基于單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)基于單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計Design OfThe Air ConditioningControl SystemBased On Single Chip Microcomputer學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)

2、位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期：年月日 日期：年月日摘要為了使用者能在舒適的環(huán)境下工作生活，家用空調(diào)或者中央空調(diào)開始受到高度關(guān)注。但是對舒適性的要求不斷提高的同時，節(jié)能性與經(jīng)濟性的特點卻被我們忽視，針對這種現(xiàn)象，我的設(shè)計就是利用微型單片機技術(shù)與中央空調(diào)系統(tǒng)的巧妙結(jié)合，來解決這一問題

3、。該系統(tǒng)通過溫度，濕度和壓差的變化，反饋到單片機控制系統(tǒng)，產(chǎn)生相應(yīng)的指令控制變頻器、壓縮機或者流量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到降溫、降壓、祛濕的功能。適用于日常生活和大型商用建筑的溫度監(jiān)測和測量，也能當(dāng)成溫度處理模塊放入其他系統(tǒng)中，可作為其他系統(tǒng)中的主控制板，也可以作為輔助擴展。合理運用此設(shè)計會給很多用戶節(jié)省不必要的浪費，同時也響應(yīng)了“節(jié)能減排”的國家政策。關(guān)鍵詞AT89C51；中央空調(diào)；單片機；溫度傳感器AbstractDue to our users to the requirement of the comfort level is increasing, household air conditi

4、oner or central air conditioning is starting to get high attention.But the increasing demand for comfort at the same time, the characteristics of energy saving and efficiency are ignored by us, for this kind of phenomenon, I design is the central air conditioning system of micro single-chip computer

5、 technology and clever union, to solve this problem.The system through the temperature, humidity and the change of pressure difference, feedback to the single-chip microcomputer control system, to generate the corresponding command control inverter, compressor, or traffic regulation, so as to achiev

6、e the function of cooling, antihypertensive, qushi.Apply to daily life and the large commercial building temperature monitoring and measurement, can also be as temperature processing module in other systems, can be used as other systems of the main control board, also can be used as auxiliary extens

7、ion.Reasonable use of this design will give many users save unnecessary waste, but also response to the national "energy conservation and emissions reduction.Keywords: AT89C51central air conditioning single chip microcomputer temperatures目錄摘要IAbstractII1 緒論31.1課題背景31.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展4空調(diào)的概念4空調(diào)的發(fā)展歷史4

8、1.3空調(diào)發(fā)展趨勢51.4中央空調(diào)系統(tǒng)比較與選擇51.4.1 經(jīng)濟性比較問題5可行性與可靠性問題62系統(tǒng)總體方案72.1中央空調(diào)系統(tǒng)工作流程7螺桿式冷水機組（R-1,2）7冷水循環(huán)泵（B-1,2,3）7冷卻水循環(huán)泵（B-1,2.3）8電磁閥（P8）8冷卻塔（LT-1,2）8常壓燃?xì)鉄崴仩t9定壓補水裝置（DY-1）92.2中央空調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計9水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計102.2.2冷媒水系統(tǒng)102.2.3冷卻水系統(tǒng)112.2.4制冷機組制冷系統(tǒng)122.3風(fēng)機盤管系統(tǒng)132.3.1風(fēng)機盤管系統(tǒng)的工作原理132.3.2風(fēng)機盤管特點132.4空氣源熱泵冷熱水系統(tǒng)設(shè)計143硬件系統(tǒng)設(shè)計163.1AT89C51微

9、型單片機16單片機的結(jié)構(gòu)16微型單片機引腳和功能173.2時鐘電路:183.3掉電模式193.4程序存儲加密系統(tǒng)193.5溫度傳感器電路設(shè)計20常見的測溫方法203.5.2.溫度傳感器的選擇原理22產(chǎn)品特點及應(yīng)用22的使用方法23顯示電路243.7閥門執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計253.8復(fù)位電路的設(shè)計253.9按鍵電路263.10系統(tǒng)總電路264軟件系統(tǒng)設(shè)計274.1溫度處理子程序設(shè)計27溫度讀取程序27溫度處理子程序284.2LED動態(tài)顯示子程序設(shè)計294.3模數(shù)化處理的設(shè)計30結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄341 緒論1.1課題背景1由于我國機械和電氣技術(shù)的飛速發(fā)展和小康生活水平的不斷滿足，為確保溫度

