目录
1、摘要
2、模糊控制器理论和基本结构
2.1模糊化
2.2知识库
2.3模糊推理机
2.4解模糊
3、中央空调系统控制方法
3.1控制目标和被控对象建模
3.2系统控制方案的设计
4、中央空调模糊控制器的设计
5、系统硬件设计
5.1单片机系统设计
5.2直流电机控制电路
6、系统软件设计
6.1PC软件设计
6.2控制规则自调整模糊控制器的设计
6.3PC机与单片机串口通信设计
6.4抗干扰设计
6.5误差分析
7、仿真实验
1摘要
在现代化的楼房大厦中,大多数采用了中央空调统一供热、制冷的方法。在每一个房间内都安装了热交换器和循环风机,通过设定风机的转速来改变换热量的大小,调节房间的温度。一般的控制器可以设定“高/中/低/关”四种模式。但这种控制方法的缺点是房间温度需要手动调节,各种环境因素的变化常常会使人们感到不适。
由于被控对象具有较大的惯性和迟延,受各种因素变化影响,因而对象的传递函数具有非线性和时变特性;对于各个空调控制器,由于房间情况和安装情况不同导致对象特性不同,采用常规PID控制难以取得较好的控制效果。而模糊控制是基于模糊规则的控制,可以引入设计者的经验,对非线性对象、大惯性大迟延对象以及数学模型不太清楚的对象都可以取得较好的控制效果,具有较好的鲁棒性。
法国ST公司生产的ST62系列单片机,具有优良的噪声免疫能力,可以直接与电力线连接,能为一般民用
电器的设计提供一种可靠性高、成本低的解决方法。基于ST62系列单片机,本文提出了具有实用价值的房间温度模糊控制器的设计方案。
2模糊控制器理论及基本结构
本节将介绍模糊控制(fuzzy control)的基本原理、结构分析、稳定性理论和设计方法。模糊控制器的基本结构如图1所示。
图1模糊控制器的基本结构
图1中，t u 是SISO 被控对象的输入，t y 是被控对象的输出，t s 是参考输入，
t t t y s e -=是误差。图中虚线框内的就是模糊控制器(FC)，它根据误差信号t e 产
生合适的控制作用t u ，输出给被控对象。模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、
模糊推理机、解模糊接口四部分组成，各部分的作用概述如下。
2.1模糊化
模糊化接口接受的输入只有误差信号t e ，由t e 再生成误差变化率t e
或误差的差分t e ?，模糊化接口主要完成以下两项功能。
⑴论域变换：t e 和t e
都是非模糊的普通变量，它们的论域（即变化范围）是实数域上的一个连续闭区间，称为真实论域，分别用X 和Y 来代表。在模糊控制
器中，真实论域要变换到内部论域X '和Y '。如果内部论域是离散的（有限个元
素），模糊控制器称为“离散论域的模糊控制器”(D －FC)，如果内部论域是连续
的（无穷多个元素），模糊控制器称为“连续论域的模糊控制器”(C －FC)。对于
D －FC ，X '，Y '＝{0±整数}；对于C —FC ，X '，Y '＝[－l ，1]。无论是D －FC
还是C －FC ，论域变换后t e ，t e
变成*t e ，*t e ，相当乘了一个比例因子（还可能有偏移）。
⑵模糊化：论域变换后*t e 和*t e
仍是非模糊的普通变量，对它们分别定义若干个模糊集合，如：“负大”(NL)、“负中”(NM)、“负小”(NS)、“零”(Z)、“正
小”(PS)、“正中” (PM)、“正大”(PL)，…，并在其内部论域上规定各个模糊
集合的隶属函数。在t 时刻输入信号的值t e ，t e
经论域变换后得到*t e ，*t e ，再根据隶属函数的定义可以分别求出*t e ，*t e
对各模糊集合的隶属度，如)(*t NL e μ、)(*t NM e μ、…，这样就把普通变量的值变成了模糊变量（即语言变量）的值，完
成了模糊化的工作。注意在这里*t e ，*t e
既代表普通变量又代表模糊变量，作为普通变量时其值在论域X '，Y '中，是普通数值；作为模糊变量时其值在论域[0，
1]中，是隶属度。
2.2 知识库
顾名思义，知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器
的性能，是模糊控制器的核心。知识库又分为两部分，分别介绍如下。
⑴数据库（data base ）
它虽然叫作数据库，但并不是计算机软件中数据库的概念。它存贮着有关模
糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，如前面已经介绍的模糊化中的论域变换方
法、输入变量各模糊集合的隶属函数定义等，以及将在下面介绍的模糊推理算法，
解模糊算法，输出变量各模糊集合的隶属函数定义等。
⑵规则库（rule base ）
其中包含一组模糊控制规则，即以“IF …，THEN …”形式表示的模糊条件语
句，如
其中，*e 和*e
就是前面所说的语言变量*t e 和*t e ，A l ，A 2，…，A n 是*e 的模糊集合，B 1，B 2，…，B n 是*e
的模糊集合，C l ，C 2，…，C n 是*u 的模糊集合。 在12.4节中已经讲过，每条控制规则是一个在积空间Z Y X '?'?'中的模糊
关系，X e '∈*，Y e
'∈ ，Z u '∈*，如果Z Y X ''',,皆为离散论域，还可以写出模糊关系矩阵R i ，i ＝1，2，…，n 。规则库中的n 条规则是并列的，它们之间是“或”
的逻辑关系，因此整个规则集的模糊关系为
n
i i R R 1==
2.3模糊推理机
由介绍的模糊推理方法我们知道，模糊控制应用的是广义前向推理。在t
时刻若输入量为*e 和*e ，X e '∈*，Y e '∈* ，若论域Z Y X ''',,都是离散的，*e 在X '
上对应矢量A '，*e
在Y '上对应矢量B '，则推理结果是Z '上的矢量C '， R B A C )('?'='
2.4解模糊
解模糊可以看作是模糊化的反过程，它要由模糊推理结果产生控制ul 的
