1、 毕业设计（论文） 基于单片机的智能中央空调控制 系统设计 系 部 : 专 业 : 班 级 : 姓 名 : 学 号 : 指导老师 : 二零 年 月 I 摘要 随着时代的进步和发展，空调已经普及到我们生活、工作，极大地改善了人们的生活品质。本文主要介绍了一个基于 STC89C52 单片机的温度检测、调节、控制的空调系统，详细描述了利用数字温度传感器 DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接， 软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器 DS18B20 的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了设计。 该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据
2、需要任意设定上下限在通过单片机控制温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。 DS18B20 与 STC89C52 结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温 度测量，有广泛的应用前景。 关键词 ： STC89C52， LED 数码管， DS18B20，数字温度计 II Abstract With the era of progress and development, air conditioning has
3、 become popular we live, work, greatly improved peoples quality of life.This paper describes a temperature measurement based on STC89C52 microcontroller, regulate and control the air conditioning system, a detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement
4、system development process, focusing on the sensor under the SCM hardware connection, software programming, and the modular systemconducted a detailed analysis of the process, in particular, digital temperature sensor DS18B20 data collection process.On various parts of the circuit is also introduced
5、 one by one. The system can easily achieve the realization of temperature acquisition and display, and can be arbitrarily set the upper and lower temperature control through microcontroller. It is very convenient to use, with high precision, wide range, high sensitivity, small size, low power consum
6、pt ion, suitable for our daily lives and industrial and agricultural production in the temperature measurement, as temperature can also be embedded in other systems processing modulein the main system as the other auxiliary expansion.DS18B20 combined with the realization of the simplest STC89C52 tem
7、perature detection system, the system is simple, anti-interference ability, suitable for harsh environments spot temperature measurement, a wide range of applications. Key words: STC89C52,LED digital tube,DS18B20， TemperatureSensor III 目 录 摘要 . I Abst ract . II 前言 . 1 1 绪论 . 2 1.1 空调的概述 . 2 1.2 空调的发
8、展历史 . 2 1.3 空调的发展趋势 . 4 1.4 系统总体方案及硬件设计 . 4 1.4.1 中央空调制冷循环工作原理 . 4 1.4.2 中央空调系统的 设计 . 6 2 系统硬件的选择及其功能特性 . 12 2.1 STC89C52 单片机的结构及其功 能 .12 2.1.1 ST C89C52 单片机的结构 . 12 2.1.2ST C89C52 单片机的引脚及其功能 . 13 2.1.3 时钟震荡器 . 16 2.1.4 闲散节电模式 . 16 2.1.5 掉电模式 .18 2.1.6 程序存储器的加密 .18 2.2 DS18B20 温度传感器 .18 2.2.1 常用的测温方
