单片机的空调控制系统
目 录
一、引言 1
（一）、设计目的和意义 1
（二）、设计任务与要求 1
二、硬件电路设计 2
（一）、总体方案设计 2
（二）、单片机的选型 2
（三）、振荡电路设计 4
（四）、复位电路 5
（五）、4×4动态扫描键盘设计 6
（六）、温度测量电路设计 7
（七）、系统显示电路设计 8
（八）、加热系统及制冷系统模拟电路设计 10
（九）、系统原理图设计 11
三、软件系统设计 11
四、系统调试 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
附录 程序 20
一、引言
（一）、设计目的和意义
随着科技的进步和经济的快速发展，高科技产品正在不断地给人们的生活创造便利，使得生活越来越智能化和人性化。公元前1000年左右，最古老的空调已经出现在波斯人的生活中了，他们采用的是一种空气调节系统，通过在屋顶上安装风杆，将室外的自然风穿过凉水后吹入屋内，给室内带来凉爽的效果。
虽然目前在我国已经有很多生产空调的厂家，并且制冷产品也多种多样，但是因为我国的人口众多，对于空调的需求非常旺盛，在很多地区的家庭还没有享受到空调的舒适。在他们的家居生活中，室内温度无法控制在适宜的范围内，通过冬季室内温度低，夏季室内温度高，这种现象使得百姓的生活质量无法提高，温度、湿度等各项指标都不能灵活控制。传统上主要机械式设备来进行室内外的空气交换，从而来降低室内的温度，实现人们的宜居生活。通常这些机械设备的开启和停止需要人工控制，即温度的掌握主要通过人的感觉来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
通知，这样不但浪费了精力而且效果还不理想。然后随着空调的问世，使得人们的生活环境有了显著的提高，这次的论文设计就是关于空调控制系统的设计，而与市场上的空调不同的是，我采用的控制器是电子专业学生都熟悉的51单片机，通过设计能够体现出我学习的进展。
（二）、设计任务与要求
本文将设计一个采用AT89C51单片机作为主控芯片的空调控制系统，并且选用DS18B20温度传感器作为空调控制系统的温度采集部分，并配置了加热模块和制冷模块，由于制冷机模块不易实现，所以本次设计用一个继电器来模拟制冷机的工作启闭。下面对本空调控制系统的性能指标做如下要求：
1、温度控制范围在20℃至30℃，并且精度为0.5℃。
2、对室温变化要敏感，将温度稳定在设定温度上。
3、设定温度和实际温度能够通过显示器显示出来。
4、当温度低于设定温度时，启动加热系统；否则启动制冷系统；
二、硬件电路设计
（一）、总体方案设计
对于本次设计的“基于单片机的空调控制系统”，通过DS18B20温度传感器对室内的温度进行采集，随后通过单片机对采集的温度进行处理加工，单片机在将温度数据解出来之后跟设定温度进行对比，进行加热或者制冷的操作，并在液晶屏上显示出温度值。
铂电阻在温度采集上具有广泛应用，它作为温度采集元件具有精度高、中段测量线性度好的良好特性，然而实现它功能的电路系统非常庞大并且不易调试，成本较贵。所以，本次设计采用DS18B20型温度传感器作为采温器件，将温度采集到后通过内部的AD模块转化成数字信号，经过其DO管脚将带有温度信息的数字信号传输给单片机，然后单片机通过对数字信号的解码，将温度值还原出来。然后再用LCD1602液晶显示器把温度值显示出来，并且将采集得到的温度值与预先设定好的温度值进行比较，当采样的温度低于设定的温度的时候，单片机驱动加热系统工作，给室内加温；否则单片机会启动制冷系统工作，给室内降温；另外，通过外部的键盘模块可以方便的设定温度，控制方便灵活。下图1为本系统的总体框架图：
图1 系统整体框图
（二）、单片机的选型
在本系统中，单片机作为控制核心需要完成驱动LCD1602显示温度值、检测按键输入信号、驱动DS18B20温度传感器并且控制LED灯等任务，因为此次设计并没有严格要求单片机处理速度是否快还是慢，所以我们就选择了AT89C51单片机作为本次设计的控制芯片。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器 （FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器 ，俗称单片机 。AT89C2051是一种带有2KB的Flash ROM，它是一个可擦拭同时也可写的单片机只读存储器。单片机 的可擦除ROM能够用来反复的进行一千次左右的擦除。该单片机采用ATMEL的高密度、非易失性存储器 的特性来进行制造的，而且能够与MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为多功能的8位CPU与Flash ROM集成在了一个芯片内，从而使得ATMEL中的AT89C51是一高效微控制器，AT89C2051单片机是它的一种精简版本。如今，大多数嵌入式控制系统 都通过AT89C51单片机 得到了一种灵活而又价廉的方案。下图2为其引脚图：
