基于单片机的空调控制器的设计与实现
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一、 目的
单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。
二、 任务
本次单片机综合练习的任务是设计并制作一个空调控制器。
基本任务是利用AT89C51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。
三、硬件部分的具体内容和要求
1．手控型空调控制器的功能：
1）空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。
a． 制冷：室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。
b． 制热：室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。
c． 通风：室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。
d． 自动运行：能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。
e． 每按一下工作模式选择键时，工作模式按图3所示的箭头方向依此变换：
图3 工作模式选择
2）．能对温度进行设定和控制：
a． 制冷时温度调节范围为：20℃～32℃。当室内温度高于设定温度1℃时,开始制冷；而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。
b． 制热时温度调节范围为：14℃～30℃。当室内温度低于设定温度1℃时,开始制热；而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。
c． 通风时温度设置栏显示" 一 一 "，并且温度设置键无效。
d． 自动运行温度调节范围为：25℃、27℃、29℃。若室内温度低于设定温度5℃时,自动按制热工作模式运行；若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；否则按通风模式运行。
e． 温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。
f． 控温精度为±1℃
3）．室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。
每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：
图4 风速模式选择
其中自动风与工作模式及温度有关：
a． 制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；
b． 制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；
c． 通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；
当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；
当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；
4）．具有压缩机三分钟自动保护功能。由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。
2．电路设计、制作的功能和要求：
1）用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：
室内温度
设定温度
风速状态：低速档用" "表示
中速档用" "表示
高速档用" "表示
自动档用" "表示
工作模式：制冷模式用"L"表示
制热模式用"H"表示
通风模式用"F"表示
自动模式用" "表示
2）用5只按钮来分别作为启动/关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。（此外还有1只系统复位按钮，共6只）
3）上电后，自动显示自动工作模式、自动风速档、设定温度27℃和实际室内温度，这时用户可以对工作模式、风速档、设定温度进行设定，但只有在按下启动/关闭键后，空调器才正式开始运行；在空调器运行期间，若
对上述状态进行设定，则空调器马上开始执行。若关机后（非断电）重新启动空调器，则空调器自动进入上次关机前的设定状态。
4）用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，所有发光二极管均要求用2003达林顿管或三极管放大驱动。
5）温度传感器采用AT502热敏电阻。
3.空调控制器硬件电路图
4.硬件设计思想
1）根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入7段码LED显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图
2）各部分硬件的设计
a.温度传感器选择
根据任务要求我们选择了AT502作为温度传感器，根据电阻分压（如下图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64-3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。
b.AD芯片的选择
因为温度变化范围是0-99度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。
温度的计算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt)
c.按键输入：
因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。
d.显示部分：
系统采用74HC573和ULN2003作为驱动，P0和P2作为输出口，控制动态显示的LED显示器。
e.输出控制
任务要求用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口。
单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。
二、 任务
本次单片机综合练习的任务是设计并制作一个空调控制器。
基本任务是利用AT89C51单片机、ADC0809模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器。
三、硬件部分的具体内容和要求
1．手控型空调控制器的功能：
1）空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。
a． 制冷：室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。
b． 制热：室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。
c． 通风：室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。
d． 自动运行：能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。
e． 每按一下工作模式选择键时，工作模式按图3所示的箭头方向依此变换：
图3 工作模式选择
2）．能对温度进行设定和控制：
a． 制冷时温度调节范围为：20℃～32℃。当室内温度高于设定温度1℃时,开始制冷；而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。
b． 制热时温度调节范围为：14℃～30℃。当室内温度低于设定温度1℃时,开始制热；而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。
c． 通风时温度设置栏显示" 一 一 "，并且温度设置键无效。
d． 自动运行温度调节范围为：25℃、27℃、29℃。若室内温度低于设定温度5℃时,自动按制热工作模式运行；若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；否则按通风模式运行。
e． 温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。
f． 控温精度为±1℃
3）．室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。
每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：
图4 风速模式选择
其中自动风与工作模式及温度有关：
a． 制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；
b． 制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；
c． 通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；
当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；
当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；
4）．具有压缩机三分钟自动保护功能。由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。
2．电路设计、制作的功能和要求：
1）用6只共阴极的八段数码管来分别显示工作模式、风速状态、设定温度和室内温度。为了统一起见，对6只八段数码管的具体排列和工作状态的显示符号作如下规定：
室内温度
设定温度
风速状态：低速档用" "表示
中速档用" "表示
高速档用" "表示
自动档用" "表示
工作模式：制冷模式用"L"表示
制热模式用"H"表示
通风模式用"F"表示
自动模式用" "表示
2）用5只按钮来分别作为启动/关闭键、工作模式键、风速选择键、温度设定上升键和下降键。（此外还有1只系统复位按钮，共6只）
3）上电后，自动显示自动工作模式、自动风速档、设定温度27℃和实际室内温度，这时用户可以对工作模式、风速档、设定温度进行设定，但只有在按下启动/关闭键后，空调器才正式开始运行；在空调器运行期间，若
对上述状态进行设定，则空调器马上开始执行。若关机后（非断电）重新启动空调器，则空调器自动进入上次关机前的设定状态。
4）用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，所有发光二极管均要求用2003达林顿管或三极管放大驱动。
5）温度传感器采用AT502热敏电阻。
3.空调控制器硬件电路图
4.硬件设计思想
1）根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入7段码LED显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图
2）各部分硬件的设计
a.温度传感器选择
根据任务要求我们选择了AT502作为温度传感器，根据电阻分压（如下图左），实现由温度到电压值的转换，因为AT502的温度系数比较大，经计算当温度变化范围是0-99度时，IN0口的电压范围是0.64-3.6伏，所以就可以不用运放，直接送到AD采样的输入端进行AD采样。
b.AD芯片的选择
因为温度变化范围是0-99度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。
温度的计算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt)
c.按键输入：
因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。
d.显示部分：
系统采用74HC573和ULN2003作为驱动，P0和P2作为输出口，控制动态显示的LED显示器。
e.输出控制
任务要求用6只LED发光二极管来分别表示室内风速的高、中、低三档，压缩机、室外风机和四通换向阀，51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口。
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