数值，作为 模糊控制器的输出。解模糊接口主要完成以下两项工作。
⑴解模糊：对t u 也要由真实论域Z 变换到内部论域Z '，对Z u t '∈*定义若干
个模糊集合，并规定各模糊集合的隶属函数。模糊推理是在内部论域上进行的，
因此得到的推理结果C '是Z '上的模糊矢量，其元素为对*u 的某个模糊集合的隶
属度。对于某组输入*e ，*e
，一般会同时满足多条规则(称为激活)，因此会有多个推理结果i C '，i 为不同的模糊集合。求 i C '，并用某种解模糊算法(如最大
隶属度法)，即可求得此时的内部控制量*t u 。
⑵论域反变换：得到的Z u t '∈*，进行论域反变换即得到真正的输出Z u t '∈，
它仍然是非模糊的普通变量。
以上已经大致介绍了模糊控制器的工作原理，其具体工作过程比较复杂，而
且内部论域有离散和连续两种情况，工作过程又有很大差别，因此下面将以实例
对D —FC 和C —FC 分别介绍其详细的工作原理和处理过程。
3 中央空调系统控制方法
3.1 控制目标和被控对象的建模
空调控制器的设计目标是:调节风机转速,使房间温度接近设定温度;避免调节机构频繁动作,防止环境温度在设定值附近频繁振荡;节约能源。安装中央空调后,影响房间温度的主要因素是循环水温度、室外温度、房间散热系数和空调换热系数。其中空调换热系数主要由循环风机的转速决定,可以作为调节手段。房间空调系统示意图如图2所示。
图2 空调系统示意图
温度对风机转速的传递函数可以用一个二阶惯性加纯迟延的对象来表示。对于一个实际的对象,当冷却水温度为8℃、环境温度为36℃时,风机转速由0%加到10 0%,实验得到的对象的传递函数可为:
由于对象的建模一般都在某个工作点上进行线性化,被控对象本身的非线性在控制机构大幅动作时是不能忽略的;而且,由于各种干扰因素的存在及空调控制器安装情况的不同等,很难用一确定的等效传递函数来表示实际被控对象。故上面得到的传递函数只能被看作是近似的表示。
3.2 系统控制方案的设计
对于一般的控制系统,对象增益的变化对控制品质的影响最大。设计控制器的要点,也就在于当对象增益变化时,保证系统的控制品质。这里采用了模糊控制器加积分的控制方式来保证系统的控制品质。并且在循环风机出口加入温度测点,构成串级控制系统,以克服对象的迟延;加入冷却水温度测点,作为控制的修正量。控制系统的框图如图3所示。
图3 控制系统框图
在本控制方案中,主调节器采用的是模糊偏差加偏差变化控制,相当于非线性的比例微分控制器,积分作用主要用于消除静态误差。副调节器采用的是比例调节器,主要用于消除系统的惯性和迟延。
4中央空调模糊控制器的设计
设计模糊控制器时需要考虑对象增益变化的补偿。在实际调节过程中,影响对象增益变化的主要原因是ΔT,即房间温度和冷却水温度的差值。当ΔT增加时,对象的增益就增大;ΔT减小时,对象增益随之减小。在控制中取误差信号
为:相当于对模糊控制器的比例作用进行修正。
其中， Tw——冷却水温度;
Tg——温度的给定值;
Ts——房间温度。
模糊控制器采用了解析描述控制规则可调整的模糊控制器。对于简单的模糊控制器,如果将误差E、误差变化EC及控制量u的论域取成一致,为
{-3,-2,-1,0,1,2,3},则一般的模糊控制规则可以概括为:
u=-<(E+EC)/2>
(2)
这样的控制规则简单有效,计算机实现起来很方便。在此基础上,进一步采用了一种带有调整因子的控制规则:
N为论域阶数。
在控制过程中的扰动刚开始阶段,主要是希望系统输出迅速跟随输入,减小误差,因此控制器的比例作用可以取得相对大一些;而误差较小时,则希望系统稳定,过大的比例作用会使系统出现振荡。
控制器的积分作用采用的是积分分离式的控制,在系统误差小到一定范围后才发挥作用,以减小系统振荡,提高系统稳定性。
5系统硬件设计
5.1单片机系统设计
单片机选择ST62T01C单片机,主要特点如下:电源电压范围为3.0～6.0V;最大时钟频率为8MHz;工作温度范围为-40～+125℃;2K字节EPROM,64字节RAM;4路模拟输入的8位A/D转换器;1个带7位予分频的8位定时/计数器;电源监控及看门狗;4个可提供20mA吸入电流的I/O,可直接驱动晶闸管;低功耗。
温度传感器为TMP37,输出比例系数为20mV/℃。系统采用3.6V电源时,TMP37与ST6201C的A/D转换器直接连接,可以获得0.8℃的测温分辨率。
用8MHz振荡器时单片机电路的电流消耗小于5mA,可以用一个简单的RCD电路接到电力网。为了避免电磁干扰,PCB板的设计需要合理安放退耦电容和滤波电容的位置。
在ST62系列单片机的开发工具中,包含fuzzyTECHST62 Explorer编辑器,采用WINDOWS图形化的开发界面,产生优化的ST62汇编代码。用户可以只关心模糊控制逻辑的实现,不用过多考虑编程的问题。
5.2 直流电机控制电路
对于直流电机,转速差不多与供电电压成比例。利用这一原理,可以使用MCU 产生的脉冲宽度调制信号驱动开关元件控制直流电机。这样就避免了使用速度传感器，并且电机有着更高的效率
图4为控制电路原理图。主要包括过零检测电路和电机控制电路。过零检测电路用以确定每一个交流电半波的起始点。经过确定的延时后,电器控制电路输出脉冲触发晶闸管导通,给电机供电,这样延时时间t就和输出功率P建立了确定的对应关系,如图5(b)所示(Td为导通时间)。由于延时时间和输出功率是非线性的关系,所以通过在MCU中建立一个数据表将输出功率和延时时间的关系线性化。对于空调风机控制,数据表采用64个点即可。
图4 电机控制电路原理图
图5 Td与P关系图
为了克服电力网供电带有尖峰干扰会干扰晶闸管导通,应采用合适的滤波措施。对于检测过零点,可以通过内部时钟设置一个时间窗,对于50Hz的交流电,时间窗可以设置在8～12ms之间,别的时间则不予检测。