10、恒定，中央空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地運用于工業(yè)和民用多方建筑領(lǐng)域，例如酒店、KTV、賓館、寫字樓、商場、工廠廠房等各種場合。伴隨著時間的推移，我們對中央空調(diào)運行效果的評論也客觀地改變。舒適性、節(jié)能性是非常符合我們對中央空調(diào)提出的改進(jìn)，也是目前必須要改變的要求，希望在能源損耗最低地情況下保持屋內(nèi)允許的溫度、濕度。傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)不僅耗電量巨大，而且能源損耗更是浪費，尤其是現(xiàn)在能源緊張階段，更需要不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。以前地中央空調(diào)，最低機型制冷量達(dá)到200千瓦，85年之后發(fā)明了模塊機，最低機型制冷量下降到65千瓦左右。直到目前為止，65千瓦制冷量理論上變成中央空調(diào)的最小消耗機型，壓縮機20P左右。再小的就

11、不算中央空調(diào)了。無論是多聯(lián)機，還是直流變頻機組，能效比大幅度低于傳統(tǒng)冷水式中央空調(diào)。因為風(fēng)冷這種冷卻的方式，低于3.8被注定了就是風(fēng)冷機組能耗比，然而水冷冷水機，普遍能源消耗效比差不多在4.5以上，磁懸浮離心機能效比最高，高達(dá)7。我也不相信部分負(fù)荷能效比達(dá)到5或者6的，因為國家鑒定的能效比中體現(xiàn)出，大部分直流變頻機組能效比還達(dá)不到3。 甚至只有2.3. 空調(diào)無論是家用還是商用中央空調(diào)普遍存在著3040之上地?zé)o效能源消耗，有部分空調(diào)地?zé)o效能源消耗甚至高達(dá)5060之上。目前務(wù)必完成的工作就是采用新技術(shù)來減少系統(tǒng)能耗。建設(shè)節(jié)約節(jié)能型社會，促進(jìn)中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能減排除了從機組上出發(fā)著手外，機電技

12、術(shù)的應(yīng)用也是不可或缺的一部分。單片微型計算機（AT89C51）功能也在不斷地加強，愈來愈多的高性能新型品種陸續(xù)涌向市場。單片機的優(yōu)點很多，在很多大型設(shè)備控制中（比如鍋爐，蒸汽機等特種設(shè)備），PLC以主導(dǎo)器件發(fā)揮作用，擁有不可替代的價值，但是它價格要比微型單片機貴的多，體積也比較大電源電壓相對來說也比較高。所以小型系統(tǒng)控制中大多采用單片機，后來隨著機電技術(shù)的不斷改革與創(chuàng)新，性能大幅度提高，控制功能和穩(wěn)定性也滿足了中央空調(diào)控制系統(tǒng)的要求。所以本人的畢業(yè)設(shè)計就是用基于AT89C51單片機作為核心設(shè)計的一個簡單運用。1.2中央空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展空調(diào)的概念空氣調(diào)節(jié)器（Room Air Condition

13、er）是空調(diào)的全稱,大多指的是家用空調(diào)。中央空調(diào)由冷熱水管接多個末端方式或者一臺主機通過風(fēng)道過風(fēng)來控制實現(xiàn)不同的房間、不同領(lǐng)域以達(dá)到室內(nèi)空氣濕度、溫度、潔凈度和空氣流量流速溫差等調(diào)節(jié)為目的的空調(diào)。家用中央空調(diào)特點首先是創(chuàng)造舒適干凈的居住環(huán)境，其次是從空間和最佳審美觀點利用上綜合考慮，家用中央空調(diào)使室內(nèi)變得更舒暢，更靈活，容易實現(xiàn)各種各樣的裝飾成果，即使因為我們不習(xí)慣以前的裝飾，再次精裝修，也只是在原來的中央空調(diào)上很小一部分地改變即可與新的裝修效果達(dá)成和諧一致。所以我們最好的選擇就是選這種步步到位、不會被淘汰掉的家用中央空調(diào)，也是被視為小型的商用商用空調(diào)。風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)是中央空調(diào)的兩種循環(huán)系統(tǒng)，

