【正文】 為主導(dǎo)的健康空調(diào)技術(shù)替代原先技術(shù)，而成為市場主流，也使得市場上很多偽健康空調(diào)開始出現(xiàn)，各種健康技術(shù)也浮出水面，但技術(shù)水平差參不齊。這個(gè)時(shí)候，空調(diào)的光波技術(shù)橫空出世，成為健康空調(diào)的主流技術(shù)，但以光波技術(shù)為代表的企業(yè)并不多，只有格蘭仕獨(dú)樹光波健康技術(shù)大旗，光波技術(shù)在我國應(yīng)用時(shí)間較短，市場聲音較小，但光波技術(shù)是目前市場上最為成熟的健康技術(shù)，也代表了行業(yè)的發(fā)展方向與趨勢(shì)。 總結(jié)影響人的舒適與健康最為直接的因素就是建筑室內(nèi)環(huán)境。我們運(yùn)用中央空調(diào)技術(shù)創(chuàng)造了美好的建筑室內(nèi)環(huán)境，同時(shí)卻使室外自然環(huán)境遭到破壞。CFC制冷劑正在破壞保護(hù)人類生存的大氣臭氧層，大量耗費(fèi)的能源正在使可供利用的自然資源走向枯竭，大氣、水和土壤正在受到污染，就連夏季空調(diào)排出的熱也造成“熱島”現(xiàn)象，惡化了所處的城市環(huán)境。為了貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建筑與空調(diào)未來的發(fā)展必須堅(jiān)持“綠色建筑”和“綠色空調(diào)”的方向。所謂“綠色建筑”就是指能為建筑中的人提供健康、舒適、安全、方便的室內(nèi)環(huán)境，而又不損害周邊、區(qū)域乃至全球環(huán)境，充分開發(fā)利用可再生資源和高效利用自然資源的建筑，當(dāng)然符合這種條件的空調(diào)才能稱之為“綠色空調(diào)”?！熬G色空調(diào)”是中央空調(diào)發(fā)展的必然方向?！笆澜缇G色建筑委員會(huì)”已宣告成立，總部設(shè)在澳大利亞，為推動(dòng)全世界“綠色建筑”與“綠色空調(diào)”起了重大作用。中國的“綠色建筑”已在北京、深圳和哈爾濱等地展開。北京的“世界財(cái)富中心”大廈的綠色建筑，已通過美國認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，這將是在21世紀(jì)之處出現(xiàn)在中國大地上的最具影響力的“綠色建筑”與“綠色空調(diào)”。第二章 總體方案設(shè)計(jì)和選擇 總體方案設(shè)計(jì) 方案一選用AT89C51單片機(jī)為中央處理器，通過溫度傳感器DS18B20對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行處理，從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，涉及到溫度檢測電路、驅(qū)動(dòng)控制電路、顯示電路、鍵盤電路以及電源的設(shè)計(jì)等電路。其中單片機(jī)的控制程序是起到各個(gè)電路之間的相互協(xié)調(diào)，控制各個(gè)電路正常工作的至關(guān)重要的作用。其方框圖如下： 方案一框圖控制簡單，思路清晰，各單元模塊的相互銜接較簡單，同時(shí)成本低廉，用的各種器件都是常用器件，更具有使用性。 方案二該方案是以空調(diào)專用單片機(jī)uPD75028GC為核心部件，該單片機(jī)除了含有寫入空調(diào)器專用程序外，還包含有OPV單片機(jī)處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器及輸入接口等電路。該程序可對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和比較，根據(jù)運(yùn)算和比較的結(jié)果，對(duì)室外風(fēng)機(jī)、室外壓縮機(jī)、定時(shí)、制冷、制熱、抽濕等功能進(jìn)行控制。室內(nèi)機(jī)的控制電路主要有電壓電路、整流電路、穩(wěn)壓電路、接受電路、發(fā)送電路、步進(jìn)電機(jī)、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、顯示電路、按鍵電路和溫度監(jiān)測電路等組成。由于方案采用了專門的單片機(jī)，所以設(shè)計(jì)中的所需要的程序提前燒制進(jìn)了uPD75028GC，一切電路的設(shè)計(jì)和單片機(jī)各端口的分配就必須和單片機(jī)中的程序相對(duì)應(yīng)。其方框圖如下： 方案二框圖該方案設(shè)計(jì)專業(yè)性高，特別是專用控制芯片uPD75028GC更是可以用作變頻綠色節(jié)能空調(diào)的主控芯片，空調(diào)具有節(jié)能、噪音低等一系列優(yōu)點(diǎn)。但由于芯片專業(yè)程度高，價(jià)格昂貴，通常使用于高價(jià)位空調(diào)的的中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 方案三該方案采用的是AT89C51單片機(jī)為核心控制器件，用它來處理各個(gè)單元電路的工作以及檢測其運(yùn)行情況。本方案中采用的是AD590溫度傳感器，通過溫度采集電路采集相關(guān)溫度數(shù)值，再由ADC0809組成的A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終得到數(shù)字信號(hào)，將其直接傳輸給單片機(jī)，然后由單片機(jī)根據(jù)內(nèi)部程序判斷，執(zhí)行相關(guān)控制程序，驅(qū)動(dòng)各單元電路的工作。其方框圖如下: 方案三框圖該方案容易控制，系統(tǒng)原理比較簡單，電路可靠。但其中的溫度測量電路、譯碼電路復(fù)雜，容易產(chǎn)生誤差和由電路復(fù)雜而導(dǎo)致的設(shè)備使用壽命低等一系列問題。 總體方案選擇及實(shí)現(xiàn)方案選擇：選擇方案一。控制簡單，思路清晰，各單元模塊的相互連接較簡單，同時(shí)成本低廉，用到的各種器件都是常用器件，更具有使用性。具體的實(shí)現(xiàn)方案：用按鍵輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度值，用LED實(shí)時(shí)顯示環(huán)境空氣溫度，用驅(qū)動(dòng)電路控制壓縮機(jī)完成加熱和制冷調(diào)節(jié)，用單片機(jī)語言完成軟件編程。第三章 硬件設(shè)計(jì) 硬件各單元方案設(shè)計(jì)與選擇 溫度傳感部分要求對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測，應(yīng)該考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。半導(dǎo)體熱敏電阻是利用某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的升高而減?。