【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 氣中，起到溫度制冷和制熱的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。使用多個(gè)溫度傳感器對(duì)周圍環(huán)境多點(diǎn)采樣求平均值，并通過LED數(shù)碼管顯示平均溫度。從而很方便的利用單片機(jī)控制繼電器1和繼電器2對(duì)溫度的控制和顯示。該溫度控制系統(tǒng)也是本論文的研究方向。 論文研究的主要內(nèi)容本論文旨在設(shè)計(jì)一種空調(diào)壓縮機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。完成一種低成本、低價(jià)格、功能較齊全，并具有溫度多點(diǎn)采樣、顯示、溫度門限報(bào)警及溫度控制為一體的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工作主要包括以下步驟：了解空調(diào)壓縮機(jī)的溫度控制原理，結(jié)構(gòu)組成及其發(fā)展現(xiàn)狀。研究溫度控制的兩個(gè)核心模塊：主控芯片和溫度傳感器。通過對(duì)所用芯片的了解完成單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及電路原理圖。 2. 設(shè)計(jì)方案的選擇. 溫度控制系統(tǒng)的功能用多個(gè)溫度傳感器AD590對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)周圍環(huán)境溫度進(jìn)行溫度采樣，溫度多點(diǎn)采樣求得平均值，同時(shí)用三位數(shù)碼管顯示。溫度設(shè)定范圍：5℃～40℃，區(qū)分溫度范圍為177。2℃（系統(tǒng)允許在超過報(bào)警溫度上下限2℃范圍內(nèi)不報(bào)警），當(dāng)溫度不在設(shè)定范圍之內(nèi)時(shí)，蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)用三位LED數(shù)碼管顯示度數(shù)，讀數(shù)精確到十分位。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的溫度實(shí)現(xiàn)制熱或制冷處理。. 溫度傳感器的選擇 為了確保對(duì)溫度進(jìn)行精確的測(cè)量，需要考慮到溫度傳感器的諸多因素：（1）測(cè)溫范圍的大小及精度要求，（2）測(cè)溫元件大小是否適當(dāng)，（3）高效性和靈敏性，（4）價(jià)格如何，使用是否方便。下面就幾種方案的傳感器進(jìn)行分析和對(duì)比： 方案1：采用熱敏電阻，熱敏電阻多利用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成，其電阻阻值會(huì)隨溫度的變化發(fā)生明顯的變化。有隨溫度升高而變大的正溫度系數(shù)電阻（PTC），也有隨溫度升高而變小的負(fù)溫度系數(shù)電阻(NTC)。其體積小，適合于測(cè)量微弱的溫度變化，但熱敏電阻精度、穩(wěn)定性、線性度都較差。不適于小于1℃的溫度信號(hào)檢測(cè)，且不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換。 方案2: 采用AD590作為傳感器，AD590是電流型溫度傳感器，它是二端器件作為一種高阻電流源，不需要嚴(yán)格考慮傳輸線上的電壓信號(hào)損失噪聲干擾問題，其精度高、價(jià)格低、無需輔助電源、線性度和互換性好。特別適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)。 方案選擇：選擇方案2。因?yàn)锳D590電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高無需調(diào)試，與A/D轉(zhuǎn)換器連接方便。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字量的一種電路或器件。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般需要經(jīng)過采樣保持和量化編碼兩個(gè)過程。針對(duì)不同的對(duì)象有不同的A/D轉(zhuǎn)換器可供選擇，其中有通用的也有專用的。在選擇ADC器件時(shí)要考慮多種因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度以外，還要考慮其他因素，如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度、數(shù)據(jù)接口類型、控制接口與定時(shí)、采樣保持性能、基本要求、功耗、使用環(huán)境要求等問題。 方案1: 采用積分型A/D轉(zhuǎn)換器，如ICL135等。雙積分型ADC轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度不夠快，若用于溫度測(cè)量，不能及時(shí)地反映當(dāng)前溫度值，且多數(shù)雙積分型ADC其輸出端不是二進(jìn)制，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的。所以若直接將其輸出端接I/O接口會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來極大的不便。 方案2: 采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，對(duì)于這種轉(zhuǎn)換方式，通常是用一個(gè)比較輸入信號(hào)與作為基準(zhǔn)的n位DAC輸出進(jìn)行比較，并進(jìn)行n次1位轉(zhuǎn)換。這種方法類似于天平上用二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號(hào)僅與最高位（MSB）比較，確定DAC的最高位（DAC滿量程的一半）。確定后結(jié)果（0或1）被鎖存，同時(shí)加到DAC上，以決定DAC的輸出（0或1/2）。 逐次逼近式ADC0809芯片內(nèi)包含8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器與微機(jī)控制兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個(gè)單端輸入信號(hào)中的任何一個(gè)。