【文章內(nèi)容簡介】 ，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”已宣告成立，總部設(shè)在澳大利亞，為推動全世界“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“世界財富中心”大廈的綠色建筑，已通過美國認證標(biāo)準(zhǔn)的認證，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)”。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 第二章 總體方案設(shè)計和選擇 總體方案 設(shè)計 方案一 選用 AT89C51 單片機為中央處理器，通過 溫度傳感器 DS18B20 對空氣進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機， 由單片機控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動空調(diào)機的加熱或降 溫系統(tǒng) 對空氣進行處理，從而模擬實 現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。在整個設(shè)計中，涉及到溫度檢測電路、驅(qū)動控制電路、顯示電路、 鍵盤電路以及電源的設(shè)計等電路。其中單片機的控制程序是起到各 個電路之間的相互協(xié)調(diào)，控制各個電路正常工作的 至 關(guān)重要的作用。其方框圖如下： 輸 入 部 分顯 示 部 分8 9 C 5 1驅(qū) 動 控 制驅(qū) 動 控 制溫 度 傳 感 器（ 加 熱 ）（ 制 冷 ）空 氣 圖 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 uPD75028GC 為核心部件，該單片機除了含有寫入空調(diào)器專用程序外，還包含有 OPV 單片機處理器、數(shù)據(jù)存儲器、 程序存儲器 、 定時計數(shù)器內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 及輸入接口等電路。該程序 可對輸出的信號進行運算和比較，根據(jù)運算和比較的結(jié)果，對室外風(fēng)機、室外壓縮機、定時、制冷、制熱、 抽濕等功能進 行控制。室內(nèi)機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 、步進電機、室內(nèi)風(fēng)機、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，所以設(shè)計中的所需要的程序提前燒制進了 uPD75028GC，一切電路的設(shè)計和單片機各端口的分配就必須和單片機中的程序 相對應(yīng)。其方框圖如下： u P D 7 5 0 2 8 G C輸 入電 路溫 度 檢 測加 熱 或降 溫顯 示電 路 圖 方案二框圖 該方案設(shè)計專業(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。但由于芯片專業(yè)程度高，價格昂貴，通常使用于高價位空調(diào)的的中央控制系統(tǒng)設(shè)計。 方案三 該方案采用的是 AT89C51 單片機為核心控制器件，用它來處理各個單元電路的工作以及檢測其運行情況。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)換電路進行轉(zhuǎn)換，最終得 到數(shù)字信號，將其直接 傳 輸給單片機，然后由單片機 根據(jù)內(nèi)部程序判斷，執(zhí)行相關(guān)控制程序，驅(qū)動 各 單元電路的工作。其方框圖如下 : 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 L M 3 5 D Z A / D 轉(zhuǎn) 換 A T 8 9 C 5 1 可 控 硅 電 路L E D 顯 示可 控 硅 電 路風(fēng) 扇電 爐 圖 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 實現(xiàn)方案： 用按 鍵 輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度值，用 LED 實時顯示環(huán)境空氣溫度，用驅(qū)動電路控制壓縮機完成加熱和制冷調(diào)節(jié)，用 單片機 語言完成軟件編程。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 第三章 硬件設(shè)計 硬件各單元方案設(shè)計與選擇 溫度傳感部分 要求對溫度和與溫度有關(guān)的參 量進行檢測，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小（或升高）的特性制成的 ， 大多數(shù)的半導(dǎo)體熱敏電阻具有負溫度系數(shù)。 負溫度系數(shù)熱敏電阻器 的 特點是 ： 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，價格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長等優(yōu)點 ； 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 軟件對其進行線性化補償。 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，最大非線性偏差小于 ℃ 。 鉑熱電阻與溫度的關(guān)系是，Rt=R0(1+At+Bt t)；其中 Rt 是溫度為 t 攝氏度時的電阻， R0是溫度為 0攝氏度時的電阻， 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。 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)點外，還具有線性好、性能高、價格低等特點 ， 如 DS18B20 智能溫度控制器 。 單線數(shù)字溫度 傳感器 DS18B20 簡介 ：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟 、 數(shù)字化。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，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)定的報警溫度存儲在 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)濟的測溫系統(tǒng) ，并且應(yīng)用電路電但便于設(shè)計。 在本設(shè)計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) 某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，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 8 位的鎖存器輸出相連，各個 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，直到顯示另一個字符為止，正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。若用 I/O 口接 口，這需要占用 N 8 位 I/O 口（ LED 顯示器的個數(shù)為 N）。這樣的話，如果顯示器的個數(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。 動態(tài)顯示方式 ： 當(dāng)多位 LED 顯示時，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個 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)的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 I/O 口控制，實現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個 8 位 I/O 口，而位選線占用 N個 I/O 口（ N 為 LED 顯示器的個數(shù)）。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時刻，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，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 口個數(shù)為 8+N（ N 為 LED 顯示器的個數(shù)），相對靜態(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，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)約硬件資源的動態(tài)掃描顯示方式。 加熱降溫驅(qū) 動控制電路 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 價格十分昂貴。用繼電器時要注意其電感的反向 電動勢，和開關(guān)觸點對電源的影響，以及開關(guān)脈沖對整個電路的影響等，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?用，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、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、 隨 動系統(tǒng)和無觸點開關(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，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，晶閘管便進入導(dǎo)通狀態(tài)，這時管壓降很小（ 1V 左右）。這時即使控制電壓消失，仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)，所以控制電壓沒有必要一直存在，通內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 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，或加上反向電壓實現(xiàn)關(guān)斷。若在交流回路中應(yīng)用，當(dāng)電流過零和進入負半周時，自動關(guān)斷，為了使其再次導(dǎo)通，必須重加控制信號。 采用光耦合 雙向可控硅驅(qū)動電路，這種器件是一種單片機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)出足夠強度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分是一個硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向道通。 光 電 耦合器也常用于較遠距離的信號隔離傳送。一方面光耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地 線的作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，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。 達到同樣的加熱效果，開關(guān)量控制容易，驅(qū)動簡單，驅(qū)動電路的抗干擾能力強。 所以我采用的是光耦合雙向可控硅驅(qū)動電路。 鍵盤輸入部分 常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。 獨立式按鍵接口是各種按鍵相互獨立，每個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按鍵被按下了。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需占用一根輸入口線 ，在按鍵數(shù)量較多時，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。獨立式按鍵電路按鍵直接與單片機的 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)，即可識別出按下的鍵盤。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 4 4 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、列的交叉點上。矩陣鍵盤的工作原理是按鍵設(shè)置在行、列線交點上，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。平時無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此電平相連的列線電平 決定。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、列線信號配合起來并做適當(dāng)處理，才能決定閉合鍵位置。 對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一決定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高 4位是行號，低 4位是列號。但這種編碼對于不同行的鍵，離散性大，并且編碼的復(fù)雜度與鍵盤的個數(shù)成正比，因此不適合用在輸入量小的設(shè)計中 。 本設(shè)計的按鍵需求較多， 所以我采用的