空调温度控制器设计(附件)
本次设计以STC12C5A60S2为核心，介绍了一种空调温度控制器的控制系统。本系统能够实现温度测量，并将测量到的温度显示在液晶显示屏上。之后与温度设定值相比较，经过单片机的控制得到控制量，来控制相应的控制器对室内温度进行控制。 本系统含有PID控制和模糊控制，使得系统在运行时，根据设定的温度以及一定的规律，对温度的控制更加的精确。而液晶显示屏、矩阵键盘在系统中的作用更是使得系统更加的人性化。控制器包括风扇和加热片，和传统空调温度控制器不同，这两件设备更加节能环保。关键词 温度控制，液晶屏显示，PID,空调目 录
1 绪论 1
1.1 研究意义1
1.2 研究内容2
2 硬件设计 4
2.1 单片机芯片5
2.2 显示屏 5
2.3 加热电路 6
2.4 制冷电路7
2.5 温度传感器8
2.6矩阵键盘10
2.7 PWM原理 12
3 软件设计 12
3.1复位电路14
3.2 PID 15
3.3模糊系统控制17
4 仿真与实验仿真 19
4.1仿真软件19
4.2调试工具19
4.3实物制作结果与调试19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 程序清单 24
附录二 完整电路图38
1 绪论
1.1 研究意义
近年来，科学技术越来越改变了人们的生活水平以及习惯，而空气调节技术更是在人们的身边扮演着十分重要的角色。空调能够在任何情况下通过使用其自带的空调设备以及调节手段来控制一定范围内的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。在此之中，对于温度的调节是其中最重要的环节，因为人体对于温度的感受极其铭感。
当温度低于零下8℃时候，人体会感觉到十分的寒冷，对于一些身体抵抗力较差的人来说，甚至会出现不同程度的冻伤。温度低于4℃，这时，人脑的运行速度将会被影响。体内热量逐渐流失，抵抗能力变差。此时，人们需要为了防止由身体热量不断流失而出现的不适，则需
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及调节手段来控制一定范围内的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。在此之中，对于温度的调节是其中最重要的环节，因为人体对于温度的感受极其铭感。
当温度低于零下8℃时候，人体会感觉到十分的寒冷，对于一些身体抵抗力较差的人来说，甚至会出现不同程度的冻伤。温度低于4℃，这时，人脑的运行速度将会被影响。体内热量逐渐流失，抵抗能力变差。此时，人们需要为了防止由身体热量不断流失而出现的不适，则需要做大量运动来保持身体拥有足够的热量。当然，低温能够促进肝脏内糖原的转化，同时也会加快肝酶的形成并且促进细胞呼吸，这是身体应对低温的一种保护机制。人们在10℃以下的温度下通常都不会有太高的热情，因为温度抑制住了人们的情绪。但是在18~20℃之间，最适合人们开始工作，因为此时人们的精神最为亢奋并且工作效率达到最高，所以不妨在这个时候去做最难搞定的工作。人们都喜欢在春天出去旅游，因为当温度在20~22℃的时，人们的心情一般十分舒畅。但值得注意的是，各类细菌在这个温度下也是繁殖最快的，所以旅游时也要保持个人卫生。一般人们在温度高于28℃时就该适量减少穿着的衣物了，这个温度对于人体来说的确有点热。30℃以上，身体温度与环境温度之间的差值很小，此时身体和环境之间的温度交换就很小了，所以需要汗液的蒸发来带走多余的热量以达到降温的目的。当温度高于32℃，人体的热量很难散发出去，此时汗液的蒸发也是极其缓慢的，所以身体会大量出汗，严重时人们感到乏力，体质较差的人甚至可能会中暑晕倒。
所以，在科学技术极速发展的今天，空调的温度调节是关系着人们生活健康的大事。对空调温度调节的设计将会改变人们的日常生活。
1978年我国开始了房间空调器生产以后，生产空调的数量占了全世界生产总量的一半以上，一跃升为空调生产量的世界第一，但是对于温度测控技术的研究，我国在20世纪80年代才刚刚起步。我国温度控制的方法是以发达国家的温度测控技术为基础的，经过我国工程技术人员的转化吸收发展成为了我国自身的室内温度微机控制技术，但是这项技术却局限于单项环境因子下的温度控制。所以我国自己的温度测控设施计算机应用，从总体上来说是由消化吸收到简单应用再到综合性应用这样的方式进行阶段性过渡和发展。但是我国单片机温度控制技术仍然是单参数单回路控制，对室内温度的控制能力十分有限，而国际上先进的温度控制技术已经发展到了多参数多回路控制，从这方面来说我国和国际的差距还很巨大。并且我国温度测量控制想要发展到工厂化程度，仍然需要一大段路要走，因为许多问题在生产实际中困扰着我们，例如：装备配套能力不足，产业化程度不足，环境控制能力不足以及软硬件资源共享和可靠性不足等等缺点。
