【導讀】核準通過，歸檔資料。未經允許，請勿外傳！本文設計了一個典型的智能電子系統，即單片機控制空調溫度系統。本論文在溫度控制系統的硬件設計進行了簡單的介紹的基礎。轉換電路、顯示電路等進行實時控制。

　　

【正文】 ………………………………………………………… ...............1 單片機的應用 …………………………………………………… ............1 溫度控制系統的發(fā)展及意義 ……………………………………… ........1 課題的背景 …………… ……………………………………… ................2 本次設計的要求 …………………………………………………… ........2 第 2 章 特殊器件介紹 …………………………………………………… ...........6 溫度傳感器 AD590…………………………………………………… .....6 AT89S51 單片機 …………………………………………………… .......10 光電耦合器 MOC3040…………………………………………………… 12 第 3 章 硬件單元 ……………………………………………………… ..............13 硬件各單元方案設計與選擇 ……………………………………… .........13 單元電路設計 …………………………………………………… ............16 第 4 章 軟件設計方案 ……………………………………………… ..………… 19 系統軟件設計說明 …………………………………………………… ....19 主程序流程 …………………………………………………… ................19 A/D 轉換子程序 …………………………………………………… .........20 顯示子程序 …………………………………………………… ................22 鍵盤子程序 …………………………………………………… ................23 延時子程序 …………………………………………………… ................25 第 5 章 總結 …………………………………………………………………… ..27 致謝 ………………………………………… ……………………… ....……… ........28 參考文獻 ………………………………………………………… ....................…… 29 附錄 …………………………………………………………………………… ........30 4 第一章 緒論 單片機的應用 單片機是指一個集成在一塊 芯片 上的完整計算機 系統 。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、 內存 、內部和外部 總線 系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、 定時器 ，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。 基于 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點 ， 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域 沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統， 空調機 、錄 像機、攝 像 機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 溫度控制系統的發(fā)展與意義 溫度控制系統是人類供熱， 降溫 的主要設備的驅動來源，它的出現迄今已有兩百余年的歷史，期間，從低級到高級，從簡單到復雜，隨著生產力的發(fā)展和對溫度控制精度要求的 不斷提高，溫度控制系統的控制技術得到不斷迅速發(fā)展。隨著生產的發(fā)展，智能溫度控制系統日益廣泛的用于工業(yè)生產的各個領域，成為發(fā)展國民經濟的重要熱工設備之一。在現代化的建設中，能源的需求非常大，然而我國的能源利用率極低，所以實現溫度控制的智能化，有著極為重要的實際意義。 對于溫度控制系統而言，溫度 t 是通過控制加熱裝置的供電電壓 u來控制的。工藝要求溫度應控制在溫度給定值 tg 附近，考慮到溫度有非線性、時變性以及室溫、工作條件等的不良擾動因素，且溫度控制通常要求具有快速、無超調的響應特性，用常規(guī)的 PID 調節(jié)器 很難滿足這些要求 ，而單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，使用單片機控制溫度，從而使溫度控制變得簡便，精確。 5 課題的背景 隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現使得溫度的采集和數據處理問題能夠得到很好的解決。溫度是生活、工業(yè)、農業(yè) 等，對象中的一個重要的被控參數。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數據采集的精度和采用的控制方法也不相同。本系統所采用的是單片機和溫度傳感器所組成，要求溫度在 10℃～＋ 45℃變化，但能自動控制。本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。本系統所使用的單片機89S51 使溫度控制大為簡便。 本次設計的要求 設計一 個空調機的溫度控制單元。用單片機技術及相應仿真平臺進行開發(fā)，通過數據采集系統，對溫度進行采集并作 A/D 轉換，再傳輸給單片機。以空調機為執(zhí)行器件，通過單片機程序來完成對室內溫度的控制。 設計主要要求如下： （ 1） 溫度設定范圍在 10C0 ~45C0 ，最小區(qū)分溫度為 1 C0 ，標定溫差 1C0 。 （ 2） 用二位十進數碼顯示當前溫度。 （ 3） 能根據設定的溫度實現西東加熱或降溫處理。 （ 4） 設計出控制系統電路單元。 6 InIqKITV BE ?第二章 基礎器件介紹 溫度傳感器 AD590 AD590 是 AD 公司里利用 PN結正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。實際上，中國也開發(fā)出了同類型的產品 在被測溫度一定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換型，測量精度高并具有消除電源波動的特性。即使電源在 5V~10V之間變化，其電流只是在 1 毫安以下微小變化。 