和单独的空调相比，中央空调具有制冷制热效率高、运行费用低、清洁环境等优点,在现代化建筑中将越来越广泛地使用。研究新的控制机构和控制方法,使系统更节能、人们感觉更舒适是工程技术人员面临的新课题。本文提出了中央空调房间温度控制器的设计方案,如果用该方案对整个中央空调系统进行整体控制,则可以期待获得更好的效果。
6 系统软件设计
6.1 PC软件设计
PC 机完成的功能主要包括: 控制系统的启动、停止,控制参数设置, 储存单片机传送过来的实时采集的温度数据并将其实时显示和绘图。软件流程框图如图6所示。PC机软件由Delphi6.0 编写, 温度曲线图的绘制通过TCHART控件编程实现。温度数据的存储通过建立Access 数据库,将数据实时存入数据库来实现。
6.2控制规则自调整模糊控制器的软件设计
由计算机程序实现控制规则自调整模糊控制器的控制算法, 流程框图如图7所示。
目录 第一章课程设计要求及电路说明 (3) 1.1课程设计要求与技术指标 (3) 1.2课程设计电路说明 (4) 第二章课程设计及结果分析 (6) 2.1课程设计思想 (6) 2.2课程设计问题及解决办法 (6) 2.3调试结果分析 (7) 第三章课程设计方案特点及体会 (8) 3.1 课程设计方案特点 (8) 3.2 课程设计心得体会 (9) 参考文献 (9) 附录 (9)
第一章课程设计要求及电路说明 1.1课程设计要求与技术指标 温度控制器的设计 设计要求与技术指标： 1、设计要求 （1）设计一个温度控制器电路； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）撰写设计报告。 2、技术指标 温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯。
1.2课程设计电路说明 1.2.1系统单元电路组成 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 1.2.2设计电路说明 主控制器：CPU是整个控制部分的核心,由STC89C52芯片连同附加电路构成的单片机最小系统作为数据处理及控制模块. 显示电路：显示电路采用4个共阳LED数码管，用于显示温度计的数值。报警电路：报警电路由蜂鸣器和三极管组成，当测量温度超过设计的温度时，该电路就会发出报警。 温度传感器：主要由DS18B20芯片组成，用于温度的采集。 时钟振荡：时钟振荡电路由晶振和电容组成，为STC89C52芯片提供稳定的时钟频率。
第二章课程设计及结果分析 2.1课程设计 2.1.1设计方案论证与比较 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。 方案二：采用LCD液晶显示 采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。 综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.1.2设计总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为主控模块，显示模块，温度采集模块和报警模块，其框图如下：
温度控制器的设计与制作 一、功能要求 设计并制作一个温度控制器，用于自动接通或断开室内的电加热设备，从而使室内温度达到设定温度要求，并能实时显示室内温度。当室内温度大于等于设定温度时，控制器断 ?时，控制器接通电加热设备。 开电加热设备；当室内温度比设定温度小2C 控温范围：0~51C? 控温精度：≤1C? 二、硬件系统设计 1．硬件系统由七部分组成，即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。 （1）单片机及看门狗电路 根据设计所需的单片机的内部资源（程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量），选择AT89C51-24PC较合适。为了防止程序跑飞，导致温度失控，进而引起可怕的后果，本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L，如果它的WDI脚不处于浮空状态，在1.6秒内WDI不被触发（即没有检测到上什沿或下降沿），就说明程序已经跑飞，看门狗输出端WDO将输出低电平到手动复位端，使复位输出端RST发出复位信号，使单片机可靠复位，即程序重新开始执行。（注：如果选用AT89S51，由于其内部已具有看门狗电路，就不需外加IMP813L） （2）温度检测电路 温度传感器采用AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为4~30V，感测的温度范围为-550C~+1500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即1μA/K。因此在00C时的输出电流为273.2μA，在1000C时输出电流为373.2μA。温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变电压信号，经过运算放大器JRC4558运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。A/D转换器选用ADC0804，它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，基准电压0~5V，输入模拟电压0～5V。 （3）控制输出电路 控制信号由单片机的P1.4引脚输出，经过光耦TLP521-1隔离后，经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC，如果所接的电加热设备的功率≤2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率>2KW，可以继电器控制接触器，由接触器直接控制加热设备。 （4）键盘电路 键盘共有四个按键，分别是S1（设置）、S2（+）、S3（-）、S4（储存）。