ɑ蛏撸┑奶匦灾瞥傻?，大多數(shù)的半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的特點(diǎn)是：在工作溫度范圍內(nèi)電阻阻值隨溫度的升高而降低?？蓾M足40℃～90℃測量范圍，具有靈敏度高，電阻值高，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)；但其互換性較差，而且線性度也很差，不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)該用硬件或軟件對(duì)其進(jìn)行線性化補(bǔ)償。金屬熱電阻中屬鉑電阻和銅電阻最為常用，這里以鉑電阻Pt1000為例。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件，且此元件線性較好，在0℃～100℃時(shí)，℃。鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是，Rt=R0(1+At+Btt)；其中Rt是溫度為t攝氏度時(shí)的電阻，R0是溫度為0攝氏度時(shí)的電阻，t為任意溫度值，A、B為溫度系數(shù)。但其電阻與溫度為非線性關(guān)系，且成本太貴，不適合做普通設(shè)計(jì)。集成溫度傳感器是利用晶體管的PN結(jié)的電流電壓特性與溫度的關(guān)系，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成化，并把它們封裝在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。它除了與半導(dǎo)體熱敏電阻一樣有體積小、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)外，還具有線性好、性能高、價(jià)格低等特點(diǎn)， 如DS18B20智能溫度控制器。單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介：新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(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，測溫范圍為 55℃~+125℃，現(xiàn)場溫度直接以“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。適合于各種環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20使電壓特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)，并且應(yīng)用電路電但便于設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中我采用的是集成溫度傳感器DS18B20，其電路簡單可靠，不需要A/D轉(zhuǎn)換，直接可以與單片機(jī)相連。 數(shù)字顯示部分通常的LED顯示器有7段或8段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的工作原理也一樣。LED顯示器有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示方式：在這種方式下，各位LED顯示器的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或電源正），每位的段選線分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連，各個(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止，正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。若用I/O口接口，這需要占用N8位I/O口（LED顯示器的個(gè)數(shù)為N）。這樣的話，如果顯示器的個(gè)數(shù)較多，那使用的I/O接口就更多，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都不用靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示方式：當(dāng)多位LED顯示時(shí)，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O口控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。其中段選線占用一個(gè)8位I/O口，而位選線占用N個(gè)I/O口（N為LED顯示器的個(gè)數(shù)）。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對(duì)各位來說都是相同的，因此，同一時(shí)刻，如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話，那LED顯示器將顯示相同的字符。若要各位LED能顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼。這種顯示方式占用的I/O口個(gè)數(shù)為8+N（N為LED顯示器的個(gè)數(shù)），相對(duì)靜態(tài)顯示少了很多，但需要占用大量的CPU資源，當(dāng)CPU處理別的事情時(shí)，顯示可能出現(xiàn)閃爍或者不顯示的情況。為了節(jié)約硬件資源，降低電路板的成本，本人采用的是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 加熱降溫驅(qū)動(dòng)控制電路采用開關(guān)量控制，如繼電器、雙向可控硅、光耦等，控溫快速，但是雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路比較麻煩，調(diào)試也麻煩，若用現(xiàn)成的固態(tài)繼電器價(jià)格十分昂貴。用繼電器時(shí)要注意其電感的反向電動(dòng)勢(shì)，和開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)電源的影響，以及開關(guān)脈沖對(duì)整個(gè)電路的影響等，應(yīng)該加入必要的防止干擾的措施。采用單向晶閘管，這是一種大功率半導(dǎo)體器件，它既有單向?qū)щ姷恼髯饔?，又有可以控制的開關(guān)作用。利用它可以用較小的功率控制較大功率，在交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和無觸點(diǎn)開關(guān)等方面均獲得了廣泛的應(yīng)用。