空调机温度控制系统Word格式.docx
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指导教师:
2015年6月
贵州大学单片机课程(设计)
诚信责任书
本人郑重声明:
本人所呈交的课程设计,是在指导老师的指导下独立进行研究所完成。
在文本设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。
特此声明。
课程(设计)作者签名:
日期:
摘要
新世纪里,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。
我设计了这一个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22~26°
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单片机空调温度控制系统。
关键词:
电子、单片机、空调、温度、电路
诚信责任书..............................................................................................................................Ⅱ
2.2.1温度传感部分的选择..........................................................................................6
2.2.2A/D转换方案设计................................................................................................7
2.2.3数字显示...............................................................................................................8
2.2.4降温驱动控制电路的选择...................................................................................9
1绪论
随着时代科技的迅猛发展,微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代,使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化,并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统,使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
作为体重测量仪器,电子体重秤以其测量的准确性和高速性开始逐渐取代传统的仪表体重秤,成为测量体重领域的主流产品。
1.1空调
一、空调
“空调”即房间空气调节器,是一种用于给房间(或封闭空间、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、适度、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。
二、空调的工作原理
空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部分组成。
按照制冷循环工作的顺序,依然用管道接成一个整体。
系统工作时,蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸汽,被压缩机吸入并压缩后,制冷剂的压力和温度均升高,然后排入冷凝器。
制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。
制冷剂液体通过毛细空的气流,压力和温度均降低,再进入蒸发器蒸发,如此周而复始地循环,从而达到降低室内温度的目的。
三、空调的功能
1、降温
在空调器设计与制造中,一般允许将温度控制在16~32℃之间。
若温度设定过低,一方面增加不必要的电力消耗,一方面造成室内温度偏大时,人们进入房间不能很快适应温度变化,容易患感冒。
2、除湿
空调器在制冷过程中伴有除湿作用。
人们感觉舒适的环境相对湿度应在40~60%左右,当相对温度过大如在90%以上,即使温度在舒适范围内,人的感觉仍然不佳。
3、升温
热泵型与电热型空调器都有升温功能。
升温能力随室外环境温度下降逐步变小,若温度在-5℃时几乎不能满足供热要求。
4、净化空气
空气中含有一定量有害气体如NH3、SO2等,以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。
空调净化方法有:
换新风、过滤、利用活性炭或光触煤吸附和吸收等。
A、换新风:
利用风机系统将室内潮湿空气往室外排,使室内形成一定程度负压,新鲜空气从四周门缝、窗缝进入室内,改善室内空气质量。
1.2单片机与空调控制系统
空调控制系统要控制的是空气温度,是通过压缩机的运行、停止控制的,实际上单片机直接控制的是压缩机的工作状态。
该系统要实现以下功能。
(1)根据环境温度控制压缩机:
控制参数是温度,控制参数是压缩机电路通、断的状态。
(2)设置希望的环境温度值:
由人手动控制
(3)显示设定的温度值
1.3空调的研究现状和发展趋势
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高,空调作为一款重要的家用电器,在国民经济生产和人们社会生活中扮演的角色也越来越重要。
进入21世纪以来,我国空调行业持续快速发展。
改革开放带动国内经济高速发展,空调产品也由“生活奢侈品”逐渐转变为日常生活用品,大大刺激了国内空调产业的发展。
我国空调市场趋于成熟,消费者对品牌认知度不断增强,品牌集中度持续提升,产业升级步伐加快,空调业逐步走向发展壮大。
我国空调行业已经基本上进入平稳发展时期。
中国空调企业不但在数量和规模上长足发展,在技术上也开始从引进模仿走上了自主创新的道路。