通过键盘来设置室内应达到的温度，键盘采用中断方式控制。 （5）显示电路 显示电路由两位E10501_AR数码管组成，由两片74LS164驱动，实现静态显示，74LS164所需的串行数据和时钟由单片机的P3.0和P3.1提供。对于学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用串行口工作于方式0，即同步移位寄存器的输出方式，通过串行口输出显示数据（实时温度值或设置温度值）；对于没学过“串行口”知识的班级，实习时，可以采用模拟串行口的输出方式，实现显示数据的串行输出。 （6）设置温度存储电路 为了防止设定温度在电源断电后丢失，此设计加入了储存电路，储存器选用具有I2C总线功能的AT24C01或FM24C01均可。每次通过键盘设置的室内设定温度都通过储存器储存起来，即使是电源断电，储存器存储的设定温度也不丢失，在电源来电后，单片机自动将设
《微机原理及接口技术》 课程设计说明书 课题：家用空调温度控制器的控制程序设计专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：王亚林 2015年1月8 日
目录 第1章、设计任务与目标................................................................................ 错误!未定义书签。 设计课题：................................................................................................ 错误!未定义书签。 设计目的：................................................................................................ 错误!未定义书签。 设计任务：................................................................................................ 错误!未定义书签。 基本设计要求：............................................................................................................. 错误!未定义书签。 第2章、总体设计规划与方案论证 (6) 设计环节及进程安排 (6) 方案论证 (5) 第3章、总体软件设计说明及总流程图 (10) 总体软件设计说明 (10) 总流程图 (11) 第4章、系统资源分配说明 (13) 系统资源分配 (13) 系统内部单元分配表 (13) 硬件资源分配 (15) 数据定义说明 (16) 部分数据定义说明 (16) 第5章、局部程序设计说明 (17) 总初始化以及自检 主流程 按键音模块 (17) .2 单按键消抖模块 (17) PB按键功能模块 (18) 基本界面拆字模块 (19) 4*4矩阵键盘模块 (19) 模式显示模块 (20) 显示更新模块 (21) 室内温度AD转换模块 (21) 4*4矩阵键盘扫描子程序 (21) 整点报时模块 (23) 空调进程判断及显示模块 (23) 三分钟压缩机保护模块 (23) 风向摆动模块 (24) 驱动控制模块 (24) 定时开关机模块 (25) 第6章、系统功能与用户操作使用说明 (26)
1总体方案设计 随着人们生活水平的提高，人们对空调的舒适性和空气品质的要求越来越高，分体式空调已不能满足人们的要求，户式中央空调得到了迅猛的发展。就室内居住环境而言，恒温环境并非是卫生和舒适的。因为除了温度外，还有湿度、空气流速、空气洁净度等诸多因素影响到舒适的程度。而传统的中央空调靠设置机械温控开关来实现房间的恒温控制。这种控制方法，一方面操作不方便；另一方面温度波动范围大，不但影响人的舒适感，而且会造成一定的能量损耗。采用单片机温度控制系统控制的户式中央空调系统，可以根据室内的环境因素，调节风机的转速，为人们创造一个舒适的室内环境，同时又节省电。 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机[3]的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。而本次设计就是要通过以C51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制系统的设计。 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1-1 方案一设计图框 该图控制简单，思路清晰，各单元模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。 1.2方案二
简易水温控制器设计报告 目录 一．设计要求 (2) 二．设计作用、目的 (2) 三.设计的具体实现 (3) 1.系统概述 (3) 2.单元电路设计、仿真与分析 (4) 四.心得体会及建议 (21) 五.附录 (23) 六.参考文献 (25)
