电子与信息工程毕业论文：基站空调节能控制系统控制模块的设计.doc

1、 本 科 毕 业 设 计 基站空调节能控制系统控制模块的设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 本文介绍了 基于单片机 (AT89C52) 为主要控制元件，通过美国 DALLAS公司生产的 DS18S20温度传感器测温 ，将数据传输给单片机，控制 基站空调开关的设计原理 。 本设计以单片机（ AT89S52）为控制芯片，配以其它辅助电路共同开发而成。主要包括：电源模块、温度采集模块、时钟模块、键盘模块、 LED显示模块等。 硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路，报警电路等，温度传感器采用 DS18S20，显示电路采用 4位共

2、阳极 LED 数码管以动态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度处理子程序，报警子程序，报警温度值设定子程序， LED 显示子程序等。 本设计具有电路简单、功耗低、可靠性高等优点 , 能 实现对基站机房的温度采集、处理与显示，并控制空调系统的开关。设计能够实现将采集的温度信号转换为数字信号 ,通过 LED数码管显示的同时，经单片机（ AT89C52） 处理 ,控制基站空调系统的开关。本设计采用的AT89C52 是 51 系列单片机的一个型号，由 ATMEL 公司生产，采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容了标准 MCS-51 指令系统，片内置通用的 8 位中央处理器以及

3、Flash 存储单元，功能强大，适用于许多较复杂系统控制应用场合。 软件设计采用 C51 语言编程 , 利用单片机内部资源简化了整个硬件电路及软件的设计 , 模块化 处理又使得电路设计清晰合理 , 体积小 , 功效性较强，系统总体性能也大大提高。 关键词： 单片机， 温度传感器 ， LED 数码管显示，空调控制 II ABSTRACT In this paper based on single chip (AT89C52) as the main control elements, produced by the U.S. DALLAS DS18S20 temperature sensor t

4、emperature, the data transmitted to the microcontroller, controlling the base station air-conditioning switch design principles. The design of a microcontroller (AT89S52) to control the chip, jointly developed together with other auxiliary circuit is made. Include: power supply module, the temperatu

5、re acquisition module, clock module, the keyboard module, LED display modules. Hardware circuit includes a main controller, temperature measurement circuit and display circuit, alarm circuit, temperature sensor DS18S20, display circuit using four common anode LED digital direct reading dynamic scann

6、ing display. System program including the main program, subroutine read out the temperature, the temperature processing subroutine, the alarm subroutine, subroutines set the alarm temperature, LED display routines and so on. This design has a simple circuit, low power consumption, high reliability,

7、the base station can achieve room temperature collection, processing and display, and control the air conditioning system switches. Designed to achieve the acquisition of the temperature signal into a digital signal through the LED digital display at the same time, the microcontroller (AT89C52) proc

8、essing, control base station air-conditioning system switch. This design uses the AT89C52 is a model 51 series MCU from ATMEL company, using high-density, nonvolatile memory technology production, compatible with the standard MCS-51 instruction set, built-chip 8-bit general-purpose central processor

9、 and Flash memory cell, powerful, many of the more complex systems for control applications. C51 programming language software design using microcontroller simplifies the internal resources of the entire hardware and software design, modular design also makes clear and reasonable circuit design, sma

10、ll size, the effect is strong, overall system performance is greatly improved. Key words : Microcontroller, temperature acquisition, LED display, air conditioning control III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题研究背景及意义 . 1 1.2 国内外发展状况 . 1 第 2 章 设计方案 . 3 2.1 系统设计要求 . 3 2.2 CPU 的选择 . 3 2.3 温度传感器的选择 . 3 2.4 显示电路的选择

11、. 4 第 3 章 硬件设计 . 6 3.1 整体设计 . 6 3.2 单片机 . 6 3.2.1 单片机最小系统电路 . 8 3.2.2 复位电路模块 . 9 3.2.3 晶振模块 . 9 3.3 温度采集模块 . 9 3.3.1 DS18B20 芯片的特点 : . 10 3.3.2 DS18B20 的外形和内部结构 . 10 3.3.3 DS18B20 原理 . 11 3.3.4 DS18B20 与单片机的接口电路图 . 15 3.3.5 DS18B20 使用中注意事项 . 16 3.4 按键模块 . 16 3.5 显示电路模块 . 16 3.6 报警模块 . 18 3.7 继电器控制开关