14、第一種由室內(nèi)室外機、風(fēng)管和每個不同房間的出風(fēng)口和回風(fēng)口以及調(diào)節(jié)閥等構(gòu)成。后者是由水管、室外機（無室內(nèi)機）循環(huán)順泵和各種風(fēng)機盤管（末端設(shè)置）構(gòu)成。由于老百姓對生活的改善，我們也愈來愈追求人性化的產(chǎn)品，以前家用和上商用的空調(diào)已經(jīng)不能滿足大眾化要求。智能化、節(jié)能化中央空調(diào)可以運用模擬電路技術(shù)以及數(shù)字電路技術(shù)，還能使用微型單片機，實現(xiàn)軟件與硬件的合理結(jié)合。簡化了開空調(diào)的操作與控制，完善了空調(diào)的各項功能，同時也對周邊環(huán)境產(chǎn)生相應(yīng)的變化而變化。電子產(chǎn)品飛速發(fā)展，價格的低廉且實用地控制系統(tǒng)贏得了很廣泛的青睞?？照{(diào)的發(fā)展歷史給我們帶來諸多便利的空調(diào)設(shè)備亦有自己的發(fā)展歷史，我們不能忘記去過，就像老百姓不能忘記我

15、國國史一樣。由于中央空調(diào)在歐美市場已經(jīng)使用百余年，市場進(jìn)入成熟時期是不可避免的，但我國空調(diào)市場從上世紀(jì)80年代才慢慢起步，當(dāng)時還是由外資品牌打入和公共建筑產(chǎn)業(yè)興起而得到初步開拓，后來由于商業(yè)地產(chǎn)的高速增長，國內(nèi)中央空調(diào)市場真真正正地進(jìn)入高速增長階段，2003-2013年11年期間中國國內(nèi)中央空調(diào)市場從85億元提高到644億元，這是質(zhì)的飛躍，CAGR也達(dá)到22.45%。我國中央空調(diào)市場發(fā)展歷程時間重要事件1987年開利在上海設(shè)立首家合資公司，目前在大陸已有13家分公司1994年深圳麥克維爾成立，1996年麥克維爾武漢基地投產(chǎn)1996年約克（無錫）成立，主打大中型中央空調(diào)及工業(yè)制冷設(shè)備海爾開始涉足

16、中央空調(diào)領(lǐng)域，成為內(nèi)資企業(yè)的先行者1998年廣州日立成立，主營離心式、螺桿式等冷水機組大金（上海）成立，正式進(jìn)軍中國市場2001年三星在中國推出數(shù)碼渦旋多聯(lián)機，正式進(jìn)軍大陸中央空調(diào)市場2002年美的進(jìn)軍小型中央空調(diào)領(lǐng)域，并借商用空調(diào)生產(chǎn)基地落成之勢進(jìn)行大力推廣LG中央空調(diào)開始向中國出口，并著手在天津工廠組建生產(chǎn)線2003年東芝空調(diào)進(jìn)入中國，2006年在上海成立東芝開利銷售公司海信與日立合資成立海信日立，主營變頻多聯(lián)機產(chǎn)品三菱重工（陜西）成立，主營商用變頻中央空調(diào)與家用變頻中央空調(diào)美的、格力中央空調(diào)生產(chǎn)基地相繼落成投產(chǎn)2005年格力、美的相繼下線自主研發(fā)的離心機，初次打破外資品牌技術(shù)壟斷2007