简易水温控制器设计报告 一．设计要求 设计一个简易的水温控制器，在市电的情况下，能够检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定的范围之内。 （1）.当温度小于t1时，两个电阻丝同时通电加热，将容器内的水加热； （2）.当水温大于t2，但小于t1时，仅一根电阻丝通电加热； （3）.当水温大于t2时，两根电阻丝都不通电； （4）.用显示电路显示出开关通断情况； （5）.电源：220V/50HZ的工频交流电供电； （6）.根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程； （7）.利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。 二．设计作用、目的 模拟电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过课程设计，要求达到以下目的。 （1）.通过水温控制器的设计，使我们能够巩固和加深对模拟电子电路基本知识的理解，了解日常电子产品的设计与应用； （2）.培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。 （3）.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元
器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （4）.了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。 三.设计的具体实现 1.系统概述 水温控制器电路的总体框图如图所示。它由水温检测电路、比较电路、电阻丝开关电路，显示电路和电源电路5部分组成。 图1 简易水温控制电路的总体框图 水温检测电路的功能是利用温度传感器的特性检测水温的变化，在这里利用可变电阻代替热敏电阻，同时将温度信号转化为电信号。比较电路的功能是利用比较器的原理实现水温范围的确定，同时利用滞回比较器的迟滞特性来避免跳闸现象。电阻丝开关电路的功能是完成控制电路和对水温的加热。显示电路的功能是利用发光二极管将电阻丝通电与否显示出来。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。
关于空调温度控制系统的研讨 摘要本文介绍了空调机温度控制系统。本温度控制系统采用的是AT80C51单片机采集数据，处理数据来实现对温度的控制。主要过程如下：利用温度传感器收集的信号，将电信号通过A/D转换器转换成数字信号，传送给单片机进行数据处理，并向压缩机输出控制信号，来决定空调是出于制冷或是制热功能。当安装有LED实时显示被控制温度及设定温度，使系统应用更加地方便，也更加的直观。 关键字 AT80C51单片机 A/D转换器温度传感器 随着人们生活水平的日益提高，空调已成为现代家庭不可或缺的家用电器设备，人们也对空调的舒适性和空气品质的要求提出了更高的要求。现代的只能空调，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度。为此，文中以单片机AT80C51为核心，利用LM35温度传感器、ADC0804转换器和数码管等，对温度控制系统进行了设计。 一、总体设计方案 空调温度控制系统，只要完成对温度的采集、显示以及设定等工作，从而实现对空调控制。传统的情况时采用滑动电阻器电阻充当测温器件的方案，虽然其中段测量线性度好，精度较高，但是测量电路的设计难度高，且测量电路系统庞大，难于调试，而且成本相对较高。鉴于上述原因，我们采用了ADC0804将输入的模拟信号充当测温器件。外部温度信号经ADC0804将输入的模拟信号转换成8位的数字信号，通过并口传送到单片机（AT80C51）。单片机系统将接收的数字信号译码处理，通过数码管将温度显示出来，同时单片机系统还将完成按键温度设定、一段温度内空调没法使用等程序的处理，将处理温度信号与设定温度值比较形成可控制空调制冷、制热、停止工作三种工作状态，从而实现空调的智能化。原理图如下图所示： 图 1 系统原理图 二、硬件电路设计 该空调温度控制系统的硬件电路，只要由单片机AT80C51最小系统、8段译码管、数码管、按键电路、驱动电路、A/D转换电路、温度采样电路等组成。图2为该实验的系统框图，我们下面主要就几个模块进行扼要介绍。 图2 系统框图 2.1 温度的采集——温度传感器 通过查找资料我们发现，温度传感器并不是什么复杂和神秘的电子器件，在对精度要求不高的一般应用中，可以使用一个型号为LM35【1】的温度传感器，它的外观与一般的三极管没有什么区别，温度传感器LM35只有3个管脚：+Vs、Vout、GND。其中，+Vs接+4V~+20V 的电源，为器件工作供电，GND接地。当加上工作电压后，LM35的外壳就开始感应温度，并在Vout管脚输出电压。Vout的输出与温度具有线性关系。 当温度为0时，Vout=0V，如果温度上升，则每上升1°C，Vout的输出增加10mV。如果温度为25°C时，Vout=25*10=250mV。这样，使用一个简单的温度传感器LM35就可以把温度转换成电压信号，这个电压信号直观地反映环境的温度。 2.2 模拟/数字转换器ADC0804
单片机课程设计 说明书 专业：机械设计制造及其自动化 设计题目：智能温控器 设计者： 指导老师： 设计时间：
一、课题名称：一个基于51单片机的智能温控器课程 设计 二、主要技术指标及工作内容和要求：本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子 器件设计，一个电源开关，两个控制温度设定按键（增大/减小），四位数码管分别显示设 定温度和实际温度，量程为0~99度，打开电源开关后设定温度初始化为26度。 1，按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT1。 2，采用铂电阻（Pt100)温度传感器进行温度测量，模数转换采用ADC0809。 