ADC0809具有轉(zhuǎn)換速度快、精度高、輸出為二進(jìn)制碼、直接接I/0口、軟件設(shè)計(jì)方便等特點(diǎn)。 方案選擇：選擇方案2 。理由：用ADC0809采樣速度快，配合溫度傳感器應(yīng)用方便，價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。 主控芯片的選擇溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用非常廣泛，其控制過程中存在著很強(qiáng)的干擾性和時(shí)滯性，溫度控制對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等性能要求也較高。采用傳統(tǒng)的PID控制已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足溫度控制和采樣顯示的功能要求。而采用單片機(jī)控制則可以很容易的克服掉這些問題。自單片機(jī)問世以來，在我國(guó)使用最多的還是Intel公司的MCS51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)具有品種全、兼容性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，且軟硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資料豐富齊全，已為我國(guó)廣大工程技術(shù)人員所熟知。STC推出的51系列單片機(jī)芯片是全面兼容其它51單片機(jī)的，其中STC89C51具有功能強(qiáng)大、速度較快、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、抗干擾性超強(qiáng)、功耗低、并支持系統(tǒng)的在線編程等特點(diǎn)。綜合本溫控系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，以STC89C51作為主控芯片是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在此運(yùn)用中以STC89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示電路、電磁繼電器等，組成了一個(gè)基于STC89C51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路包括主控制器、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示等部分。在溫度控制系統(tǒng)中，需要將溫度的變化轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，選用89C51單片機(jī)為中央處理器，通過溫度傳感器AD590對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)算出溫度傳感器采集的多點(diǎn)溫度的平均值，再由單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示，采集到的溫度通過三位LED顯示出來。鍵盤控制主要包括控制溫度的增減，切換手動(dòng)還是自動(dòng)控制制冷、制熱，手動(dòng)制熱和制冷。比較采集到的溫度是否在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，如果沒有在設(shè)定的范圍內(nèi)，則報(bào)警。溫度控制自動(dòng)進(jìn)入制熱和制冷狀態(tài)。 輸入部分?jǐn)?shù)碼管顯示部分STC89C51A/D轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制溫度傳感器制熱制冷空氣鍵盤控制圖21 空調(diào)溫度控制總體結(jié)構(gòu)框圖 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) STC89C51與ADC0809的接口設(shè)計(jì)為了使單片機(jī)的運(yùn)行速度快一些，本設(shè)計(jì)采用為12MHz的晶體振蕩頻率。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可利用單片機(jī)提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器四分頻后獲得，ALE引腳的頻率是單片機(jī)的1/6，而ADC0809時(shí)鐘脈沖輸入端要求輸入時(shí)鐘頻率不高于640KHz，所以經(jīng)過四分頻后符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。ADC0809的ADDA、ADDB、用來實(shí)現(xiàn)選通8個(gè)溫度傳感器AD590 輸入中的那一路。將8位數(shù)字輸出端與單片機(jī)相連，用于溫度顯示。在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D的ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其接口設(shè)計(jì)框圖見圖31。 ALE單 … 片 機(jī)CLKD0 IN0… …D7 IN7ADC0809ADDAADDBADDCD QCLK QD QCLK Q 8路輸入圖31 89C51與ADC0809接口框圖 硬件設(shè)計(jì)各單元電路 STC89C51與外圍電路STC89C51單片機(jī)采用40只引腳的雙列直插封裝（DIP）方式的單片機(jī)，引腳功能如下：（1） 電源及時(shí)鐘引腳—Vcc、Vss；XTALXTAL2。（2） 控制引腳—PSEN、ALE/PROG、EA/VPP、RESET（即RST）。（3） I/O口引腳—P0、PPP3，為4個(gè)8位I/O口的外部引腳。STC89C51單片機(jī)的P0口為數(shù)據(jù)輸入端，，對(duì)單片機(jī)傳送來的信號(hào)進(jìn)行鎖存，,；P2口用來與ADC0809的3位地址輸入線相連，用于選通8路模擬輸入中的一路。如圖圖321 單片機(jī)與外圍接口電路 AD590溫度傳感