【正文】 將會(huì)在節(jié)能方面有新的突破，也必將會(huì)取代傳統(tǒng)的靠人工實(shí)現(xiàn)的溫度控制的空調(diào)機(jī)。通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)和安裝可實(shí)現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，是國(guó)際和國(guó)內(nèi)的發(fā)展潮流?？梢灶A(yù)料，下個(gè)世紀(jì)的節(jié)能空調(diào)將會(huì)以更快的步伐向前發(fā)展。其應(yīng)用的范圍將極為廣闊，極大地方便了人們的工作和生活，可以說(shuō)節(jié)能空調(diào)將是未來(lái)一種新的發(fā)展趨勢(shì)。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度傳感器產(chǎn)品分類(lèi)與選擇溫度是日常生活中經(jīng)常遇到的一個(gè)物理量，它也是科研和生產(chǎn)中最常見(jiàn)、最基本的常量之一。在很多場(chǎng)合都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控，而溫度測(cè)控離不開(kāi)溫度傳感器，因此，掌握正確的測(cè)溫方法及溫度傳感器的使用方法極為重要。 常用的測(cè)溫方法物體受熱后溫度就要升高，任何兩個(gè)溫度不同的物體相接觸都必然產(chǎn)生熱交換，直到兩者的溫度達(dá)到平衡為止。據(jù)此，可以選擇某種溫度傳感器與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，這種方法稱(chēng)為接觸式測(cè)溫。接觸式測(cè)溫常用于較低溫度的測(cè)量。此外，物體受熱后溫度升高的同時(shí)還伴有熱輻射，因此，可利用溫度傳感器接收被測(cè)物體在不同溫度下輻射能量的不同來(lái)測(cè)量溫度，這種測(cè)溫方法稱(chēng)為非接觸式測(cè)溫。非接觸式測(cè)溫常用于高溫測(cè)量。 溫度傳感器產(chǎn)品分類(lèi)目前，溫度傳感器沒(méi)有統(tǒng)一分類(lèi)方法。按輸出量分類(lèi)有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測(cè)溫方式分類(lèi)有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類(lèi)型分類(lèi)有分立式溫度傳感器、模擬集成式溫度傳感器和智能溫度傳感器（數(shù)字溫度傳感器）[4]。模擬式溫度傳感器輸出的是隨溫度變化的模擬量信號(hào)。其特點(diǎn)是輸出響應(yīng)速度較快和MPU（微處理器）接口較復(fù)雜。數(shù)字式溫度傳感器輸出的是隨溫度變化的數(shù)字量，同模擬輸出相比，它輸出響應(yīng)較慢，但容易與MPU接口。下面對(duì)工程中常用的溫度傳感器做簡(jiǎn)單介紹。（1）熱敏電阻式溫度傳感器 電阻式溫度傳感器分為熱電阻式溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器，他們的特點(diǎn)是自身的電阻值隨溫度而變化。熱敏電阻式利用半導(dǎo)體材料制成的敏感組件，通常所用的熱敏電阻溫度傳感器都是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它的電阻率受溫度的影響很大，而且隨溫度的升高而減少，簡(jiǎn)稱(chēng)NTC。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離；缺點(diǎn)是互換性差，非線性嚴(yán)重； （2）熱電阻式溫度傳感器利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化的特性而制成的溫度傳感器。稱(chēng)為熱電阻溫度傳感器。對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。由于純金屬的溫度系數(shù)比合金的高，因此均采用純金屬作為熱電阻組件。常用的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳；（3）熱電偶式溫度傳感器熱電偶是一種傳統(tǒng)的溫度傳感器，其測(cè)溫范圍一般為50到+1600℃，最高可達(dá)+2800℃，并且有較高的測(cè)量精度。另外，熱電偶產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，使用時(shí)易于選擇，可方便地用計(jì)算機(jī)做線性補(bǔ)償，因此，至今在測(cè)溫領(lǐng)域內(nèi)仍被廣泛使用。它的理論基礎(chǔ)是建立在熱電效應(yīng)上，將熱能轉(zhuǎn)化為電能。（4）模擬集成溫度傳感器 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的。它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用IC，它屬于最簡(jiǎn)單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單，它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為普遍的一種集成傳感器。（5）智能溫度傳感器 智能溫度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。目前，許多著名的集成電路生產(chǎn)商已開(kāi)發(fā)出上百種智能溫度傳感器產(chǎn)品【5】。智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；第二，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成高性?xún)r(jià)比、多功能的智能化溫度測(cè)控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D傳感器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路控制器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。 溫度傳感器的選擇在介紹溫度傳感器的選擇原則之前，首先介紹在測(cè)控系統(tǒng)中選擇傳感器的總原則，本原則適用于各種傳感器的選擇【6】。選擇傳感器的總原則現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)控目的、測(cè)控對(duì)象以及測(cè)控環(huán)境合理地選擇傳感器，是單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器選定之后，與之相配套的測(cè)控電路也就可以確定了。測(cè)控結(jié)果的成敗，在很大程度取決于傳感器的選擇是否合理。作為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)前向通道的關(guān)鍵部件，在選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮一下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)測(cè)控對(duì)象與測(cè)控環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選擇，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)和傳感器的使用條件綜合考慮一下一些具體問(wèn)題：1）傳感器的量程；2）被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；3）測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；4）傳感器信號(hào)的引出是有線還是無(wú)線；5）是購(gòu)買(mǎi)傳感器還是自行研制傳感器以及價(jià)格因素等。 在綜合考慮上述因素之后就能確定選擇何種類(lèi)型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。