3，单片机根据设定温度S和实测温度P控制继电器R的动作，死区设为2度：当P<=S-1时，控制R接通电加热回路; 当P>S+1时，控制R断开电加热回路； 当S-1 郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日 郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日 本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器 基于单片机的空调温度控制器设计设计 接口技术课程设计报告基于单片机的空调温度控制器设计 摘要 设计了基于AT89C52的高精度家用空调温度控制系统，系统硬件主要由电源电路、温度采集电路（DS18B20）、键盘、显示电路、输出控制电路及其他辅助电路组成；软件采用8051C语言编程；该系统可以完成温度的显示、温度的设定、空调的控制等多项功能。 关键词：单片机；DS18B20；温度检测；显示 目录 1 设计目的及要求 (1) 1.1 设计目的和意义 (1) 1.2 设计任务与要求 (1) 2 硬件电路设计 (2) 2.1 总体方案设计 (2) 2.2 功能模块电路设计 (3) 2.2.1 单片机的选型 (3) 2.2.2 振荡电路设计 (5) 2.2.3 复位电路设计 (5) 2.2.4 键盘接口电路设计 (6) 2.2.5 温度测量电路设计 (6) 2.2.6 系统显示电路设计 (7) 2.2.7 输出控制电路设计 (8) 2.3 总电路设计 (8) 2.4 系统所用元器件 (9) 3 软件系统设计 (10) 3.1 软件系统总体方案设计 (10) 3.2 软件流程图设计 (10) 4 系统调试 (12) 5 总结 (13) 5.1 本系统存在的问题及改进措施 (13) 参考文献 (14) 附录1：系统的源程序清单 (15) 附录2：系统的PCB图 (39) 1 设计目的及要求 1.1 设计目的和意义 21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化。我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。一般都要维持在21~26°C。 目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备。鉴于目前大多数制冷设备现在状况，我设计了一款基于MCS51单片机的空调温度控制系统。 1.2 设计任务与要求 系统要求利用单片机设计一空调温度控制器，能够实时检测并显示室温，能够利用键盘设定温度，并且和室温进行比较，当室温低于设定温度时，系统能够驱动加热系统工作，当室温高于设定温度时，系统能够驱动制冷系统工作，当两者温度相等时，不做动作。 设计题目：家用空调温度控制器 一设计题目的要求： 家用空调温度控制器的功能为： 1、室内温度可由按键设置，温度的设置范围为20度至39度。 2、有加热和制冷两种工作模式。当空调工作在加热模式时，如果室温低于设定温度，空调加热，反之，不加热；当空调工作于制冷模式时，如果室温高于设定温度，空调制冷，反之空调不制冷。 3、对室内温度用两位数码管进行实时显示。 二设计方案及其工作原理： 总的设计框图如下： 本电路由控制核心cpu、按键、4位锁存器、数码管7位译码器电路组成。 cpu：负责数据接收；室温和设定温度的比较；工作模式选择；显示数据的输出；加热制冷信号的控制；报警信号的输出等。 按键：负责设定标准温度，设置温度的升高与降低。 锁存器：将cpu输出的显示信号锁存，防止干扰，将信号送给译码器。 译码器：将BCD码译成数码管显示用的高低电平。 工作原理 在reset信号作用下，设定温度寄存器赋初值，初值为26度，通过add （温度升）和down（温度减）来步进调整设定温度（步进为一）。按键（key）模块通过seta和setb输出端口将设定温度传给cpu。 cpu接收到设定温度后将其与由温度传感器传来的室温xy比较，将比较结果标志存在寄存器（flag）中。读取用户工作模式（mod=1时为加热，mod=0时为制冷）。在加热模式状态下，根据flag的值给出加热控制寄存器heat 赋值；在制冷模式状态下，根据flag的值给制冷状态寄存器cool赋值。 cpu还将设置温度与设置温度范围比较，将比较结果标志存在报警寄存器flag_high（超上界寄存器）和flag_low（超下界寄存器）。 cpu还将室温和设定温度分别存放在室温寄存器和设定温度寄存器中。 最后，cpu将寄存器的值通过各端口输出。 各锁存器将数据锁存后在时钟信号的作用下将锁存信号输出给译码器，译码器再把BCD码转换成数码管显示的高低电平，数码管显示出室温和设置温度。 Led灯接到有效信号后点亮，指示设定温度是否越界（led_settoohigh 表示设置温度过高；led_settoolow表示设置温度过低）。 三各单元电路设计： 1、cpu设计 cpu框图如下： disp_outx：室温十位输出显示 disp_outy：室温个位输出显示 disp_outa：设置十位输出显示 disp_outb：设置个位输出显示 cool：制冷输出信号 heat：加热输出信号 led_settoohigh：设定温度超越上限报警 led_settoolow：设定温度超越下限报警 x：室温十位输入 y：室温个位输入 a：设定温度十位输入 b：设定温度个位输入 mod：用户加热制冷模式选择 clk:时钟脉冲 flag：室温和设置温度比较标志位寄存器 flag_high：设置温度超越上界标志位寄存器 flag_low：设置温度超越下界标志位寄存器 2、按键（key）设计 题目：空调温度控制系统设计 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 Air-conditioning Temperature Control System Design Abstract Air-conditioning temperature control has been depended on electric valve, electric valve can be used with matching Thermostat realize heating ventilation and air