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空调器微电脑控制系统的软件设计

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空调器微电脑控制系统的软件设计 (44页、15959字)

摘要:在设计空调控制系统中考虑自动化和智能化,可以让操作更加简单。本设计将空调控制系统的运行模式定义为正常模式、自动模式、睡眠模式;具有温度设定和恒温控制的功能,温度的测量范围是从-25摄氏度到+45摄氏度,温度测量的精度为±0.5摄氏度;风机能够实现自动调速;可以进行过压保护和自动除霜。在设计中选用AT89C51作为微控制器,用DS18B20进行外界温度检测,用移位输出方法来控制直流电机的转速和方向。在人机互动方面,采用改进型I/O端口复用键盘实现用户数据输入,使用两位数码显示管完成温度数据显示。在设计过程中,完成了各个功能模块的控制程序设计与仿真。本设计的优点在于系统的结构简洁,比较节约硬件资源。

关键词:空调器;单片机;键盘;温度检测
 

Software Design of the Air Conditioner System
Controlled by Microcomputer

Abstract: Considering automatization and intelligence during the design of the air condition controlled system, can simplify the operation. This paper defines the run modes of the air condition controlled system as the natural mode, the automatic mode and sleep mode; it has the function of setting temperature and constant temperature controlled, the measure range of the temperature is from -25 ℃ to +45 ℃ and the precision is ±0.5 ℃; the wind machine can adjust the speed automatically; moreover, it can protect itself when over press and defrost automatically. We choose AT89C51 as the microcomputer and use DS18B20 to detect the outside temperature, then adopting the shifting output to control the rotate speed and direction of the DC electric motor. In the aspect of man-machine communication, we use the improved reused keyboard of I/O port to implement the users’ data input, and displaying the temperature by two numeral displayers. We have accomplished the design and simulating of the control program of each function modules. This design has the advantage of having a laconic structure and economizing the hardware resource.

Keywords: air condition, MCU, keyboard, temperature detection
 

目    录

第1章 绪  论 1
1.1 选题的目的与意义 1
1.2 空调的发展史 3
1.3 国内外空调的发展现状 4
1.4 论文的主要研究内容 5
1.5 本章小结 5
第2章 方案确定及器件确定 6
2.1设计空调控制系统需要实现的主要功能 6
2.2 设计思想与方案 6
2.3 器件确定 8
2.4 本章小结 9
第3章 空调控制系统的功能模块设计 10
3.1 AT89C51最小化系统 10
3.2 显示控制 12
3.3 键盘控制 14
3.4 DS18B20控制 16
3.5 直流电机控制 20
3.6 本章小结 22
第4章 空调软件控制系统的制作与调试 23
4.1 空调控制系统的相关仿真结果 23
4.2 空调控制系统的结果分析 24
4.2.1 设计过程中的问题 24
4.2.2 设计结果的问题 25
4.3 设计体会与总结 25
总  结 26
致  谢 27
参考文献 28
附录1 29
附录2 30
附录3 34
附录4 37
 