這種晶閘管與二極管不同的是，當(dāng)其兩端加上正向電壓而控制極不加電壓時(shí)，晶閘管并不導(dǎo)通，其正向電流很小，處于正向阻斷狀態(tài)；當(dāng)其兩端加上正向電壓、且控制極上（與陰極間）也加上一正向電壓時(shí)，晶閘管便進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)管壓降很?。?V左右）。這時(shí)即使控制電壓消失，仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，所以控制電壓沒有必要一直存在，通常采用脈沖形式，以降低觸發(fā)功耗。它不具有自關(guān)斷能力，要切斷負(fù)載電流，只有使陽極電流減小到維持電流以下，或加上反向電壓實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。若在交流回路中應(yīng)用，當(dāng)電流過零和進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷，為了使其再次導(dǎo)通，必須重加控制信號(hào)。采用光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路，這種器件是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一個(gè)砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一個(gè)硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向道通。光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。一方面光耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響；另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，對(duì)噪音的敏感度低，因此提高通訊系統(tǒng)的抗干擾能力，常用于有噪音干擾的環(huán)境里傳輸信號(hào)。達(dá)到同樣的加熱效果，開關(guān)量控制容易，驅(qū)動(dòng)簡單，驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力強(qiáng)。所以我采用的是光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路。 鍵盤輸入部分常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。獨(dú)立式按鍵接口是各種按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨(dú)立式按鍵電路按鍵直接與單片機(jī)的I/O口線相接，通過讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的鍵盤。44矩陣鍵盤接口方式適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它有行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。矩陣鍵盤的工作原理是按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接在按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此電平相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。這是識(shí)別矩陣鍵盤是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，因此，各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來并做適當(dāng)處理，才能決定閉合鍵位置。對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一決定，所以分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)。但這種編碼對(duì)于不同行的鍵，離散性大，并且編碼的復(fù)雜度與鍵盤的個(gè)數(shù)成正比，因此不適合用在輸入量小的設(shè)計(jì)中。本設(shè)計(jì)的按鍵需求較多，所以我采用的是矩陣式鍵盤接口方式，該方案可以減少單片機(jī)的I/O口使用，節(jié)約資源。 單元電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路本設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)主要是數(shù)字溫度傳感器DS18B20。本設(shè)計(jì)以DS18B20為傳感器，AT89C51單片機(jī)為控制核心組成的溫度巡回檢測系統(tǒng)，在圖31中，DS18B20的供電方式為外部電源，其I/。在DS18B20接入系統(tǒng)之前，應(yīng)分別從激光ROM中讀出其序號(hào)，然后分別賦予在系統(tǒng)中的編號(hào)1～n。該系統(tǒng)需要用鍵盤來設(shè)置溫度報(bào)警的門限值，并用七段LED顯示器顯示DS18B20的編號(hào)和測量的溫度值。 溫度采集電路，采用外接電源供電方式。為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，我們用一個(gè)電阻R30和89C51的一個(gè)I/O口（）來完成對(duì)DS18B20總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10μs。采用外接電源供電方式時(shí)Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連。在本設(shè)計(jì)中，我采用的是單個(gè)DS18B20測室內(nèi)溫度，并把它直接與單片機(jī)的I/O口相連，將測得的溫度值送入CPU與鍵盤輸入的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后通過CPU來控制負(fù)載電路的工作。一般來說CPU 對(duì)DS18B20的訪問流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議，如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。 LED顯示電路LED電路采用4只共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)掃描，兩種都可以實(shí)現(xiàn)顯示功能，但由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出