图2 AT89C51单片机引脚图
（三）、振荡电路设计
晶振的全称叫做晶体振荡器，它可由一个电阻和一个电容进行并联后再串联一个电容的二端网络等效代替。此等效网络一般会有两个谐振点，其中之一的较低频率的点是串联谐振形成的，而另外一个较高频率的点则是并联谐振形成的。由于晶体的本身物理特性，所以能够使得这两个频率点相距很近。同时在这很窄的频率范围里，晶振可以用来等效成一个电感，所以在晶振的两个引脚并联两个合适的电容后，就可以组成并联谐振电路。单片机内部的反馈电路与并联谐振电路组合在一起就形成了正弦波振荡电路。但是由于晶振等效为电感后，它的频率范围非常非常窄，所以即使电路中的其他地方变化很大也不会影响到振荡频率。
图4 复位电路
（五）、4×4动态扫描键盘设计
LCD1602主要技术参数：
芯片工作电压:4.5—5.5V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
显示容量:16×2个字符
模块最佳工作电压:5.0V
工作电流:2.0mA(5.0V)
总结
时间恰白驹过隙，转瞬后大学三年的学习、生活悄然结束了，从曾经刚步入大学的懵懂青年到如今长大成熟不少，再到三年内学会学到了很多知识，感知出了不少益用的真谛。匆匆时光总是慢不下来沉重的脚步，很快就要到了毕业的时候了、而我所设计的毕业论文也快完成的差不多了。经过几个月的设计制作与反复修改后，我的毕业论文就快完工了。在没有接触毕业设计之前，我就只认为毕业设计只是进行大学三年学习与实践的一个总结，然而通过整个毕业设计的制作过程后，我才知道我的理解是单纯的、片面的。毕业设计一方面是对我以前所学专业的一个大体总结，另一方面也是对我专业能力部分的一次升华。通过毕业设计的制作，是我深刻明白自己的能力不足与专业知识部分存在的短处。此刻才感觉出自己所要学习领会的实在太多太多了，以前总是眼高手低的感觉自己学了就懂，学了就会，其实不然。通过本次的毕业论文的设计排版，是我深深的明白了学习永无止境的道理。在今后的学习、工作中都要不断的学习，努力升华自己的综合素养与知识实践能力。
一、引言 1
（一）、设计目的和意义 1
（二）、设计任务与要求 1
二、硬件电路设计 2
（一）、总体方案设计 2
（二）、单片机的选型 2
（三）、振荡电路设计 4
（四）、复位电路 5
（五）、4×4动态扫描键盘设计 6
（六）、温度测量电路设计 7
（七）、系统显示电路设计 8
（八）、加热系统及制冷系统模拟电路设计 10
（九）、系统原理图设计 11
三、软件系统设计 11
四、系统调试 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
附录 程序 20
一、引言
（一）、设计目的和意义
随着科技的进步和经济的快速发展，高科技产品正在不断地给人们的生活创造便利，使得生活越来越智能化和人性化。公元前1000年左右，最古老的空调已经出现在波斯人的生活中了，他们采用的是一种空气调节系统，通过在屋顶上安装风杆，将室外的自然风穿过凉水后吹入屋内，给室内带来凉爽的效果。
虽然目前在我国已经有很多生产空调的厂家，并且制冷产品也多种多样，但是因为我国的人口众多，对于空调的需求非常旺盛，在很多地区的家庭还没有享受到空调的舒适。在他们的家居生活中，室内温度无法控制在适宜的范围内，通过冬季室内温度低，夏季室内温度高，这种现象使得百姓的生活质量无法提高，温度、湿度等各项指标都不能灵活控制。传统上主要机械式设备来进行室内外的空气交换，从而来降低室内的温度，实现人们的宜居生活。通常这些机械设备的开启和停止需要人工控制，即温度的掌握主要通过人的感觉来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