第1章 绪  论

1.1 选题的目的与意义
1、 课题的背景
在上世纪末,中国推出了"绿色建筑、健康住宅"的概念,这就给住宅空调器的发展提供了良好的机遇。空气调节在人们生活中,起着重要的作用。传统空调器具有“开——关”调节模式,不仅噪音和温度波动大,而且开关时对空调压缩机有很大的损害。随着计算机技术、变频技术、智能控制技术的发展,人们摆脱了传统定频定速空调器的调节模式,开发出性能更为优良的变频变速空调器。
通过对空调发展的回顾和几种典型的主流空调技术的应用,可以看出科技创新势不可挡。高科技含量的空调产品必将取代市场上仅仅具备了制冷制热功能的低技术含量空调。未来空调将要朝着“四化”,即健康化、节能环保化、人性化、网络化迈进。
健康化:健康的空气舒适指数主要从空气洁净度、空调气流的舒适度、空气温湿度控制技术三方面来衡量。各空调厂家针对这一需求,推出了多重空气过滤技术、等离子技术、负离子技术、多元光触煤技术、环绕立体送风技术、自动除湿加湿等技术。并运用到产品上。目前,日本的一些空调企业以及中国的海尔在这方面都处于世界领先水平。
  节能环保化:从世界发展趋势看,节能是环保的第一重要因素。环保始终是各国所关注的问题。欧盟颁布了相关法规,限制非环保产品进入;日本政府公布了<节能法>;美国环保署公布了美国国家政府强行执行的能耗标准,把无环保产品拒之门外也是遵循这一节能环保的大趋势;中国国家技术监督局节能认证委员会在2000年也首次颁布了中国节能认证。从空调产品节能技术的演变上,已经实现了从最初的定频空调到变频空调的节能30%。随着先进技术的不断创新运用,海尔又推出了具有高效数字直流变频压缩机、数字传感器、数字直流电机的空调器世纪超人。将节能水平提升至5l%。创造了目前国内外节能产品之最。
  人性化:使用方便,人机互动是更高层次要求。由于传统空调的功能简单,各国空调厂商运用了多项人性化空调设计技术。推出了具有多种视窗显示(VFD点阵液晶、LED显示)的空调,使空调运行状态一目了然。同时,为了满足夜间使用空调,在多个系列产品中具有夜光显示功能的遥控器,背光功能,让消费者在黑暗中能够清晰可见地进行空调操作。具有语音声控功能的空调等,具有人性化设计功能的空调必将成为未来空调的发展方向之一。
网络化:网络信息空调时代。网络技术的发展必将为空调带来一场全新的技术革命。传统空调的概念将发生质的改变,谁先掌握网络技术在空调上的应用,谁就会成为未来空调市场的引领者,空调网络信息时代的到来成为不可逆转的潮流。一些新型空调产品开始预留网络接口,实现网络开放,通过选配的网络控制器可实现千里之外的网络遥控。集中控制器可实现同时控制128台空调,为智能化小区物业管理提供便利。高技术、高附加值的特点把空调这种最初简单的舒适品推向了一个全新的概念,成为人们在工作和生活中必不可少的人性化智能家电。空调的智能化、自动化、人性化必定会成为空调控制技术发展的主流趋势[1]。
空调技术的发展和各种相关科学技术的发展息息相关。冶金、化工和各种材料工业提供的材料日新月异,机械工业制造出各式各样的新型冷、热源设备和五花八门的末端装置,自动控制理论和技术的进步也改变着空调系统工作过程的控制与调节的方式与方法,深入开拓电子计算机在空调技术中的应用。自觉地理解和运用系统思想和系统方法,不仅可以加速空调技术革新的进程,并能更有效地移植和利用其他学科和专业的新的研究成果。
2、 课题的目的
本课题主要是让我通过对空调控制系统的软件设计过程,具有应用C及相关汇编语言等软件设计电路程序的能力,具备将自动化、智能化设计应用到实际操作的能力。通过理论联系实际的方法,是所学知识通过自己设计思考真正应用到实践中,对电子电路设计的相关知识有较为深刻的认识和理解。通过本课题的设计过程中,让自己既能学习到相关的专业知识,又能对空调系统有一个较为清晰的认识。不仅能巩固自己的C语言和单片机基础,而且对智能化、自动化控制系统有一个更深入的了解,拓宽知识面,积累系统编程的经验[2]。
3、 课题的意义
现在空调的功能越来越多,因此控制也就越来越复杂。而一般的使用者根本就不会在意是怎么控制,而是希望控制能更简单,因此空调的智能化、自动化设计就是必要的,以求以最简单易懂的操作界面和操作方法达到人们需要的结果。本次设计的目的主要是实现空调运作的智能化和自动化,减少用户手动操作的内容,以简单的操作方式完成使用者的需求。
经过智能化、自动化设计的空调,可以减少大量管理工作环境的人员,也节省大量的能源。空调的自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证,同时,可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时,最大限度的实现节能控制,符合日益突出的节能和环保需要。有关资料表明,采用空调自控系统后,可节约空调系统设备年度运行费用的10%,更乐观的估计认为可达15%-30%,而空调自控产品的投资占整个楼宇或厂房总投资的不到0.5%,收回投资时间短。由于实现设备的自动控制和管理,可缩减人员维护,节约人员开支,提高综合管理水平,减少突发事故的发生和设备损坏,从而带来潜在效益。
大量采用先进设备和相应配套设备已成为现代化建筑技术的重要标志之一,是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。对这些设备的设计、安装和运行管理不仅直接关系到业主和用户的根本利益,而且也关系到对外部环境的保护。例如,在智能建筑中,集中空调系统的监控点数量常常占全楼监控点总数的50%以上,其能耗常常占全楼总能耗量的50%以上。随着智能建筑的发展,空调自控系统是空调系统不可缺少的组成部分,且对空调系统的运行起着关键的作用。空调自控系统虽然增加了一次性投资,但可以在保持良好的室内环境的基础上节省运行费用。一个设计台理和运行管理良好的自控系统既可以大幅度地节省运行费用,使业主在较短的时间内收回自控系统的一次投资。也可以大幅度地降低对外部大环境的影响。