（2）靈敏度的選擇 通常情況下，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。（3）頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，傳感器的頻率響應(yīng)好，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，傳感器的輸出信號(hào)必須在允許的頻率范圍內(nèi)保持不失真，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定得延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。（4）線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出信號(hào)與輸入量成正比的范圍。從理論上講，在此范圍內(nèi)靈敏度應(yīng)保持定值。傳感器的線性范圍越寬，其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定之后首先要看其量程是否滿(mǎn)足要求。（5）穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱(chēng)為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。（6）精度的選擇精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要能滿(mǎn)足整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必選得太高。這樣就可以在滿(mǎn)足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。溫度傳感器的選擇溫度傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、玩具、家用電子產(chǎn)品、工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)以及個(gè)人計(jì)算機(jī)應(yīng)用中。傳統(tǒng)上分立式溫度傳感器是最常用的溫度傳感器元件，而集成溫度傳感器特點(diǎn)是測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單，它是目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種溫度傳感器。綜上所述，不同的傳感器具有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，由于在溫度測(cè)控系統(tǒng)中，傳感器是前向通道的關(guān)鍵部件，因此選擇合適的傳感器是非常重要的。選擇的原則要考慮溫度范圍、溫控精度、測(cè)溫場(chǎng)合、價(jià)格等幾方面的因素【7】。 總體方案的確定考慮到該控制系統(tǒng)功能比較少，由單片機(jī)控制即可實(shí)現(xiàn)。而89C51單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好,故本系統(tǒng)選擇采用89C51單片機(jī)。在溫度采集方面，采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。DSB18B20S數(shù)字溫度計(jì)提供9到12位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DS18B20送出，因此從中央處理器到DS18B20僅需連接一條線和地，讀寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，甚至不需要外部電源。而總體方案和系統(tǒng)電路圖方面基本上和熱敏式傳感器相同，只在數(shù)據(jù)采集方面有所差別[8]。在上面也已經(jīng)提及，熱敏電阻式溫度傳感器互換性差，非線性嚴(yán)重。而數(shù)字溫度傳感器DS18B20接線簡(jiǎn)單，數(shù)字輸出量能直接作為單片機(jī)的輸入數(shù)據(jù)， 同時(shí)考慮到只是在普通環(huán)境下測(cè)量，無(wú)論在靈敏度、線性范圍、穩(wěn)定性，還是在精度方面，DS18B20的強(qiáng)大功能已足夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。但是DS18B20也有缺點(diǎn)，就是軟件實(shí)施方面比較復(fù)雜，但相對(duì)于模擬量輸出的硬件實(shí)現(xiàn)方面來(lái)說(shuō)會(huì)簡(jiǎn)單很多。在本次設(shè)計(jì)中，溫度數(shù)據(jù)采集用到的傳感器是DS18B20。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖時(shí)鐘電路復(fù)位電路按鍵電路STC12C5608AD數(shù)碼管顯示電路DS18B20測(cè)溫電路繼電器控制電路圖21 單片機(jī)控制溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第3章 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)相關(guān)硬件及模塊介紹 溫度采集電路本系統(tǒng)中采集溫度使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器[9]。DS18B20是Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。與之前的傳感器相比，DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃到+125℃，在10到+85℃范圍內(nèi),精度為177。℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設(shè)定9到12位的分辨率，精度為177?！?。當(dāng)分辨率為12位時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。使得用戶(hù)可選擇更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍和分辨率設(shè)定，同時(shí)用戶(hù)設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存[10]。DS18B20一般為三極管型封裝，其引腳圖如圖31所示。這三個(gè)引腳分別為：GND——電源地；QD——數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；VDD——外接供電電源（可選5V）。圖31 DS18B20引腳圖在該系統(tǒng)中，DS18B20的數(shù)字信號(hào)輸入/，作為單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸入[11]。 STC12C5608AD介紹信號(hào)處理與控制采用STC12C5608AD單片機(jī)基本電路。STC12C5608AD系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，4路PWM,8路高速10位A/ 轉(zhuǎn)換,針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合【12】。STC12C5608AD 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路,4路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換,針對(duì)電機(jī)控制,強(qiáng)干擾場(chǎng)合。，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。：：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz。6.通用I/O口，復(fù)位后為:準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)