12、模块 . 18 3.8 ISP 程序下载接口电路 . 19 IV 3.9 电路原材料清单 . 19 第 4 章 软件设计 . 20 4.1 主程序流程 . 20 4.2 温度采集程序 . 20 4.3 读取温度程序 . 23 4.4 LED 显示程序 . 24 4.5 按键流程 . 24 4.6 报警程序 . 25 第 5 章 调试结果 . 26 5.1 软件介绍 . 26 5.2 调试过程 . 27 5.3 调试结果 . 28 小结 . 29 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 30 附录一： . 32 附录二： . 32 附录三： . 33 1 第 1章 绪论 1.1 课题研究背

13、景及意义 近年来，随着我国经济持续快速增长，对于环境保护的需求也不断提高。节能减排作为我国的一个基本国策，是我国政府一项长期的重要战略任务。同时，温室气体排放导致全球气候变暖的问题，已经备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排方面的工作，是应对全球气候变暖的迫切需要。通信行业作为国有骨干企业， 在这方面应该积极行动起来，积极加入到节能减排行列中来。 我国的通信事业发展的速度很快，电话的普及对基站的建设数量要求也越来越大，而基站的能耗问题以及如何解决这一问题就应该广泛的引起通信企业的的关注。空调对电信行业起的作用至关重要，特别是改善机房环境温度、空气清洁度，确保电信设备正常运行。但是目前基站空调

14、的能源消耗非常大，现在基站空调都是设置在 24的制冷状态，基本是全年进行工作的，这样势必引起电能的巨大浪费，空调的工作时间长了，势必也加大了空调的损耗。因此，如何降低空调用电的开支，成为通信企业迫切需要研究的 重要课题。要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，关键的措施是节能，这是目前最直接有效的重要措施。 1.2 国内外发展状况 1960 1980 年，是前期基站空调的发展时期。前期的基站空调是为某台计算机专门建设的，并没有统一的标准，完全是在摸索中建设的。当时的基站空调只有降温作用，没有精密的温度控制，也没有测试和指标，可用性极差。 1980 1990 年，是中期基站空调的发展时期。由于

15、计算机系统的产生，出现了专门为单个计算机系统设计的基站空调，有了专用的机柜，基站空调制冷也从集中冷却过渡到采用恒温恒湿的专用空调机。 1990 2000 年，是后期基站空调的发展时期。服务器逐步成为主体，多台计算机、服务器联网，数据的存储介质水平逐渐提高，对数据进行了更严格的保护，开始广泛使用恒温恒湿的专用基站空调，可用性和可靠性均有了大幅提升。 21 世纪，现代基站空调开始发展。随着 IT 设备的发展，具有现代气息的基站专用空调诞生了。它对通信基站起的作用包括改善基站环境温度、湿度，确保电信设备正常运行。基站专用空调是针对计算机和各类通信基站的特点和要求而设计的。它除了具备普通空气调节器的功

16、能外，还具备恒温恒湿、控制精度高、空气洁净度高、可靠性 高等特点。现在的单片机技术迅猛发展，应用于各个行业，是工业产品的微型计算机。目前在市场上销售的空调控制器，大多数都是采用单片机来控制的。 本文设计的就是基站机房节能空调控制器。该控制器是利用单片机（ AT89C52）进行控制基站的温度，能够把设定温度实时显示出来。它采用温度传感器 DS18B20 检测室内温度，并送入单片机与设定值进行比较。根据得出的结果通过继电器来控制空调的开关。通过空调的2 开关来调节室内的温度，最终达到设定值，从而实现对基站机房温度的控制。利用单片机作为控制器的 CPU，还有一个主要的好处就是节能 。现在的电子技术发

17、展迅速，单片机在各行业控制系统中普遍被采用，其构成的实时控制系统日趋完善，系统总体性能也大大提高。3 第 2章 设计方案 2.1 系统设计要求 本设计的要求：设计一个节能空调控制器，要求采集室内温度，与设定值比较后控制空调的开关，达到控制基站机房温度的目的。该控制器还能实现设定与显示温度值等功能。 技术参数： 1. 检测范围： -40 80。 2. 检测精度： 0.5。 3. 显示温度数值。 2.2 CPU 的选择 方案一：采用 ATmega 16 单片机作为系统的主控器。 AVR 单片机是 Atmel 公司推出的的单片机。它取消机器周期， 以时钟周期为指令周期，实行流水作业。 AVR 单片机