9、法 . 19 2.2.2 温度传感器的选择 . 20 2.2.3 DS18B20 概述 . 22 2.2.4 DS18B20 测温操作 . 23 2.2.5 报警操作信号 . 24 2.3 LED 数码管 .24 2.4 总体方案的确定 .26 3 硬件电路的设计 . 27 3.1 时钟电路 .27 3.2 显示电路的设计 .28 3.3 按键电路设计 .29 3.4 温度传感器电路 .29 3.5 复位电路的设计 .30 3.6 系统总电路 .31 IV 4 软件系统设计 . 33 4.1 概述 .33 4.2 主程序流程图 .33 4.3 程序源代码 .33 总结 . 43 致谢 . 44
10、 参考文献 . 45 基于 单片机的智能中央空调控制系统设计 第 1 页 前言 随着集成电路技 术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。 如在工业生产中如：锅炉、蒸汽机等大型设备中， PLC(大型 )作为主控器件有着不可替代的的优势，但是 PLC设备一般价格比较昂贵，体积也比较大的，所用电源电压也相对较高。所以在小型系统中多采用单片机，随着单片机技术的发展，单片机的不断更新换代，其性能
11、有了显著的提高 ，稳定性及控制功能也满足了智能空调控制系统的要求，达到自动控制的目的。因此我们采用基于单片机的控制系统而设计。 此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机控制系统的基本知识，了解单片机对智能空调控制系统的相关技术，并在此基础上选择了使用 STC89C52单片机作为核心设计，同时也研究了另一重要器件DS18B20温度传感器 。这是课题研究的基础性内容。 第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中重要器件的使用方法，以及绘制该课题电路。 通过教师的悉心指 导，同学的帮助和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成基于
12、单片机智能空调控制系统的设计。 第 2 页 1 绪论 1.1 空调的概述 空调即空气调节器 (Room Air Conditioner)，一般用于给封闭空间区域提供处理空气的机组。它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。 随着人们生活水平的不断提高，人们也越来越追求人性化的事物，传统的空调已不能满足人们的需求。现代的智能空调不仅利用了数字电路技术与模拟电路技术，而且采用了单 片机技术，实现了软硬件的结合。既完善了空调的功能，又简化了空调的控制与操作；不仅满足了不同用户对环境温度的不同要求，而且能全智能调节室内的温
13、度及湿度等，使得空调具有节能、操作更简单、无机械装置、安全性能更强等特点。随着电子产品的飞速发展，价格低廉而又实用的控制系统深受广大消费者的喜爱。所以本次毕业设计就选择基于单片机的智能空调控制系统设计。 1.2 空调的发展历史 在二十世纪六 ， 七十年代 ， 美国地区发生罕见的干旱天气 ， 为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题 ， 美国率先研制出风冷式冷水机 ， 用空气散热代替冷却塔 ， 其英文 名称是 :Air cool Chiller， 简称为 Chiller。 在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商
14、的强力支持。 WRAC 是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。同时，无风管的 SRAC和 SPAC 自 70 年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。之后，设备设计和制造技术在 90 年代被转让到中国，这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电机、精细阀和电子控 制器的本地制造商 )组成的合资公司进行的。在 90 年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。现今，中国当地主要工厂和合资企业制造了大量 SRAC 和 SPAC 以满足增长的国内市场和出口需要。中国现今已是最大的
15、空调出口国 ， 在 2010 年有4189 万台机组出口。 下面介绍 我国家用空调产品外观历史演变 基于 单片机的智能中央空调控制系统设计 第 3 页 1. 第一代格栅式面板家用空调器 1988 年，第一台国产分体壁挂机 KF-19G1A 在华宝空调器厂诞生，当时华宝还给它取了个很有诗意的名字 雪莲。雪莲的诞生开启了我国家用 空调器行业的一个新时代，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线 。 华宝和春兰生产的空调器统治了从上个世纪 80 年代末到 90 年代中期近 10年的时间，他们生产的空调器在外观上极其相似：扁平的大长方体结构。与此同时，大量的进口产品外观在 90 年代中期以前与此也大体相仿，