1.2 空调的发展史
随着人类社会的发展,科学技术的不断进步,人类已经将自己的聪明才智投入到适应自然,改造自然的实际行动当中,空调可以说是其中的一大发明。从空调诞生至今,差不多经历了四个发展阶段。第一阶段是防暑御寒,只是简单实现供冷和供热,对温度的限制要求不高,也不追求恒温等要求,同于在夏天冬天时为人们提供一个比较舒适的环境。第二阶段是基本舒适,要求空调能保证室内空气的清新,温度、湿度、气流速度的均匀。第三阶段是非感空调或静态人工环境,要求空调能营造一个无冷、热感,室内各处无明显温差,无噪声,无气味,无明显吹风感的环境。第四个阶段是感知空调或动态自然环境,要求空调环境具有能感觉到温度和气流的变化、能感觉到温暖和凉爽、有音乐声、有芳香感和明亮感等特征,总的目的是让人处于一个精神愉快的空调环境中。在先进社会,科学技术的进一步发展,人类社会的进一步进步,网络化、信息化、智能化、自动化、人性化这些要求,也成为了空调发展的一大方向。就市场需求来看,空调的消费需求呈上升趋势,空调的健康功能成为人们选用空调的主要因素,随着能源的紧缺,节能也成为空调发展的焦点。

1.3 国内外空调的发展现状
一个国家家用空调的发展是与该国的地理气候条件、经济发展水平、人民生活水准、居住住宅形式以及社会人文环境等因素密切相关的,脱离了这些因素来谈家用空调的发展是不现实的。
美国的家用小型空调普及率较高,这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的。美国是世界第一经济大国,人民生活水准较高,对居住的舒适性要求也较高,这些都促进了该国家用小型空调的普及使用。美国的家用小型空调的型式以风管式系统为主,其具体形式多种多样。风管式单元空调系统和风管式空调箱系统在美国的应用都很广泛,此外,集成了燃气炉的家用小型空调系统在美国的应用也非常普遍。
与美国以风管式系统为主的特点不同,日本的家用空调走的是一条“氟系统”为主的发展道路,从窗式空调器到定速分体式空调器,再到变频分体式空调器。同样,日本的家用小型空调也以冷剂式空调即VRV系统(包括一拖多)为主。此外,在日本,对于比较高档的别墅住宅,也有采用风管式系统的,风管式单元空调系统和风管式空调箱系统都有应用。对于面积很大的高级住宅还采用新风机组+风管式空调箱系统,通过新风道将室外空气引入室内,运行时需要关闭房间所有的窗户,原则上可实现全年连续运行。
从二十世纪九十年代后期开始,我国逐渐开始对家用小型空调进行研究和应用。相对于美国和日本,我国在这方面的研究起步较晚,但发展较快。目前,我国家用小型空调的年产量约为10万台/年,数目虽然不大但发展速度较快。与美国和日本的家用小型空调发展不同,我国的家用小型空调主要发展的是冷/热水机组的型式,目前其产量占我国家用小型空调总量的70%以上。此外也有风管式系统,但其数量比冷/热水机组少得多,VRV系统的数量就更少。我国对家用小型中央空调的需求是多样化、多层次的,因此对家用小型中央空调的研究也应当遵循相应原则,对各种型式的家用小型中央空调进行研究和开发,不应当只强调某一种型式的系统而忽视其它类型。在研究和设计过程中,应当充分考虑到中国在地理气候条件、居住住宅形式、人们生活习惯等诸方面的因素,针对中国的用户开发出适合中国国情的空调系统。

1.4 论文的主要研究内容
在本设计中,我学习和研究了空调控制系统方面的基本知识和相关理论,了解了空调控制系统主要器件的结构和控制方式,理解了空调系统的各个部分的工作原理和空调控制器的运行方式,确立了自己的设计思想和设计内容。在设计中研究自动除霜,过压保护,以及温度的设定,风机自动调速度,温度的控制,温度显示等。掌握了主要功能器件的软件理论和硬件结构,基于硬件基础,写出相关的软件控制程序,重点放在单片机对空调各个模块的编程控制上。通过学习,熟悉了电子工程设计的相关软件。在设计中,我主要使用到KEIL C51和Proteus这两个软件,通过它们完成程序的编译、调试和功能仿真。最后是完成毕业论文的编纂[3]。

1.5 本章小结
本章介绍了空调的背景、意义和发展现状及趋势,阐述了空调微电脑控制的意义和发展趋势。介绍空调控制的基本原理和设计思路,确定以后工作的设计方向和研究步骤。

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