单片机的空调控制系统设计与仿真
目 录
一、 引言 1
（一） 设计目的和意义 1
（二） 空调的国内外发展现状 1
（三） 设计任务与要求 2
二、 方案设计与元器件选择 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） LCD1602液晶介绍 4
（四） DS18B20温度传感器介绍 5
（五） 继电器介绍 6
（六） 键盘模块介绍 7
三、 硬件电路设计 9
（一） 智能空调的总体方案设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） 液晶屏电路设计 10
（四） 4×4动态扫描键盘设计 11
（五） 继电器及其驱动电路设计 11
（六） 冷热气开关阀电路设计 12
（七） DS18B20温度传感器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 空调控制系统的软件系统设计 14
（二） 液晶屏软件流程设计 15
（三） 继电器工作流程设计 15
五、 系统仿真 17
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 系统总原理图 2
附录二 程序 3
引言
设计目的和意义
所谓“智能空调”指的是内部具有智能控制系统的智能空调，通常情况下它内部由微处理器模块、温度采集模块、显示器、按键等组成，相比与传统空调，它好像具有会思考的能力，能够根据用户的要求实现适宜的工作模式。传统空调早在十九世纪三十年代就已经由美国的工程师卡里尔发明出来，此时正值于第二次工业革命完成的时期，各种新型的家用电器出现在人们的生活中，空调就是这么一种令人们欢迎的产品。传统的电空调由电机及电压控制器构成，人们之所以能够控制电空调的风速是由于空调的风速调节器内部的分压线圈，当把风速开关转动到不同的角度时，内部的指针接触到分压线圈的不同位置，空调电机就会得到不同的电压，从而获得不同的转速。传统空调从出现至今，一共被沿用了接近两个世纪的时间，世界上几
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尔发明出来，此时正值于第二次工业革命完成的时期，各种新型的家用电器出现在人们的生活中，空调就是这么一种令人们欢迎的产品。传统的电空调由电机及电压控制器构成，人们之所以能够控制电空调的风速是由于空调的风速调节器内部的分压线圈，当把风速开关转动到不同的角度时，内部的指针接触到分压线圈的不同位置，空调电机就会得到不同的电压，从而获得不同的转速。传统空调从出现至今，一共被沿用了接近两个世纪的时间，世界上几乎任何一个国家都有空调的生产厂家，因此空调至今没有被淘汰，并且正在不断地受到越来越多人所青睐。在智能概念以及微处理技术发展成熟后，生活中许多常用的家用电器被融入了智能技术，智能空调就是这么一种被多次改进和设计的智能电器，由于传感器技术以及集成技术的飞速发展，多种功能各异的传感器被植入到智能空调控制系统中，比如温度传感器就是这么一种经常被使用的传感器，通过温度传感器采集室温就可以实现一个智能空调反馈系统——当室温较高时，微处理器控制空调发出冷气；而当室温较低时，微处理器控制空调发出热气；而当室内没有人时，微处理器能够自动将空调停止工作，这样在一定程度上降低了电源的浪费。智能空调是组成智能家居的一个重要部分，智能家居这个概念出现地非常早，但是真正的进入到人们的视野却是最近的事，这主要得益于单片机技术以及各种通信技术的发展，智能家居不仅仅是以舒适性为目的，更引入了以前人们所不知的智能特点，比如能够根据室外光照强度自动启闭窗帘、具有根据温度或者感应传感器而自动调节风速或者转向的智能空调，还有基于GSM模块、能够通过手机来管理家庭电器的控制系统等。智能家居的范畴包括家庭中常用的音频设备、电视、照明、空调以及窗帘等，以舒适性以及高效性为最终目的，满足了经济飞速发展后人们对于高质量生活的追求。可见设计出高性能的智能空调不仅能够提高空调带给人们的舒适生活，还有利于推进智能家居系统的发展，因此本文以智能空调作为研究对象，探讨智能空调的原理以及设计方法。
空调的国内外发展现状
目前国际上对于智能空调的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能空调正在不断地投入到生产和人们的空调生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X-10家庭自动化系统，X-10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的空调生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能空调的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过手机就能遥控空调或者电视的方案。
设计任务与要求
本文以基于单片机的智能空调为研究目标，设计了一款能够实现温度调节的电子控制系统，在文章第一章，主要对空调控制系统的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二章对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，文章的第三章对硬件系统进行了设计，第四章主要对软件系统进行了设计，本系统主要实现了以下几个指标。
1、空调的温度控制范围为16至30度，精度为0.5摄氏度。
2、具有液晶显示功能。
3、当温度低于设定温度时，启动加热系统；当温度高于设定温度时，启动制冷系统；
方案设计与元器件选择
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大
一、 引言 1
（一） 设计目的和意义 1