在空调健康、节能功能以及外观设计上,国内企业也经过引进、消化、吸收,技术水平及产品质量都在不断趋于完善,中国已经发展成为世界空调产业重要的研发和生产基地。
中国产业调研网发布的2015年版中国空调市场深度调研与行业前景预测报告认为:
绿色经济和低碳经济的发展已成为全球经济发展的大势所趋,环保节能、健康舒适成为空调行业未来发展的主要方向。
变频空调以其恒温、快速制冷热等性能上的优势,受到消费者青睐,成为各大空调厂商争相开发的热点产品。
中国空调企业正主动适应外部环境的变化,积极加大自主创新力度,加速产业结构调整。
“十二五”期间,中国家用空气调节器行业将保持平稳增长的良好发展势头,空调市场发展前景乐观。
1.4课题提出的背景和意义
温度是生活及生产中最基本的物理量,它表征的是物体的冷热程度。
自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。
在很多生产过程中,温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。
自18世纪工业革命以来,工业过程离不开温度控制。
温度控制广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等。
温度控制的精度以及不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用,温度是锅炉生产质量的重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数。
同时,温度是影响锅炉传热过程和设备效率的主要因素。
基于此,运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制,满足了工业生产的需求,提高了生产力。
1.5国内外现状
1971年,著名的美籍华裔科学家傅京孙教授最早公开指出了一个崭新的研究领域,并提出了相应的概念,这就是智能控制系统(Intelligent
Control
Systems)。
1985年8月,IEEE在美国纽约召开了第一界智能控制学术讨论会,智能控制原理和智能控制系统结构这一提法成为这次会议的主要议题。
这次会议决定,在IEEE控制系统学会下设立一个IEEE智能控制专业委员会。
这标志着智能控制这一新兴学科研究领域的正式诞生。
智能控制作为一门独立的学科,已正式在国际上建立起来。
在过去的20多年里,智能控制理论发展迅猛,出现了大量新颖的控制理论。
智能控制系统是某些具有仿人智能的工程控制和信息处理系统,它与人工智能的发展紧密联系。
智能控制是一门新兴的交叉前沿学科,它具有非常广泛的应用领域。
智能可定义为:
能有效的获取、传递、处理、再生和利用信息,从而在任意给定的环境下成功的达到目的的能力。
人工智能是应用除了数学式子以外的方法把人们的思维过程模型化,并利用计算机来模仿人的智能的学科。
它的应用范围远比控制理论广泛,如包括判断、理解、推理、预测、识别、规划、决策、学习和问题求解等,是高度脑力行为和体力行为的综合。
智能控制就是应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法,并将其同控制理论方法与技术相结将智能控制与PID控制相结合,实现温度的智能控制。
智能控温法采用神经元网络和模糊数学为理论基础,并适当加以专家系统来实现智能化。
其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。
尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。
目前已出现一种高精度模糊控制器,可以更好的模拟人的操作经验来改善控制性能,从理论上讲,可以完全消除稳态误差。
所谓第三代智能温控仪表,就是指基于智能控温技术而研制的具有自适应PID算法的温度控制仪表。
目前国内温控仪表的发展,相对国外而言在性能方面还存在一定的差距,它们之间最大的差别.主要还是在控制算法方面,具体表现为国内温控仪在全量程范围内温度控制精度低,自适应性较差。
这种不足的原因是多方面造成的,如针对不同的温控对象,由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定等。
2结构设计与方案选择
2.1基于51单片机的空调温度控制系统结
选用单片机89S51为中央处理器,通过温度传感器对空气进行温度采集,将采集到的温度信号传输给单片机,再有单片机控制显示器,并比较采集温度与设定温度是否一致,然后驱动空调温度的加热或降温循环对空气进行处理,从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。
空调温度控制系统结构如图1所示。
实现方案的技术线路为:
用按钮输入标准温度值,用LED实时显示环境空气温度,用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷调节,用ISIS软件对设计进行仿真,用汇编语言完成软件编程。
通过分析控制器和执行器的关系,选用位置式PID控制作为控制系统的控制策略。
2.2方案选择
2.2.1温度传感部分的选择
要求温度和与温度有关的参数量进行检测,应考虑用热电阻传感器。
按照热电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类,目前通常成为热敏电阻,后者称为热电阻。
方案1:
采用热敏电阻,这种电阻是利用对温度敏感度半导体材料制成,其阻值随温度变化有明显的改变。
负温度系统热敏电阻器通常是由锰、钴的氧化物烧制而成,其特点是,在工作温度范围内电阻值随温度的升高而降低。
可满足40℃~90℃测量范围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差,不适于检测小于1℃的信号:
而且线性度很差,不能直接用于A/D转换,应用硬件或软件对其线性化补偿。
方案2
- 配套讲稿:
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- 空调机 温度 控制系统