17、年格力推出自主研發(fā)的變頻多聯(lián)空調(diào)技術(shù)，首次掌握變頻多聯(lián)機的核心技術(shù)2008年格力推出直流變頻多聯(lián)空調(diào)機組，打破日系品牌對直流變頻技術(shù)的壟斷2013年格力推出不費電的光伏中央空調(diào)，引發(fā)市場熱議美的推出超高效雙級壓縮降膜式離心機，開創(chuàng)“COP7時代”1.3空調(diào)發(fā)展趨勢在我設(shè)計這款簡單的系統(tǒng)控制前，我對發(fā)展趨勢也做了一些了解，因為做出來的畢業(yè)設(shè)計是否符合我們對現(xiàn)在生活的需要這是很重要的，實用才是根本，不然就是紙上談兵。如今，2l世紀(jì)的主流方向是機電技術(shù)的逐漸革新已經(jīng)被全球能源專家充分認(rèn)識到，空調(diào)的社會效益以及巨大經(jīng)濟效益逐步被人們所了解和認(rèn)知，基于單片機控制的中央空調(diào)前景地飛速發(fā)展無比的廣闊，絕對地

18、優(yōu)勢被空調(diào)專家還有全球能源專家認(rèn)可，許多國家已經(jīng)或者正準(zhǔn)備實施很多系列單片機控制中央空調(diào)系統(tǒng)推出措施。1.4中央空調(diào)系統(tǒng)比較與選擇 經(jīng)濟性比較問題所有放在設(shè)計里的設(shè)備都是經(jīng)過精挑細(xì)選的，并不是哪個設(shè)備貴就選擇哪一個，而是從很多方面考慮，比如本段的經(jīng)濟性問題。這個性能的比較是廣大市民最為關(guān)注的問題，再好的產(chǎn)品如果性價比很高，但價格高到老百姓付不起的時候，這樣的產(chǎn)品亦是廢品。比較基準(zhǔn)當(dāng)然要保持一致才公平，在經(jīng)濟性方面首先注意的就是這個基準(zhǔn)。當(dāng)然，這些要求包括使用要求、能源價格、設(shè)計要求（采用相同的方式）、設(shè)備檔次、舒適情況或者美觀要求等基本條件來進(jìn)行對比，這種對比的效果才能保證方案的合理性與科學(xué)性

19、。設(shè)計方案關(guān)于空調(diào)暖通這方面的一次性投資包括了各種相關(guān)聯(lián)的收費項目，比如用電設(shè)備的擴容費、熱力入網(wǎng)費還有天然氣氣源費等費用，除此之外，還有各種設(shè)備材料、管道之類的投資項目，容易被遺漏的太多，還有相應(yīng)的安裝、相應(yīng)的工程項目管理人員費用、設(shè)備機組的調(diào)試費用等各種各樣的收費，土建投資機房與相關(guān)水處理和配電和相應(yīng)室外管線的費用，還有好多好多，在國家造價清單中所列出的各種費用都將是安裝空調(diào)所產(chǎn)生的不同費用，有的被遺漏，有的被擴大，費用的支出與設(shè)備的完美運行是保障室內(nèi)空氣流暢的重要前提，沒有竣工驗收，就沒有人民對舒適節(jié)能的安全使用。在我國有很多廠家做中央空調(diào)，比如上海的凱泉公司，北京的熊貓廠家，都是富有名

20、氣的公司，價格方面也不盡相同，在安裝時產(chǎn)生的方案經(jīng)濟型（包括設(shè)備功率，揚程大小，流量，風(fēng)管允許風(fēng)速等）計算最適合于用戶的平均價格。這些都是產(chǎn)生的直接費用，間接費用也有?？尚行耘c可靠性問題當(dāng)?shù)卣?guī)范要求和各級法規(guī)的規(guī)定都是編制設(shè)計方案的依據(jù)，不能超出規(guī)范規(guī)定的強制性規(guī)定；設(shè)計方案在給出后就不能輕易更改，之后的滿足各方面的需求都是根據(jù)施工方案來確定的，需求就是供水、供電、供氣之類的輔助資源，而且還要考慮到長期的變化情況。2系統(tǒng)總體方案2.1中央空調(diào)系統(tǒng)工作流程。結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我學(xué)到了大學(xué)期間都未接觸過的知識，更像是一場復(fù)習(xí)，鞏固了這四年的點點滴滴，雖然我對于機電領(lǐng)域還不是非常熟悉，但這