18、指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。 AVR的片内 RAM 的地址区间范围是 0060 $00DF(AT90S2313) 和 0060 025F(AT90S8515、AT90S8535)，它们占用数据空间的地址，这些片内的 RAM 只是用来存储数据的，一般不具备通用寄存器的功能。当程序比较复杂时，通用寄存器 R0 R31 就会显得不够用，相反 51 系列的通用寄存器多达 128 个（为 AVR 的 4 倍），编程时就不会有这种感 觉。 方案二：采用 AT89C52 微处理器作为系统的主控器。 AT89C52 是 51 系列单片机的一

19、个型号，由 ATMEL 公司生产。 AT89C52 是一个低电压，高性能的 CMOS 8位单片机，片内含 8k bytes可反复擦写的 Flash只读程序存储器，以及 256 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），采用 ATMEL 公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容了标准 MCS-51 指令系统，片内置通用的 8 位中央处理器以及 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40 个 引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通

20、信口， 2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 比较两个方案，采用了 AT89C52 微处理器作为 CPU。因为 AT89C52 微处理器硬件结构合理，指令系统规范，成本低廉，特别是双数据指针，能给编程带来很大的便利，加之 51 系列单片机生产历史“悠 久”，有先入为主的优势。 2.3 温度传感器的选择 方案一：采用单片集成两端感温传感器 AD590。 AD590 的电源电压范围为 4 30 V，可以4 承受

21、44 V正向电压和 20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏。 AD590在 - 55 +150范围内，非线性误差仅为 0.3。但是 AD590 需要 A/D 电路，而且成本偏高，电路繁多。 方案二：采用一线式数字温度传感器 DS18B20。本设计要求检测温度范围为： -40 80，检测精度为 0.5。 DS18B20 能够满足设计要求，并且能快速准确的检测温度，并且有很高精 确度，而其中最突出的是 DS18B20 输出的数据是数字型的，不是像 AD590 输出的是模拟量，还需要经过 A/D 转换电路才能把数据送回 CPU，再进行下一步的处理。相对而言，电路简单、精度更高、读取也很简单，

22、在编写程序时也会很方便。 比较两个方案，采用了基于数字式智能传感器 DS18B20 的温度数据采集芯片，充分发挥数字式温度测量经济实用的特长，实现了单总线数据采集，通过温度传感器可快速、方便测量输出温度数值，无需 A/D 转换。通过实际运行，也表明了该温度监测系统能很好地满足对温度的探测。 2.4 显示电路的选择 方案一： LCD 显示 它是一种被动显示器。液晶在正常情况下 ,其分子排列很有秩序 ,显得清澈透明，一旦加上直流电场后 ,分子的排列被打乱，一部分液晶变得不透明 ,颜色加深，因而能显示数字和图象。 1602 可以显示 2 行、每行显示 16个 ASCII 字符，并且可以自定义图形，只

23、需要写入相对应字符的 ASCII 码就可以显示，使用上相对数码管更能显示丰富的信息。下表 2.1是 LCD1602的 11 种指令一览表。 表 2.1 LCD1602 控制指令 LCD 的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（ 1 为高电平、 0 为低电平） 方案二： LED 数码管显示器 LED 数码管显示器是单片机应用系统中经常使用到的价廉输出设备。数码管由若干个发光二极管组成的 ,将发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画就会发亮。当控制不同组合的指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标

24、返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CCRAM 或 DDRAM 1 0 要写的数据内容 11 从 CCRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 5 二极管导通

25、时 ,就能显示出各种不同的字符。当发光二极管的阳极连在一起时的称为共阳极显示器，阴极连在一起时的称为共阴极显示器。 对于共阴极 LED，欲点亮的段在字节中所处的位为“ 1”，对于共阳极 LED，欲点亮的段在字节中所处的位为“ 0”。 LED 显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通截止。这种显示方式每一位都需要有一个 8 位输出口控制。动态显示方式就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描），对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。 比较两个方案，采用 LED 数码管显示器来显示温度数值。因为在之前的学习试验中，接触 LED 数码管比较多，容易上手，而且 LED 数码管价格 低廉，就制作实物来说有很大优势。