、C,一切电路的设计和单片机各端口的分配就必须和单片机中的程序相对应。其方框图如下:图2.2 方案二框图该方案设计专业性高,特别是专用控制芯片uPD75028GC更是可以用作变频绿色节能空调的主控芯片,空调具有节能、噪音低等一系列优点。但由于芯片专业程度高,价格昂贵,通常使用于高价位空调的的中央控制系统设计。2.1.3 方案三该方案采用的是AT89C51单片机为核心控制器件,用它来处理各个单元电路的工作以及检测其运行情况。本方案中采用的是AD590温度传感器,通过温度采集电路采集相关温度数值,再由ADC0809组成的A/D转换电路进行转换,最终得到数字信号,将其直接传输给单片机,然后由单片机根据
21、内部程序判断,执行相关控制程序,驱动各单元电路的工作。其方框图如下:图2.3 方案三框图该方案容易控制,系统原理比较简单,电路可靠。但其中的温度测量电路、译码电路复杂,容易产生误差和由电路复杂而导致的设备使用寿命低等一系列问题。2.2 总体方案选择及实现方案选择:选择方案一。控制简单,思路清晰,各单元模块的相互连接较简单,同时成本低廉,用到的各种器件都是常用器件,更具有使用性。具体的实现方案:用按键输入标准温度值,用LED实时显示环境空气温度,用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节,用单片机语言完成软件编程。第三章 硬件设计3.1 硬件各单元方案设计与选择3.1.1 温度传感部分要求对温度和与
22、温度有关的参量进行检测,应该考虑用热电阻传感器。按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类,前者通常称为热敏电阻,后者称为热电阻。半导体热敏电阻是利用某些半导体材料的电阻值随温度的升高而减小(或升高)的特性制成的,大多数的半导体热敏电阻具有负温度系数。负温度系数热敏电阻器的特点是:在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。可满足4090测量范围,具有灵敏度高,电阻值高,体积小,结构简单,价格低廉,化学稳定性好,使用寿命长等优点;但其互换性较差,而且线性度也很差,不能直接用于A/D转换,应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。金属热电阻中属铂电阻和铜电阻最为常用,这里以铂电阻Pt100
23、0为例。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件,且此元件线性较好,在0100时,最大非线性偏差小于0.5。铂热电阻与温度的关系是,Rt=R0(1+At+Btt);其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻,R0是温度为0摄氏度时的电阻,t为任意温度值,A、B为温度系数。但其电阻与温度为非线性关系,且成本太贵,不适合做普通设计。集成温度传感器是利用晶体管的PN结的电流电压特性与温度的关系,把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化,并把它们封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它除了与半导体热敏电阻一样有体积小、反应快的优点外,还具有线性好、性能高、价格低等特点, 如D
24、S18B20智能温度控制器。单线数字温度传感器DS18B20简介:新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济、数字化。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器,支持“一线总线”接口,测温范围为 -55+125,现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于各种环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20可以程序设定912位的分辨率,设定的报警温度存储在 EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20使电压特性及封装有更多的选择,让我
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