conditioning systems in hot and cold water control switch. Because many of China's 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, 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 control, 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 transmission 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-conditioning temperature control system; Temperature-controlled electric valve; Single-chip 目录 1.原理电路的设计 (11) 1.1总体方案设计 (11) 1.1.1简单原理叙述 (11) 1.1.2设计方案选择 (11) 1.2单元电路的设计 (33) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (33) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (44) 1.2.3电压表征温度单元 (55) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (66) 1.2.5驱动单元——继电器 (88) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (99) 1.3完整电路图 (1010) 2.仿真结果分析 (1111) 3 实物展示 (1313) 3.1 实物焊接效果图 (1313) 3.2 实物性能测试数据 (1414) 3.2.1制冷测试 (1414) 3.2.2制热测试 (1818) 3.3.3性能测试数据分析 (2020) 4总结、收获与体会 (2121) 附录一元件清单 (2222) 附录二参考文献. (2323) 摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339 N为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。 Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741，NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control 空调机温度控制器的设计原理 一、概述 随着经济的发展和人们生活水平的提高，空调机受到广泛应用。空调机的温度控制器是由温度传感器感受室内温度变化来控制压缩机的运行与停止。由于温度传感器直接输出的信号一般比较微弱，为了更好的测量与显示，需要用放大器进行处理，处理后的温度信号与设定的温度值通过比较器进行比较后，控制继电器的通断，使温度被控制在设定值左右，使空调器的工作状态随着人们要求和环境状态而自动变化，迅速准确的达到人们的要求，并使空调器的工作状态保持在最合理的状态下。 二、方案设计 设计了一个空调机温度控制器，控制器能够实时采集室内环境温度，当室内环境温度高于设定温度时，控制器启动空调压缩机制冷，并同时发出提示信号；当室内环境温度低于设定温度时，控制压缩机停止制冷 空调机温度控制器原理框图如图1所示。 放大与处理电路 单稳态电流 执行单元 提示灯 温度设置 工作原理：空调机温度控制器由热敏电阻采集环境温度变化，通过比较器与设定温度进行比较，当环境温度高于设定温度时，比较器输出低电平，继电器启动压缩机制冷，同时给555单稳态电路一个触发信号，单稳态电路输出高电平，指示灯亮，当温度低于设定温度时，比较器输出高电平，继电器控制压缩机停止制冷。 三、电路设计 1.直流稳压电源电路 直流稳压电源电路原理图如图2所示 工作原理：电源开关接通时，交流电压220V经过变压器进行变压，大致提供11V的电压，此电压经过整流桥电路进行整流后，在经过滤波电容滤除多余的杂波，此时电压信号较为清晰，但是仍然不稳定，电压信号再经过三端稳压器进行稳压，这时得到的电源电压为电路所需的稳定的9V。 2.温度采集及放大电路 温度采集及放大电路原理图如图3所示。 基于单片机的空调温度控制系统 设计 作者姓名：杨耀武 专业名称：信息工程 指导教师：黄宇讲师 摘要 在自动控制领域中，温度检测与控制占有很重要地位。温度测控系统在工农业生产、科学研究和在人们的生活领域，也得到了广泛应用。因此，温度传感器的应用数量居各种传感器之首。目前，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发展。 本论文概述了温控器的发展及基本原理，介绍了温度传感器的原理及特性。分析了DS18B20温度传感器的优劣。在此基础上描述了系统研制的理论基础，温度采集等部分的电路设计，并对测温系统的一些主要参数进行了讨论。同时在介绍温度控制系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测温系统温度采集、接收、处理、显示部分的总体设计方案进行了论证，进一步介绍了单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。利用Proteus7.6进行了可行性的仿真，利用单片机开发板验证在实际电路中能起到的效果。试验证明，这套温度控制器具有较强的可操作性，很好的可拓展性，控制简单方便。 课题初步计划是在普通环境下的测温，系统的设计及器件的选择也正是在这个基础上进行的。 