基于单片机的空调控制器的设计

摘 要 ： 以单片机为核心的空调控制器因其体积小 、 成本低 、 功能强 、 简便易行而得到广泛应用 。 本设计通过 ＡＴ８９Ｓ５２ 控制ＤＳ１８Ｂ２０摄取实时温度信息 ， 键盘设定温度值 、 定时时间及状态 ， ＬＣＤ１６０２ 显示相应信息的方法 ， 实现了基于单片机的空调控制器系统的设计。 最终实验结果表明 ， 本设计能很好地实现温度显示 、 控制器定时及根据温度启动相应的功能电路等多种功能， 具有一定的创新性及实用性 。

关键词 ： 单片机 ； 空调控制器 ； ＡＴ８９Ｓ５２ ； ＤＳ１８Ｂ２０ ； ＬＣＤ１６０２

０ 引 言

温度是生活及生产中最基本的物理量 。 在很多生产过程中， 温度的测量和控制都直接和安全生产 、 提高生产效率相关 。 因此 ， 温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。

非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法。 其优点是不破坏被测温场 ， 可以测量热容量小的物体， 适于测量运动物体的温度 ， 还可以测量区域的温度分布， 响应速度较快 。 因此 ， 在实际的温度测量中， 要根据具体的测量对象选择合适的测量方法 ， 在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。

１ 系统的整体设计概述

系统实现了如下功能 ：

１ ） 实时温度设定超出安全范围时警报 ， 设定温度和实时温度不等时启动相应加热电路或制冷电路；

２ ） 显示实时温度和设置温度 ， 以及定时开启控制器 。

单片机的空调控制器的系统框图如图 １ 所示 。 系统由４ 个模块组成 ： 单片机接口电路 、 键盘扫描电路 、 温度及定时显示电路、 实时温度测量电路 、 各功能电路如蜂鸣电路、 加热电路 、 制冷电路 。

２硬件电路设计

２．１ 单片机接口电路

单片机接口电如 图 ２ 所 示 。 Ｐ１ 口 用 于 ４×４的 键 盘扫 描，低 四 位 用 于 行，高 四 位 用 于 列。Ｐ０ 口 接 至ＬＣＤ１６０２显示器的数据输入输出端。设 定 温 度，实 时 温度，定时时间及定时状态的相关信息均通过 Ｐ０口送到显示器进行显示。Ｐ２．１口 接 ＤＳ１８Ｂ２０的数据输入输出脚，接收实时温度信息。Ｐ２．２口控制蜂鸣器报警电路，当实时温度值超过安全范围（如３５℃）时，启动蜂鸣器进 行报警。当设定温度值大于实时温度值时，利用 Ｐ２．３口启动加热电路。当设定温度值小于实时温度值时，通过Ｐ２．４口启 动 制 冷 电 路。ＬＣＤ１６０２的 数 据／命 令 选 择 端，读／写选择端及 使 能 信 号 分 别 由 Ｐ２．５、Ｐ２．６、Ｐ２．７ 口 控 制。ＬＥＤ用于观测扫描键盘的时候按键是否灵敏及常亮时表示正在定时。因本设计充分使用了单片机的各端口，无需再扩展Ｉ／Ｏ。

２．２ 实时温度测量电路

ＤＳ１８Ｂ２０ 在动态转换周期中需要获得足够的电流供应。 给 ＤＳ１８Ｂ２０ 供电的 方 法 是 从 ＶＣＣ 引脚接入一个外部电源 ， 见图 ３ 。 这样做的好处是 Ｉ ／ Ｏ 线上不需要加强上拉， 而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。 这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。 使用外部电源的时候 ， 可以先发一个 ＳｋｉｐＲＯＭ命令， 再接一个 ＣｏｎｖｅｒｔＴ 命令 ， 进行温度转换 。 注意 ：当加上外部 电 源 时， ＧＮＤ 引 脚 不 能 悬 空 。 ＤＱ 通 过 单 片机Ｐ２．１ 口读或者写信息 。

３ 控制器软件设计

首先对系统进行初始化 。 初始化后 ， 蜂鸣器 、 制 冷 电路、 加热电路不启动 ， 温度设定值默认为 ２５℃ ， 定时器 Ｔ０用 于 定 时 中 断， 工 作 于 方 式 １ ， 定 时 时 间 为 ５０ ｍｓ 。ＬＣＤ１６０２显示温度设定值 ， 实时温度 ， 定时时间及定时状态信息。 然后比较设定温度和实时温度 ， 若设定温度大于实时温度， 则启动加热电路 ； 设定温度小于实时温度 ， 则启动制冷电路。 如果 定 时 状 态 为 “ Ｙ ” 状 态 ， 则 定 时 开 始 ， 并开 ＣＰＵ 中断和 Ｔ０ 中断 。主程序流程图如图４ 所示 。

４ 数据分析

本设计的制冷电路用 ＣＰＵ 风扇模拟 ， 事实上风扇并不能改变温度， 而只能将温度降至常温 。 所以只对加热状况下的数据进行分析。 比较显示的实时温度和温度计显示的温度值， 得出测量误差和计算出相对误差 。 相关数据如表１ 所示 。

计算而得 。 误差来源 ： ＤＳ１８Ｂ２０ 和温度计与热源之间的距离， 温度计本身的精度及测量方法的不精确 。

本系统采用的是定值开关温控法 ， 这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源， 当系统温度下降至设定点时开通电源 。

５ 结束语

该设计的空调控制器以 ＡＴ８９Ｓ５２ 单 片 机 为 核 心 ， 最大限度的利用单片机的资源， 用键盘扫描方式设置温度 ，定时时间和定时状态 ， 利用 ＬＣＤ１６０２ 液晶显示设定温度值， 实时温度值 ， 定时时间和定时状态 。 用 ＤＳ１８Ｂ２０ 数字温度传感器摄取实时温度， 其余各功能电路如蜂鸣电路， 加 热 电 路 ， 制冷电路均用单片机的某一 Ｉ ／ Ｏ 口 进 行控制 。

该设计硬件电路简单 ， 工作稳定可靠 ， 性价比高 ， 兼容性好， 便于扩展功能 。 其测温精度和转换速度能满足大多数测温系统的工作要求。