一种空调温度控制电路的设计*

户孝文 袁丽丽 李家福 徐玖

(南京师范大学泰州学院 电力工程学院,江苏泰州 225300)

空调耗能在建筑耗能中占有非常大的比重,减少建筑耗能必考虑要减少空调的能耗。应用自动化温控系统可以实时地调节空调工况,减少人为引起的不合理使用,提高效率,减少空调耗能。本文基于单片机及数字温度传感器DS18B20等实现温度显示及输入控制,其采用单数据线通信,使用方便,精度高,实现自动检测周围环境的实时温度,并且通过屏幕显示给操作人员,人员可以通过按键电路设定温度,系统会根据设定温度与实际温度来操控空调压缩机的启动和停止,并且这一过程会循环进行,直至达到设定温度。

图1 方案一系统结构示意框图

图2 空调压缩机驱动电路

1 总体框架设计

采用DS18B20数字温度传感器,编写DS18B20的驱动程序,80C51单片机读入传感器测出的温度数字信号,通过程序处理获得十进制温度,在屏幕上进行显示。LCD1602进行数据显示,LCD1602是一款应用普及的数字液晶显示屏。将得到的温度和设定温度比较,决定压缩机的启停。此系统硬件结构简单,稳定性好,精度高,实时动态性能好,轻便,小巧。 系统总体框架如图1所示。

2 驱动电路设计

通过单片机不能够直接控制空调压缩机的通断,单片机需要通过接一个驱动电路来控制空调压缩机的开关。本次设计所采用的驱动电路如图2所示。

其中电路中采用ULN2003作为驱动器。ULN2003是一种常用的驱动器件,它由七对硅NPN晶体管组合而成,每一对晶体管都串联了一个2.7kΩ的电阻。主要应用于继电器驱动,灯具驱动,显示驱动,线路驱动和逻辑缓冲驱动等。

当单片机的控制引脚P2.0输出＋5V高电压时,信号进入ULN2003的输入端1B,在经过倒相放大以后经由1C输出0.7V左右低电平,此时继电器RL1动作,其动合触点闭合,压缩机的得电,开始运转。

当检测到室温达到设定温度±1℃以内时,此时单片机的控制引脚P2.0输出接近0V的低电压,经由驱动芯片ULN2003的倒相放大截止后,切断RL1的线圈供电,使得压缩机失电,停止运转。

图中的电阻R2、R3、电容C4、二极管V1组成的通电三分钟延时电路。该电路利用电容两端的电压不能跳变的特性,使得压缩机在停转后三分钟以内不会再次启动,从而避免空调压缩机因为过于频繁的启停影响其寿命。

图3 整体装置电路设计图

3 控制电路设计

综合按键电路、显示电路、传感器电路和驱动电路组成总体的设计电路。如图3所示。

单片机采用12MHz的晶振频率,+5V直流电源供电。按键中温度增加键接在端口P1.0,温度减少键接在端口P1.4,按键低电位有效。显示电路部分LCD1602显示端口接在单片机的P0口,并且加上4.7k的上拉电阻来带动负载,显示器的E、RW、RS分别接在单片机的P2.7、P2.5、P2.6接口。DS18B20温度传感器的数据传输口接在单片机的P3.7引脚上。

模型上电后,液晶显示屏幕显示当前环境温度和初始设定温度,初始设定温度为18℃。当改变环境温度时,显示器实时显示当前温度,当环境温度与设定温度相差大于1℃时,电机会启动,模拟空调开机调温。改变环境至设定温度±1℃范围内时,电机停止转动,模拟空调停止。也可以通过手动按键调整设定温度,最低16℃,并且设置低于16℃时会报error。最高32℃,设置高于32℃时,报error。

4 结语

利用单片机、数字温度传感器DS18B20、数字液晶显示屏LCD1602等实现温度显示、控制,自动检测周围环境的实时温度。单数据线通信,使用方便,精度高,,并且通过屏幕显示给操作人员,人员可以通过按键电路设定温度,系统会根据设定温度与实际温度来操控空调压缩机的启动和停止,并且这一过程会循环进行,直至达到设定温度。

[1]黄建新.单片机原理、接口技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2009,8.

[2]康华光.电子技术基础.模拟部分[M].北京:高等教育出版社,2013,12.