21、正是一場開始，磨練己身，更準(zhǔn)確的運用到生活當(dāng)中去。論文開頭介紹了中央空調(diào)在生活中的作用，已經(jīng)普及到生活中的每個領(lǐng)域，然后介紹了中央空調(diào)的組成，已經(jīng)我要講述的案例，所有案例中需要的設(shè)備與流程我都列在上面的說明書中。后來介紹了AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理等，這些東西是我在大學(xué)中所學(xué)的皮毛加上在圖書館書中摘要的知識，還有網(wǎng)絡(luò)上文庫中介紹的部分組合而成，文章不算長，經(jīng)過一層一層修改完成。單片機控制空調(diào)系統(tǒng)中也是有順序的，先控制冷卻水循環(huán)泵的開啟，然后在控制冷水循環(huán)泵的開啟，最后是機組部分，開啟之后冷卻塔中的水就開始通過冷卻水循環(huán)泵進(jìn)入機組，機組再通過分水器分給末端設(shè)置，也就是風(fēng)機盤管，從風(fēng)機盤

22、管中出來的冷凝水進(jìn)入集水器，然后經(jīng)過冷水循環(huán)泵進(jìn)入板式換熱機組，經(jīng)過換熱處理，流向燃?xì)鉄崴仩t，鍋爐用燃?xì)饧訜嶂笸ㄟ^熱水一次循環(huán)泵流向生活熱水換熱器，也就是生活區(qū)。鍋爐中的水不全是集水器中供用過來的，大部分來自于高位膨脹水箱。這其中還有定壓補水裝置，作用就是將外部水源通向系統(tǒng)，防止由于水量的損失達(dá)不到設(shè)計要求。單片機控制各種閥門，通過繼電器控制，由于單片機出來的電源是低壓電源，而水泵閥門確是高壓電源，因此需要一個“中介”，來防止電源過大而燒壞單片機，當(dāng)室外溫度變化是，溫度傳感器會將變化的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換到單片機識別，然后逐個控制每個閥門的開度，進(jìn)而控制流量、揚程的大小，在最節(jié)能的環(huán)境下改變

23、系統(tǒng)流量，風(fēng)量，溫度，濕度。這是一個龐大的系統(tǒng)，具有兩個冷水機組，R-1和R-2，R-1控制地位用戶，R-2控制高位用戶，或者可以左右分?？傮w來說，完成各項工作后學(xué)了好多知識，因為看了好多書籍，查閱了太多的資料，還自學(xué)了一個電路PCB軟件，以前就沒接觸過這東西，最后還是在葫蘆畫瓢的情況下完成了，看來以后還要更要努力一下，自身的知識太匱乏，有學(xué)不完的知識在等著我去學(xué)。至此論文結(jié)束。致謝參考文獻(xiàn)1王 淼 ,王 芳. 基于單片機的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計J.信息技術(shù)與教育,2013(6):50-51.2秦曾煌.電工學(xué)上冊，電工技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2007.13張洪潤，張亞凡. 傳感技術(shù)與應(yīng)用教程M

24、. 清華大學(xué)出版社. 20054陳非凡. 工程測試技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社. 2006: 256.5陳方興.童維勤.支小利. 基于C/OS-的變頻空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J,計算機工程與設(shè)計,2007,28(20) 6穆秀林、李娜編著.從Protel到Altium Designer.電子工業(yè)出版社，2011.47余成波主編.傳感器與自動檢測技術(shù).高等教育出版社，2009.78王億書.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧情監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.計算機應(yīng)用與軟件,2012(8)：110-115.9賈陽陽,基于單片機控制的技能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計M,北京暖通空調(diào)工業(yè)出版社，2008.10S. Nishiike, N. Ta