1.2 研究内容
科技广泛发展到今天，计算机的发展正在逐渐加快并且应用方面越来越广泛。而其中单片机的发展和应用更是其中非常重要的一部分。在机电、化工、轻纺、自控和民用家电等等各方面领域，单片机的作用以及不可被替代。而其中，单片机在工业生产中更是占据了非常重要的位置。
单片机的优点很多，例如集成度高、处理能力强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉，因此被应用到生活生产的各个方面。其中温度控制系统更是影响到了生活生产中的方方面面。使用单片机设计的温度控制系统即为当温度超过设定的范围时，通关单片机的控制，使得温度回到设定的范围内。电子技术的发展，尤其是其中大规模集成电路的出现，将人们的生活带到了一个新的天地，如果说计算机的出现从根本上推动了现代科学研究的发展，那么单片机技术则带给了现代工业控制中的测控领域一次全新的革命。如今，单片机控制的机器在生产中非常常见。特别是单片机中的C51系列单片机，因为其拥有更好的稳定性以及更快的运算速度和更准确的运算精度，将工业生产再次推动并且逐渐影响到了人们的生活、工作和学习中来。而本次设计便是要以C51系列单片机为控制核心，来实现空调机温度控制系统的实现。将DS18B20作为室内温度传感器，测量温度的变化，并且把温度的变化传给单片机控制系统，让系统做出相应的应对，使得温度再次回到设定的范围内。
1.2.1 制冷原理
目前国内制冷大多以使用氟利昂为制冷剂的制冷系统制冷。将空调通电后，低温系统中的低压蒸汽被压缩机压缩成高温蒸汽，然后排入冷凝器之中。多余的热量将被经过冷凝器的室外空气带走，这个过程使得高压制冷剂蒸汽成为了高压液体。因为高压液体在气化的过程之中需要吸收大量的热量，所高压液体经过过滤器和节流机构后进入蒸发器时，周围的温度会明显降低。这时，贯流风扇将周围形成的低温空气吹进室内。像这样来来往往不停重复，室内空气与空调之间不停进行热交换，就能使得室内温度降低。
氟利昂虽然对人体并没有什么大的危害，但却是大气中的臭氧杀手，科学家表示，一个氟利昂分子可以破坏一万个臭氧分子，所以，使用氟利昂作为空调温度调节的制冷剂会对环境造成十分重大并且无可挽回的破坏。
上世纪五十年代，作为一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科发展起来了，即热电制冷又称为半导体制冷。直流电通电后，特种半导体材料勾搭的PN节形成热电偶时，就产生了珀尔贴效应，这是是用直流电来制冷的一种新的制冷方法。它与传统的制冷方法相比，既不需要
1 绪论 1
1.1 研究意义1
1.2 研究内容2
2 硬件设计 4
2.1 单片机芯片5
2.2 显示屏 5
2.3 加热电路 6
2.4 制冷电路7
2.5 温度传感器8
2.6矩阵键盘10
2.7 PWM原理 12
3 软件设计 12
3.1复位电路14
3.2 PID 15
3.3模糊系统控制17
4 仿真与实验仿真 19
4.1仿真软件19
4.2调试工具19
4.3实物制作结果与调试19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 程序清单 24
附录二 完整电路图38
1 绪论
1.1 研究意义
近年来，科学技术越来越改变了人们的生活水平以及习惯，而空气调节技术更是在人们的身边扮演着十分重要的角色。空调能够在任何情况下通过使用其自带的空调设备以及调节手段来控制一定范围内的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。在此之中，对于温度的调节是其中最重要的环节，因为人体对于温度的感受极其铭感。
当温度低于零下8℃时候，人体会感觉到十分的寒冷，对于一些身体抵抗力较差的人来说，甚至会出现不同程度的冻伤。温度低于4℃，这时，人脑的运行速度将会被影响。体内热量逐渐流失，抵抗能力变差。此时，人们需要为了防止由身体热量不断流失而出现的不适，则需
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
及调节手段来控制一定范围内的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。在此之中，对于温度的调节是其中最重要的环节，因为人体对于温度的感受极其铭感。
