logo资料库

空调温度自动控制系统设计.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共11页
第2页 / 共11页
第3页 / 共11页
第4页 / 共11页
第5页 / 共11页
第6页 / 共11页
第7页 / 共11页
第8页 / 共11页
资料共11页，剩余部分请下载后查看
    基于51系列单片机和电压比较器的空调温度自动控制系统设计
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 基于 51 系列单片机和电压比较器的空调 温度自动控制系统设计 张卓 电子 0903 09271119 摘 要：本文介绍了基于 C51 单片机和电压比较器的空调温度自动控制系统，重点研究了温 度采集模块和电压比较模块。通过对温度采集模块不同方案(热电偶传感器、电阻式温度探 测器和半导体型温度传感器)的比较和分析，得出最佳结果，并详细分析了温度传感器 AD590 分别在单片机和电压比较器控制下的工作流程；通过分析空调控制器工作原理，结 合课本知识，设计出电压比较模块电路和 A/D 转换电路。 关键词：C51 单片机；电压比较器；温度传感器； A/D 转换电路 51 MCU-based air-conditioning temperature control system ZhangZhuo Abstract: This article describes the automatic control system of air-conditioning temperature which bases C51 microcontroller, and focusing on the temperature acquisition module and the voltage comparator module. Through temperature acquisition module on different options (thermocouple sensors, resistance temperature detectors and semiconductor temperature sensor) in comparison and analysis to obtain best results. And I make a detailed analysis of work flow temperature sensor AD590. By analyzing the working principle of air conditioning controller, combined with textbook knowledge to design a voltage comparator circuit module. In addition, the paper also describes the temperature control system used in the microcontroller and the A / D converter circuit design. Key words: C51 microcontroller; voltage comparator; temperature sensor; A / D converter circuit 1
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 目录 1 概述……………………………………………………………………3 2 整体思路………………………………………………………………3 3 温度采集部分…………………………………………………………4 3.1 温度传感器……………………………………………………………4 3.2 AD590 的分析研究……………………………………………………6 4 电压比较器……………………………………………………………7 5 单片机和 A/D 转换电路设计…………………………………………9 6 Multisim 仿真………………………………………………………10 7 总结…………………………………………………………………10 参考文献…………………………………………………………………11 2
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 1 概述 在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随 着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更 好的服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普 及，一个简单，稳定的温度控制系统能更好的适应市场。 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本 性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术 的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统 诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的 C51 系列的单片机的出现，具有更好的稳 定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。但对于一 些简单的控制模块，也可以通过集成运放来实现。本文用单片机控制和迟滞电路控制两种 方法设计了空调温度自动控制系统。 由于笔者尚未学习单片机课程，对于很多涉及到单片机专业知识的内容是通过查找资 料得到的；为了与模拟集成电路基础课程内容相对应，本文主要对传感器对温度的采集和 温度调节部分进行详细探讨，并对所利用到的单片机系统和 A/D 转换进行基础的介绍。 温度采集部分需要用到温度传感器对温度的采集，以及电压—电流变换电路；温度调 节部分需要用到电压比较器等，与我们的课程内容相一致。 2 整体思路 思路一：通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机， 再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或 降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。空调温控器主要 由单片机，时序电路，温度采样电路，A/D 转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱 动电路等组成。系统原理图见图 1 所示： 传 感 器 A / D 转 换 单 片 机 系 统 执行 温度调节 图 1 思路一设计框图 思路二：通过温度传感器对空气进行温度采集，将信号送入由迟滞比较器组成的电压 比较电路，进而进行温度调节。系统原理图见图 2 所示： 3
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 传 感 器 电压 比较 电路 温度 调节 图 2 思路二设计框图 3 温度采集部分 3.1 温度传感器 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。温度传感器种 类很多，主要有热电偶传感器、热电阻型温度传感器、热敏电阻、晶体管温度传感器、PN 结温度传感器、热膨胀型温度传感器、示温涂料型温度传感器、辐射式温度传感器、热释 电式温度传感器、电容型温度传感器、光纤温度传感器。 3.1.1 方案比较 在选择温度传感器时应考虑的几个因素是：温度测量范围、精度响应时间、稳定性、 线性度和灵敏度。 目前应用最广泛的传感器有热电偶传感器、电阻式温度探测器（RTD），以及半导体型 温度传感器。其中，半导体型温度传感器包括热敏电阻和 PN 结型温度探测器两种。 3.1.2 热电偶传感器和电阻式温度探测器 表 3 为热电偶传感器和 RTD 的参数及比较 表 3 由上表可知，若灵敏度、稳定性和应用灵活性是最主要的考虑因素时，就应该选择 RTD，但是 RTD 的成本比热电偶高。当响应速度为主要考虑因素时，应该选择热电偶。 4