集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的 be結壓降的不飽和值 VBE與熱力學溫度 T和通過發(fā)射極電流 I的下述關系實現對溫度的檢測如公式 (） : （ ） 式中： K 為波爾茲常數， q 為電子電荷絕對值 。 集成溫度傳感器具有線性好，精度適中，靈敏度高，體積小，使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出與電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0C0 時輸出為 0，溫度 25C0 時輸出電壓 。電流輸出型的靈敏度一般為 1μA/K。 AD590 是電流 型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據特性分檔， AD590 的后綴以 I、 J、 K、 L、 M 表示。 AD590L、 AD590M 一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V+； 2 腳為電流輸出端 L0： 3 腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖 有圖所示。 圖 AD590 外封裝及電路符號 AD590 是美國模擬器件公司生產的單片機集成兩端感溫電流源。 7 KATI /1?? ?I?T4T3T2T1URE4URE3T4T3T4T3URE?RIn nRUI RE /))(/(1 ??RL AD590 的主要特性 流過器件的電流（ μA）等于器件所 處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數，即公式（ ）： （ ） 式中 是流過器件（ AD590）的電流，單位為 μA； T 是熱力學溫度，單位為 K AD590 的測溫范圍為 55C0 ~ +150C0 AD590 的電源電壓范圍為 4V~ 4V~6V 范圍變化，電流 Iι變化 1μA，相當于溫度變化 1K。 AD590 可以承受 44V正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 輸出電阻為 710MΩ 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔的精度最高 55C0 ~ +150C0 范圍內，非線性誤差為 ? 。 AD590 的工作原理 在被測溫度一定時， AD590 相當于一個恒流源，把它和 5V30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個 1KΩ的恒指電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時地阿奴亮度將會有 1mV/K 的電壓信號。它是利用 PN 結特性集成的傳感器的感溫部分的核心電路。其中有兩只三極管 、 起恒流源的作用，可用于是左右兩支路的集電極電流 11和 12 相等；另兩只三極管 、 是感溫用的晶體管，兩個管的材質和和工藝完全相同，但 實質上是由 n 個晶體管并聯而成，因而其結面積是 的 n 倍。 和 的發(fā)射結電壓 和 經反極性串聯后加在電阻 R 上，所以 R 上端電壓為 。因此，電流 I 為（ ）： （ ） 對于 AD590， n = 8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度成正比，將此電流引至負載 電阻上便可得到與熱力學溫度 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不收電源電壓和導線電阻的影響。 8 基本應用電路 圖 是 AD590 用于測量熱力學溫度的基本電路。因為流過 AD590 的電流與熱力學溫度成正比，當電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為 1KΩ時，輸出電壓 V0 隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因 此應對電路進行調整。調整方法為：吧 AD590 放入冰水混合物中，調整電位 R2,使 VO=?；蛟谑覝叵拢?25C0 ）條件下調整電位器，使 V0=+25=（ mV）。但這樣調整只可保證在 0C0 或 25C0 附近有較高的精度。 圖 AD590 基本應用電路 攝氏溫度測量電路 如圖 所示，電位器 R2用于調整零點， R1 用于調整運放 LF355 的增益。調整方法如下：在 0C0 調整 R2， 使輸出 V0=0，然后在 100C0 時調整 R1使V0=100mV。 如此反復調整多次，直到 0C0 時， V0=0mV， 100C0 時 V0=100mV。最后在室溫下進行校檢。例如，若室溫 25C0 ，那么 V0應為 25mV。冰水混合物是 0C0 環(huán)境，沸水為 100C0 環(huán)境 。 要使圖 中的輸出為 200mV/ C0 ，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R5 與電位器 R1 串聯而成）來實現。另外，測量華氏溫度（符號為 F? )時，因華氏溫度等于熱力學溫度減去 再乘以 9/5，故若要求輸出為 1mV/F? ,則調整反饋電阻約為 180kΩ，使得溫度為 0C0 時， V0=；溫度為 100C0 時，V0=。 9 圖 用于測量攝氏溫度的電路 溫差測量電路及其應用 圖 是利用兩個 AD590 測量兩點溫度差的電路。在反饋電阻中為電阻為100kΩ的情況下，是 1 和 2 AD590 處的溫度為 t1（ C0 ） 和 t2（ C0 ），則輸出電壓為 100（ t1t2） mV/C0 。圖中電位器 R2 用于調零。電位器 R4 用于調整運放 LF355的增益。 由基爾霍夫電流定律： I1+I2=I1+I3+I4 由運算放大器的特性知： I3=0 Vλ ≈ 0調節(jié)零電位器 R2 使： I4=0 可得 I=I1I2 設 ： R1 =90kΩ 則有： V0=I(R3+R4)=(I1I2)(R3+R4)=(t1t2)100mV/C0 其中 t1t2為溫差，單位為 C0 。改變 （ R3+R4） 的值尅改變 V0 的大小。 圖 測量亮點溫度差的電路 10 AT89S51 單片機 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內 4K bytes 的可系統編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，建通標準 8051