当温度低于零下8℃时候，人体会感觉到十分的寒冷，对于一些身体抵抗力较差的人来说，甚至会出现不同程度的冻伤。温度低于4℃，这时，人脑的运行速度将会被影响。体内热量逐渐流失，抵抗能力变差。此时，人们需要为了防止由身体热量不断流失而出现的不适，则需要做大量运动来保持身体拥有足够的热量。当然，低温能够促进肝脏内糖原的转化，同时也会加快肝酶的形成并且促进细胞呼吸，这是身体应对低温的一种保护机制。人们在10℃以下的温度下通常都不会有太高的热情，因为温度抑制住了人们的情绪。但是在18~20℃之间，最适合人们开始工作，因为此时人们的精神最为亢奋并且工作效率达到最高，所以不妨在这个时候去做最难搞定的工作。人们都喜欢在春天出去旅游，因为当温度在20~22℃的时，人们的心情一般十分舒畅。但值得注意的是，各类细菌在这个温度下也是繁殖最快的，所以旅游时也要保持个人卫生。一般人们在温度高于28℃时就该适量减少穿着的衣物了，这个温度对于人体来说的确有点热。30℃以上，身体温度与环境温度之间的差值很小，此时身体和环境之间的温度交换就很小了，所以需要汗液的蒸发来带走多余的热量以达到降温的目的。当温度高于32℃，人体的热量很难散发出去，此时汗液的蒸发也是极其缓慢的，所以身体会大量出汗，严重时人们感到乏力，体质较差的人甚至可能会中暑晕倒。
所以，在科学技术极速发展的今天，空调的温度调节是关系着人们生活健康的大事。对空调温度调节的设计将会改变人们的日常生活。
1978年我国开始了房间空调器生产以后，生产空调的数量占了全世界生产总量的一半以上，一跃升为空调生产量的世界第一，但是对于温度测控技术的研究，我国在20世纪80年代才刚刚起步。我国温度控制的方法是以发达国家的温度测控技术为基础的，经过我国工程技术人员的转化吸收发展成为了我国自身的室内温度微机控制技术，但是这项技术却局限于单项环境因子下的温度控制。所以我国自己的温度测控设施计算机应用，从总体上来说是由消化吸收到简单应用再到综合性应用这样的方式进行阶段性过渡和发展。但是我国单片机温度控制技术仍然是单参数单回路控制，对室内温度的控制能力十分有限，而国际上先进的温度控制技术已经发展到了多参数多回路控制，从这方面来说我国和国际的差距还很巨大。并且我国温度测量控制想要发展到工厂化程度，仍然需要一大段路要走，因为许多问题在生产实际中困扰着我们，例如：装备配套能力不足，产业化程度不足，环境控制能力不足以及软硬件资源共享和可靠性不足等等缺点。
1.2 研究内容
科技广泛发展到今天，计算机的发展正在逐渐加快并且应用方面越来越广泛。而其中单片机的发展和应用更是其中非常重要的一部分。在机电、化工、轻纺、自控和民用家电等等各方面领域，单片机的作用以及不可被替代。而其中，单片机在工业生产中更是占据了非常重要的位置。
单片机的优点很多，例如集成度高、处理能力强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉，因此被应用到生活生产的各个方面。其中温度控制系统更是影响到了生活生产中的方方面面。使用单片机设计的温度控制系统即为当温度超过设定的范围时，通关单片机的控制，使得温度回到设定的范围内。电子技术的发展，尤其是其中大规模集成电路的出现，将人们的生活带到了一个新的天地，如果说计算机的出现从根本上推动了现代科学研究的发展，那么单片机技术则带给了现代工业控制中的测控领域一次全新的革命。如今，单片机控制的机器在生产中非常常见。特别是单片机中的C51系列单片机，因为其拥有更好的稳定性以及更快的运算速度和更准确的运算精度，将工业生产再次推动并且逐渐影响到了人们的生活、工作和学习中来。而本次设计便是要以C51系列单片机为控制核心，来实现空调机温度控制系统的实现。将DS18B20作为室内温度传感器，测量温度的变化，并且把温度的变化传给单片机控制系统，让系统做出相应的应对，使得温度再次回到设定的范围内。
1.2.1 制冷原理
目前国内制冷大多以使用氟利昂为制冷剂的制冷系统制冷。将空调通电后，低温系统中的低压蒸汽被压缩机压缩成高温蒸汽，然后排入冷凝器之中。多余的热量将被经过冷凝器的室外空气带走，这个过程使得高压制冷剂蒸汽成为了高压液体。因为高压液体在气化的过程之中需要吸收大量的热量，所高压液体经过过滤器和节流机构后进入蒸发器时，周围的温度会明显降低。这时，贯流风扇将周围形成的低温空气吹进室内。像这样来来往往不停重复，室内空气与空调之间不停进行热交换，就能使得室内温度降低。
氟利昂虽然对人体并没有什么大的危害，但却是大气中的臭氧杀手，科学家表示，一个氟利昂分子可以破坏一万个臭氧分子，所以，使用氟利昂作为空调温度调节的制冷剂会对环境造成十分重大并且无可挽回的破坏。
上世纪五十年代，作为一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科发展起来了，即热电制冷又称为半导体制冷。直流电通电后，特种半导体材料勾搭的PN节形成热电偶时，就产生了珀尔贴效应，这是是用直流电来制冷的一种新的制冷方法。它与传统的制冷方法相比，既不需要
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