（二） 空调的国内外发展现状 1
（三） 设计任务与要求 2
二、 方案设计与元器件选择 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） LCD1602液晶介绍 4
（四） DS18B20温度传感器介绍 5
（五） 继电器介绍 6
（六） 键盘模块介绍 7
三、 硬件电路设计 9
（一） 智能空调的总体方案设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） 液晶屏电路设计 10
（四） 4×4动态扫描键盘设计 11
（五） 继电器及其驱动电路设计 11
（六） 冷热气开关阀电路设计 12
（七） DS18B20温度传感器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 空调控制系统的软件系统设计 14
（二） 液晶屏软件流程设计 15
（三） 继电器工作流程设计 15
五、 系统仿真 17
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 系统总原理图 2
附录二 程序 3
引言
设计目的和意义
所谓“智能空调”指的是内部具有智能控制系统的智能空调，通常情况下它内部由微处理器模块、温度采集模块、显示器、按键等组成，相比与传统空调，它好像具有会思考的能力，能够根据用户的要求实现适宜的工作模式。传统空调早在十九世纪三十年代就已经由美国的工程师卡里尔发明出来，此时正值于第二次工业革命完成的时期，各种新型的家用电器出现在人们的生活中，空调就是这么一种令人们欢迎的产品。传统的电空调由电机及电压控制器构成，人们之所以能够控制电空调的风速是由于空调的风速调节器内部的分压线圈，当把风速开关转动到不同的角度时，内部的指针接触到分压线圈的不同位置，空调电机就会得到不同的电压，从而获得不同的转速。传统空调从出现至今，一共被沿用了接近两个世纪的时间，世界上几
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
尔发明出来，此时正值于第二次工业革命完成的时期，各种新型的家用电器出现在人们的生活中，空调就是这么一种令人们欢迎的产品。传统的电空调由电机及电压控制器构成，人们之所以能够控制电空调的风速是由于空调的风速调节器内部的分压线圈，当把风速开关转动到不同的角度时，内部的指针接触到分压线圈的不同位置，空调电机就会得到不同的电压，从而获得不同的转速。传统空调从出现至今，一共被沿用了接近两个世纪的时间，世界上几乎任何一个国家都有空调的生产厂家，因此空调至今没有被淘汰，并且正在不断地受到越来越多人所青睐。在智能概念以及微处理技术发展成熟后，生活中许多常用的家用电器被融入了智能技术，智能空调就是这么一种被多次改进和设计的智能电器，由于传感器技术以及集成技术的飞速发展，多种功能各异的传感器被植入到智能空调控制系统中，比如温度传感器就是这么一种经常被使用的传感器，通过温度传感器采集室温就可以实现一个智能空调反馈系统——当室温较高时，微处理器控制空调发出冷气；而当室温较低时，微处理器控制空调发出热气；而当室内没有人时，微处理器能够自动将空调停止工作，这样在一定程度上降低了电源的浪费。智能空调是组成智能家居的一个重要部分，智能家居这个概念出现地非常早，但是真正的进入到人们的视野却是最近的事，这主要得益于单片机技术以及各种通信技术的发展，智能家居不仅仅是以舒适性为目的，更引入了以前人们所不知的智能特点，比如能够根据室外光照强度自动启闭窗帘、具有根据温度或者感应传感器而自动调节风速或者转向的智能空调，还有基于GSM模块、能够通过手机来管理家庭电器的控制系统等。智能家居的范畴包括家庭中常用的音频设备、电视、照明、空调以及窗帘等，以舒适性以及高效性为最终目的，满足了经济飞速发展后人们对于高质量生活的追求。可见设计出高性能的智能空调不仅能够提高空调带给人们的舒适生活，还有利于推进智能家居系统的发展，因此本文以智能空调作为研究对象，探讨智能空调的原理以及设计方法。
空调的国内外发展现状
目前国际上对于智能空调的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能空调正在不断地投入到生产和人们的空调生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X-10家庭自动化系统，X-10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的空调生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能空调的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过手机就能遥控空调或者电视的方案。
设计任务与要求
本文以基于单片机的智能空调为研究目标，设计了一款能够实现温度调节的电子控制系统，在文章第一章，主要对空调控制系统的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二章对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，文章的第三章对硬件系统进行了设计，第四章主要对软件系统进行了设计，本系统主要实现了以下几个指标。
1、空调的温度控制范围为16至30度，精度为0.5摄氏度。
2、具有液晶显示功能。
3、当温度低于设定温度时，启动加热系统；当温度高于设定温度时，启动制冷系统；
方案设计与元器件选择
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大
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