关键词：DS18B20 单片机温度控制1602液晶显示 Abstract In the automatic control area,temperature monitoring and controling have a very important position. The temperature monitoring system has a wildly applying in industry, agriculture, science reasearching and daily life of people. Therefore, the number of applying of the temperature monitoring comes first of all kinds of sensor. At present, the temperature monitoring is transformed from analog type to digital integrated type with a very fast speed. This paper introduces the developing and fundamental of the temperature monitoring, including the character of this kind of sensor. It also analyses the advantage and disadvantage of the temperature monitoring which named DS18B20. On that basis, the paper also has a further analysis of the theoretical basis of the system developing and the circuit design of temperature monitoring. Besides, some discussions about the important parameters also took on desk. At the same time, the auther of this paper also puts forward the composition of totality about this system, which including the different function of the thermometer system. Then a detailed analysis which is about the applying of Microcontrollers and the applying of different parts made by different hardwares and softwares in the system. In order to check the maneuverability and the expansibility of the Microcontrollers system, the auther used Proteus 7.6 to do the testing and got a pretty good result. This system puts the temperature measured in normal situation as a confirm condition. All design and selection of component is also based on this suppose. keywords: DS18B20, Microcontrollers, Temeperature Controling, 1602 Liquid Crystal Display 单片机课程设计实验报告 ——温度控制器 班级：学号： 电气0806 姓名： 08291174 老师： 李长城 合作者： 姜久春 李志鹏 一、实验要求和目的 本课程设计的课题是温度控制器。 ●用电压输入的变化来模拟温度的变化，对输入的模拟电压通过 ADC0832转换成数字量输出。输入的电压为0.00V——5.00V， 在三位数码显示管中显示范围为00.0——99.9。其中0V对应00.0，5V对应99.9 ●单片机的控制目标是风机和加热器。分别由两个继电器工作来 模拟。系统加了一个滞环。适合温度为60度。 ◆当显示为00.0-50.0时，继电器A闭合，灯A亮，模拟加热 器工作。 ◆当显示为为50.0-55.0时，保持继电器AB的动作。 ◆当显示为55.0-65.0时，继电器A断开，灯A熄灭，模拟加 热器停止工作。 ◆当显示为65.0-70.0时，保持继电器AB的动作 ◆当显示为70.0-99.9时，继电器B闭合，灯B亮，模拟风机的 工作。 二、实验电路涉及原件及电路图 由于硬件系统电路已经给定，只需要了解它的功能，使用proteus 画出原理图就可以了。 实验设计的电路硬件有： 1、AT89S52 本温度控制器采用AT89C52单片机作为CPU,12MHZ晶振 AT89C52的引脚结构图： AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您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个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。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。 此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置温度控制器课程设计要点
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