通知，这样不但浪费了精力而且效果还不理想。然后随着空调的问世，使得人们的生活环境有了显著的提高，这次的论文设计就是关于空调控制系统的设计，而与市场上的空调不同的是，我采用的控制器是电子专业学生都熟悉的51单片机，通过设计能够体现出我学习的进展。
（二）、设计任务与要求
本文将设计一个采用AT89C51单片机作为主控芯片的空调控制系统，并且选用DS18B20温度传感器作为空调控制系统的温度采集部分，并配置了加热模块和制冷模块，由于制冷机模块不易实现，所以本次设计用一个继电器来模拟制冷机的工作启闭。下面对本空调控制系统的性能指标做如下要求：
1、温度控制范围在20℃至30℃，并且精度为0.5℃。
2、对室温变化要敏感，将温度稳定在设定温度上。
3、设定温度和实际温度能够通过显示器显示出来。
4、当温度低于设定温度时，启动加热系统；否则启动制冷系统；
二、硬件电路设计
（一）、总体方案设计
对于本次设计的“基于单片机的空调控制系统”，通过DS18B20温度传感器对室内的温度进行采集，随后通过单片机对采集的温度进行处理加工，单片机在将温度数据解出来之后跟设定温度进行对比，进行加热或者制冷的操作，并在液晶屏上显示出温度值。
铂电阻在温度采集上具有广泛应用，它作为温度采集元件具有精度高、中段测量线性度好的良好特性，然而实现它功能的电路系统非常庞大并且不易调试，成本较贵。所以，本次设计采用DS18B20型温度传感器作为采温器件，将温度采集到后通过内部的AD模块转化成数字信号，经过其DO管脚将带有温度信息的数字信号传输给单片机，然后单片机通过对数字信号的解码，将温度值还原出来。然后再用LCD1602液晶显示器把温度值显示出来，并且将采集得到的温度值与预先设定好的温度值进行比较，当采样的温度低于设定的温度的时候，单片机驱动加热系统工作，给室内加温；否则单片机会启动制冷系统工作，给室内降温；另外，通过外部的键盘模块可以方便的设定温度，控制方便灵活。下图1为本系统的总体框架图：
图1 系统整体框图
（二）、单片机的选型
在本系统中，单片机作为控制核心需要完成驱动LCD1602显示温度值、检测按键输入信号、驱动DS18B20温度传感器并且控制LED灯等任务，因为此次设计并没有严格要求单片机处理速度是否快还是慢，所以我们就选择了AT89C51单片机作为本次设计的控制芯片。
AT89C51是一种带4K字节
图2 AT89C51单片机引脚图
（三）、振荡电路设计
晶振的全称叫做晶体振荡器，它可由一个电阻和一个电容进行并联后再串联一个电容的二端网络等效代替。此等效网络一般会有两个谐振点，其中之一的较低频率的点是串联谐振形成的，而另外一个较高频率的点则是并联谐振形成的。由于晶体的本身物理特性，所以能够使得这两个频率点相距很近。同时在这很窄的频率范围里，晶振可以用来等效成一个电感，所以在晶振的两个引脚并联两个合适的电容后，就可以组成并联谐振电路。单片机内部的反馈电路与并联谐振电路组合在一起就形成了正弦波振荡电路。但是由于晶振等效为电感后，它的频率范围非常非常窄，所以即使电路中的其他地方变化很大也不会影响到振荡频率。
图4 复位电路
（五）、4×4动态扫描键盘设计
LCD1602主要技术参数：
芯片工作电压:4.5—5.5V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
显示容量:16×2个字符
模块最佳工作电压:5.0V
工作电流:2.0mA(5.0V)
总结
时间恰白驹过隙，转瞬后大学三年的学习、生活悄然结束了，从曾经刚步入大学的懵懂青年到如今长大成熟不少，再到三年内学会学到了很多知识，感知出了不少益用的真谛。匆匆时光总是慢不下来沉重的脚步，很快就要到了毕业的时候了、而我所设计的毕业论文也快完成的差不多了。经过几个月的设计制作与反复修改后，我的毕业论文就快完工了。在没有接触毕业设计之前，我就只认为毕业设计只是进行大学三年学习与实践的一个总结，然而通过整个毕业设计的制作过程后，我才知道我的理解是单纯的、片面的。毕业设计一方面是对我以前所学专业的一个大体总结，另一方面也是对我专业能力部分的一次升华。通过毕业设计的制作，是我深刻明白自己的能力不足与专业知识部分存在的短处。此刻才感觉出自己所要学习领会的实在太多太多了，以前总是眼高手低的感觉自己学了就懂，学了就会，其实不然。通过本次的毕业论文的设计排版，是我深深的明白了学习永无止境的道理。在今后的学习、工作中都要不断的学习，努力升华自己的综合素养与知识实践能力。
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