以单片机为核心的空调温度控制单元设计

2015-11-05崔作庆

中国科技信息 2015年6期

关键词：空调机温度控制单片机

崔作庆

肇庆市技师学院

以单片机为核心的空调温度控制单元设计

崔作庆

肇庆市技师学院

崔作庆，肇庆市技师学院，学历：本科，职称：空调与制冷工程师。

本文是以单片机为核心的温控单元的设计制作过程。温差≤1℃，液晶显示温度。该设计用温度传感器AD590准确测量温度，运算放大器OP07把放大的温度-电压信号送入ADC0809进行A/D转换，再把数字信号传给单片机，由单片机比较实测温度与设定温度，最后控制空调机工作。

概述

课题的意义

空调机是对空气的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等参数进行调节，以满足人体舒适性或生产工艺性的要求。温度是“四度”中最重要的一个参数，而温度控制是否准确，是影响空调系统运行好坏的一个重要因素。

高精度温控就是把温度控制得更加精准，更好地满足舒适性，特别是工艺性空调的要求。例如菌种的培养车间、药厂的车间、高精度实验室等场合都需要有精准的温度控制。而一般空调机的温控在2～3℃左右，误差较大。

要做到对温度的精准控制，首先就需要非常灵敏的温度测量装置进行检测，将准确的采集信号通过高灵敏度的温度传感器送到微处理器，用微处理器来实现对空调机的高精度温度控制，这样才能满足高精度的要求。单片机系统有体积小、性价比高、指令丰富、控制灵活、外围接口部件多等优点，其在温控领域得到广泛应用。

本课题的工作

本文针对单片机对温控系统若干关键技术进行研究，主要在以下三个方面：①以低成本为核心的总体设计方案，系统的组成及工作原理。②系统的硬件设计。③系统的软件设计。

硬件

总体设计

选用89S51单片机为中央处理器，用高精度的温度传感器AD590实时精确测量温度，用运算放大器OP07放大温度-电压信号， ADC0809进行A/D转换后的信号传给单片机，由单片机控制液晶显示器，并与设定温度比较，最后对空调机发出信号指令，控制空调机的运行。

温度传感器AD590具有较高精度和重复性。超低温漂移精度运算放大器OP07放大温度-电压信号，便于A/D转换，以提高温度采集电路的可靠性。

ADC0809是一个8路8位逐次逼近的A/D转换器。转换时间为100μs。在CPU启动A/D命令发出后，执行一个固定的延时程序，读入数据指令，读取转换结果。

液晶显示模块是将液晶显示器件与控制、驱动电路和PCB板装配在一起的组件，可以直接与单片机连接。

总体方案结构如图1所示。

其技术路线为：用按钮输入标准温度值，用LCD实时显示空气温度，用驱动电路控制压缩机完成制冷机的运行，用汇编语言完成软件编程。

温度采样电路

AD590是一种半导体集成电路。该传感器的线性度好，精度适中，灵敏度高，体积小，使用方便，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。温度采集系统主要由AD590、OP07、IN4732组成。

A/D转换电路

由信号处理电路输出的信号为模拟信号，必须转化为数字信号，才能被单片机处理，它是模拟系统与计算机的接口部件。

本系统采用ADC0809大规模集成电路芯片，是一种具有8路模拟量输入的8位A/D转换器，采用逐次逼近式A/D转换器，输出的数字信号有三态缓冲器，可以和单片机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个8位A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

图1　总体结构框图

单片机的选择

本系统控制程序简单，尽量采用整型运算，尽可能避免浮点数运算，故运算量小，故一般的51 单片机都可满足要求。选择时考虑了以下因素：①单片机应有内部程序存储器和数据存储器，避免扩展造成系统复杂，增加了系统的不稳定性。②因需要调试软件，故单片机内存应可以多次擦写。③程序中使用了外部中断0 和时间中断T0，所选单片机应该有两个以上中断源。④程序算法简单，单片机应支持MCS-51 系列通用汇编语言开发，以利于软硬件的结合。

ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。ALE信号的频率是单片机时钟频率的六分之一，如果时钟频率为6MHz，则ALE信号的频率为1MHz，经二分频后为500KHz，与ADC0809时钟频率吻合。ADC0809具有三态输出锁存器，故其数据输出引脚可直接与单片机的数据总线相连。地址码引脚ADD A～C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选通IN0～IN7中的一个通道。采用单片机的P2.7（地址总线最高位A15）作为A/D的片选信号，并将A/D转换的ALE和START脚相连，以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0809转换。启动信号由单片机的写信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。编写的软件按下列顺序动作：令P2.7=A15=0，并用A0、A1、A2的组合指定模拟通道的地址；执行一条输出指令，启动A/D转换；然后根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条指令，读取A/D转换结果。

数字显示部分

显示模块的选择

液晶显示器以其电压低、体积小、功耗少等特点，在便携仪表和低功耗系统中的应用越来越多。液晶显示模块是将液晶显示器与控制、驱动电路和PCB板装配在一起的组件，带有串行接口或并行接口，可以直接与单片机连接。

点阵字符型液晶显示模块是由点阵字符液晶显示器和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件、结构件装配而成，可以显示数字和西文字符。选用此模块。

LCD1602简介

LCD1602可显示2行16个字符，有8位数据总线。有D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节。其应用电路简单，便于设计。

驱动控制电路

驱动控制系统采用发光二极管代表加热或制冷。

键盘电路

选用独立式按键接口。这种方式各种按键相互独立，每个按键接一根输入线。其工作状态不影响其他输入线。软件设计选用查询方式和外部中断相结合的方法来设计。按键直接与89S51的I/O口线相连接，通过读I/O口，判定各I/O口的电平状态，即可识别出按下的按键。