16、所以，当时的空调器特别是挂机，如果不看商标很难辨别出是哪个品牌。 1988 年华宝空调器厂研制出第一台分体壁挂机 KF19GA 是格栅式面板产品的一个典型代表 ， 直到 1995 年，春兰的 KFR22G 依然是挂机市场的主导产品，这也说明了当时国产空调品仍旧以格栅式面板为 主流。 2. 第二代格栅式面板家用空调器 当家用空调器渐渐普及，其外观也在悄悄地发生着变化 。 20 世纪 80年代甚至 到 1995 年 ， 中国空调市场是进口机一统天下 ， 进口机为中国家用空调行业的发展起到了启蒙作用，许多国产品牌的生产就是引进配件加以组装，这种启蒙作用也包括对我国家用空调器产品室内机外观的改变。 2
17、0 世纪 90 年代中期，以三菱电机、日立、松下等为代表的进口空调器出现了一种小型室内机，这种室内机一改以往那种庞大敦重的形象，外观精巧整洁，与家居环境融为一体，深受消费者的青睐。随着国内众多空调工厂对此类产 品的普及生产，第二代格栅式面板空调器主导了空调市场并流行至今。 3. 第三代 光面板时代 2005 年度国内各个工厂的新产品，与往年格栅式面板占主流相比，绝大多数品牌在 2005 年度推出了光面板系列的空调产品，如格力的天丽系列、海尔的高效氧吧系列、美的的 Q2 系列和 V 系列等等。空调行业各厂家的这种集体行为将我国家用空调产品推至光面板时代。 与格栅面板相比，不仅是外观上的一种进步，
18、更是产品技术上的一种转变。光面板挂机的上进风下出风取代了原来的正面进风下出风的循环风路，而光面板柜机的侧进风或进风口开合式设计也渐渐 与原来传统的下进风上出风的循环风路共同主导柜机产品的设计趋势。 4. 第四代 彩色面板 在国内空调市场，将彩色引入空调面板设计并形成一种传统风格是韩国品牌三星和 LG 的创举。与此同时，其他工厂开始逐一效仿。至 2005 年第 4 页 度，绝大多数工厂都有彩色面板的产品面市；而且，面板的颜色种类也开始变得异彩粉纷呈，其中又多款彩色面板产品堪称经典，如海尔的彩屏双新风、格力的天丽、志高的花好月圆、 TCL 的君兰系列和海蒂娜系列等等。 1.3 空调的发展趋势 由于
19、近几年国家的大力倡导节能减排 ， 促进环保 ， 实施可持续发展的战略 。 2004 年 8 月，国家发改委、国家质检总局联合制定并发布能源效率标识管理办法 ， 这标志着我国将实施能源效率标识制度 .我国的能效标识制度自 2005 年 3 月 1 日起正式实施 .能效标准是由能效比得来的 ， 首先介绍一下空调能效比的计算方法 :能效比 =制冷量 /制冷功率 。本着响应国家政策发展节能技术，内的空调生产商也开始逐步走向变频空调的市场。在2009 年新空调年，美的变频空调整体销售目标为 250 万套，其中国内市场销售预计达 150 万套，占据国内变频空调 60%以上市场份额。“明年对所有做变频空调的
20、品牌来说都是一个机会，变频空调的销售量很 可能翻番，所占市场份额可能达到 10%以上。”海信科龙总裁王士磊对明年的变频空调市场抱乐观态度，而作为未来的发展趋势，国内几大空调厂家闻风而动，开始对变频空调“投怀送抱”。 除了发展变频空调外，还有新冷媒 (R410A)的推广，静电除尘技术的普遍利用，负离子技术的广泛使用也都预示我国的空调行业向着高效、节能、环保的趋势前进。 1.4 系统总体方案及硬件设计 1.4.1 中央空调制冷循环工作原理 人工制冷就是借助一种专门装置，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体，转移到温度较高的周围介质，得到人们所需要 的各种低温，这种专门装置称为制冷装置
21、。人工制冷的方法有蒸发相变制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。其中液体蒸发相变制冷的应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。蒸发相变制冷有三种类型：蒸气压缩式、吸收式和蒸气喷射式。中、小型空调装置都采用蒸气压缩式制冷，而吸收式制冷主要用于 些大型空调系统中。家用中央空调是小型空调装置主要用蒸气压缩式制冷循环。 空调器中的制冷装置是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀等部件构成的。它们通过管道连接形成一个封闭的系统，系统中充注着制冷剂，由基于 单片机的智能中央空调控制系统设计 第 5 页 压缩机和节流阀的节 流而完成整个系统的循环工作。 制冷剂在循环中经过四个热力变化过程，其工
22、作过程如图 1.1 所示： ABAB冷 凝 器放 热吸 热蒸 发 器制 冷 剂 液制 冷 剂 蒸气压 缩 机节 流 阀流 动 方 向A - A 高 压 区B - B 低 压 区图 1.1 空调器制冷工作过程 （ 1）蒸发过程 低压制冷剂进入蒸发器中即进行汽化，变成低压蒸气，吸收被冷却物的热量使被冷却物温度降低进行制冷。 （ 2）压缩过程 蒸发器中的制冷剂低压蒸气被压缩机吸入到气缸中进行压缩，压力和温度都升高后被排入到冷凝器中。 （ 3）冷凝过程 此过程由冷凝器来完成，蒸气状态的制冷剂在冷凝器中把所吸收的热量排出系统，同时制冷剂蒸气 冷凝为液体，以便再循环使用。冷凝器是一个散热器。 （ 4）节流过程 节流过程也可认为是降压过程。它是用节流元件来减小其流量，降低其压力。在小型空调器中，一般采用毛细管来实现节流过程，也有用热力膨胀阀或电子膨胀阀进行节流。 在压缩机不停的运行中，上述四个热力过程连续不断地进行循环完成空调器的制冷过程。