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 3.1.3 半导体型温度传感器 1)热敏电阻：热敏电阻由钴、锰、镍等金属的氧化物以不同配方高温烧结而成，包括 三类电阻值随温度增加而增加的正电阻温度系数热敏电阻(PTC)，电阻值随温度增加而减小 的负电阻温度系数热敏电阻(NTC)和在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器 (CTR)。热敏电阻的测温范围一般在-50℃～+350℃。 图 4 为热敏热敏电阻信号调理电路。 图4 如图 3 所示，该电路采用的是单电源供电，热敏电阻 Rt 与电阻 R1，R2，R3 组成电桥 电路，R1 和 R2 决定着放大器正向输入的电压值；R3 和 Rt 决定着放大器反向输入的电压 值。由于 VCC 和 R1，R2，R3 固定，所以正向输入电压固定。当温度变化时，Rt 的阻值发 生变化，故输出电压 Uo 由 Rt 唯一确定。通过该电路可以采集到温度信息，并将其转变为 电信号输出送入 A/D 转换电路。 2)PN 结型温度探测器 PN 结型温度探测器又称为模拟集成温度传感器，是一种利用晶体管的 B-E 结压降不 饱和值 Vbe 与热力学温度 T 和通过发射极电流 I 的关系来实现对温度检测的电路。 其具有关系式: V be  kIT q InI 。式中， k 是波尔兹曼常数， q 是电子电荷的绝对值。 其一般测温范围为－50℃～150℃左右，具有电压输出和电流输出两种输出形式。PN 结型温度探测器具有线性好、精度高、灵敏度高、体积小、使用方便等特点，是现代温度 传感器的主要发展方向之一。 3.1.4 结论 通过以上分析以及结合目前市场上的空调温度控制系统，可知 PN 结型温度探测器更适 合空调自动温度控制。 5
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 通过查找资料得知，目前市场上的空调温度采集器大多采用 AD590，下面以 AD590 为 例进行分析研究。 3.2 AD590 的分析研究 AD590 是美国模拟器件公司利用 PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温 度传感器。在被测温度一定时，AD590 相当于一个恒流源，AD590 温度感测器是一种已经 IC 化的温度感测器,它会将温度转换为电流,由于此信号为模拟信号，因此，要进行进一步 的控制及数码显示，还需将此信号转换成数字信号。它的主要特性如下： 1)流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即式中： Ir T  / 1 (1) Ir—流过器件（AD590）的电流，单位为 mA；T—热力学温度，单位为 K。 2)AD590 的测温范围为-55℃～+150℃； 3)AD590 的电源电压范围为 4V～30V； 4)电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0℃时输出为 0,温度 25℃时输出 2.982V。 3.2.1 基于电压比较器方法的 AD590 温度检测电路 在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。因为流过 AD590 的电流与热力学温度 成正比，当电阻 R1 和电位器 RP1 的电阻之和为 lOkΩ时，输出电压 VO 的变化为 lOmV/K。 但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。为了使此电阻精确 (0.1%)，可用一个 9.6kΩ的电阻与一个 1k 电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确 的 10kΩ的电阻。基于迟滞比较器方法的 AD590 温度检测电路如图 5 示，其中运算放大器 A 被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放 A2 的作用是把绝对温标转换成摄 氏温标，给 A2 的同相输入端输入一个恒定的电压，然后将此电压放大到 2.732V。这样，A 与 A2 输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。 3.2.2 基于单片机处理法的温度采样电路 当采用思路二时，需要用单片机对温度采集模块的输出信号进行处理，因为 AD590 是 将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转化为电压，同时对电 压信号进行放大后输入 A/D 转换 ADC0801 的 VI-端口。 电流转化为电压表达式如下： U 0   I R r f (2) 由反相比例运算放大电路，根据“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净 输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为： 6
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 V I (   最后由(1),(2),(3)得到： ) R R U / f 0 V I  ( R R TR ) / f (3) （4） f 图 5 基于迟滞比较器方法温度检测电路 图 6 基于单片机处理法的温度采样电路 4 电压比较器 电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单 元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器 等。 空调温度控制系统的工作机理：假设空调使室内温度温差变化范围为设定值 +1℃，即 若制冷设定 24℃时，当温度降到 23℃压缩机停机，当温度回升到 25℃压缩机工作；若制 7
    张卓：基于 51 系列单片机和迟滞比较器的空调温度自动控制系统设计 热设定 24℃时，当温度升到 25℃压缩机停机，当温度回落到 23℃压缩机工作。由于电路 在工作时需要 2 个阈值电压，所以滞回电压比较器满足工作机理。 UREF ui R 2 R1 R F + - A 图 7 R uo VDz 图 7 示为滞回电压比较器的电路图，其门限电压为 U T  R F R  F R 2 U REF  R 2 R  F R 2 u o 门限宽度（回差）：  U T  U T   U T   2 R 2 R  R 2 F | u 0 | 传输特性曲线 图 8 当 iu 由小变大时， ou 在 TU  处跳变；当 iu 由大变小时， ou 在 TU  处跳变。 工作流程：当选择制冷模式（A 模式）时，设定电路输出正电压信号时，压缩机正常 工作，输出负电压信号时，压缩机停止工作。由之前的讨论可知用 AD590 采集温度信息， 温度与输出电压成正比。温度采集模块的输出电压即为电压比较器的输入电压。调节滞回 比较电路，使得当温度达到 25℃时的 iu 为 TU  ，温度降为 23℃时的 iu 为 TU  。同理，当 8
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料