1设计任务描述
1.1设计主要内容及要求：
设计一个空调控制器。能利用单片机等原理部件模拟温度的调控和显示等功能，空调器是能控制风机和压缩机同时工作产生调节温度的原理。硬件要求能有电路原理图及各部件完整的实物分析等，要对空调机有完整的了解。才能达到此次设计任务的效果。
要求：1）硬件电路设计，包括原理图和PCB板图。
2）控制器软件设计。
3）要求能够设定温度、测量温度、显示温度、制冷控制以及风机控制。
2设计思路
2.1系统总体结构的设计
可以说空调控制器是围绕着一个核心部件来架设外围部件的设备，在这里核心部件是大多数厂家都会选用的单片机，因为现在的单片机拥有很高的集成设
备，包含了大量的存储器和虚拟存储等，而且键盘输入及显示都是在内部集成的省却了扩展外
围设备的麻烦，这样更能有利于我们着手于功能设置。
系统的设计出空调器的原理和注意事项，能方便的使用空调器来完成我们所想达到的目的，对于一般的空调器来说能自动的调节温度的变化范围，可以说这是一种恒温的效果，但是毕竟
我们模拟的设备部能像真实的一样细致。所以我采用灯和电机等代替采集和设定的比较结果，
能很好的显示和明显的完成任务。
2.2环节设计、部件选择及参数计算
无疑对于空调器的设计来说，要能人工智能的操作其能控制温度的调节和设定温度的比
较是一个较大的难题，因为往往我们所用的都是十进制数即所说的阿拉伯数字，但是像单片机
这种高级的工具设备是不能识别的，它只能识别机器码也就是术语说的机器语言，这就为我们
采集温度带来了一个很大的难题。
对于我所采集的温度值来讲，把每个温度值分为16等份，在每一等份之间我人为的规定
每跳变一个数字度即比较一次，当然采集的都是模拟信号这样的话单片机是不能用于比较的，
所以接入单片机之前用A/D转换器把数据转换成数字量，这样通过单片机本身的比较器就能计
算出设定值和采集值的判定工作模式和是否应该工作电机和风机及压缩机等外部设备。
主要的步骤包括转换十进制数和十六进制数，这其中有一种方法叫按位加权累加和法，
即当你把十进制数分别存储在两个存储单元中，即按十位和个位的排法，把个位的数值乘以
16的零次方，并且存储在原位，这时可以用另一个单元的数乘以16的一次方这样循环使用把
两者的数值相加，即能完成一个数的十进制和十六进制的转化。
这样当你的键盘有输入值的时候，每一个键值会自动转化为每个存储单元供显示作用。2.3各部分部件选择
温度采集电路中所选用的传感器是热电偶，因为它测量精度高，而且输出的是电压信号，与摄氏温度成正比，同时又能够直接与单片机的A/D直接相连，使用方便，便于处理。
温度的采集是通过热电偶的温度采集电路，将温度转化成模拟电压进行输
出，作为输入信号送给单片机，单片机的A/D最高输入电压为2.4V，对应于十二位A/D转换器
的最大值FFFH,根据其对应关系得到A/D转换后的值，存入固定
的存储单元中准备与温度设定值进行比较。在比较之前需要按照一定的比例值进行转换，这个比例值近似的取为16倍，得到一个新的十六进制数，由于选用的传感器每摄氏度对应0.01V，经过模数转换后得到每摄氏度对应08H,再通过判断查表即可得到温度的十六进制数，再存到相应的单元中与设定值进行比较。当温度高于设定值时进行制冷，温度低于设定值时加热，只有温度处于人体适宜温度提示灯才不会亮。温度设定是通过键盘输入来完成的，再通过查表得到可以进行比较的数，存入相应的存储单元，进行显示。
2.4总体功能解析
它主要完成的功能就是可以设定温度，实时采集温度并在LED上显示设定温度和当前温度。我设计的空调控制器硬件部分主要有温度采集传感器应用电路、制冷电路、加热电路、指示灯电路、C8051F020单片机，以及单片机的复位和晶振电路。
2.5设计方框图
图2.1空调控制器框图
开始
系统初始化
启动A/D
Y
有设定值设置温度温度转换N
N
A/D转换完成？
A/D数据变换
N Y
实际温度大于设定值？相等
Y N
制冷工作加热工作
显示温度
图2.2空调控制器程序流程图
3各部分硬件电路设计及参数计算
3.1电源电路设计
图3.1电源电路
单片机所采用的电源是3.3V，还有复位电路和其他电路也需要直流电源，而家用电是
交流220V，所以需要进行整流、滤波。
需要将输入为5V～9V的电压值稳压到3.3V需要使用两块LM7805和1117稳压芯片。其中LM7805的作用是将输入为5V～9V的电压稳压为5V，满足1117稳压芯片的工作电压(5V),经过1117稳压芯片后其输出的电压为所需的3.3V电压。
LM7805系列为3 端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可
达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。主要特点：（1）输出电流可达1A
（2）输出电压有：5V
（3）过热保护
（4）短路保护
（5）输出晶体管SOA保护
3.2单片机电路
单片机正常工作时，除了要加恒压电源外，还需要设计复位电路和晶振电路，我所设计
的复位电路既可以上电复位，又可以在单片机非正常工作时进行手动复位，晶振采用的是
12MHZ外部晶振。通电时，电容C2进行充电，电路导通，充电结束后，复位结束，充电时间决
定复位时间。工作过程中，当按下复位键后，
电路导通，按键时间决定了复位时间。电路中电容C1的作用是抑制干扰从复位端进入。器件
内还集成了外部振荡器驱动电路，允许使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部时钟源产生
系统时钟。
复位电路和晶振电路图如下所示：
图3.2单片机复位及晶振电路
3.3键盘和显示电路
PB和PC口是8255两个八位带锁存的输入口，可实现输出数据锁存。PB口的端口地址为8001H，PC口的端口地址为8002H。PA口未用。用PB口作六个数码管的位选。用8708作显示器的位选驱动。PC口作字型码锁存。8255控制字的端口地址是8003H。8078作数码管字型显示驱动。六位数码管采用共阴极方式。
键盘及显示电路如下图所示：
图3.3键盘输入电路
图3.4输出显示电路
8255扩展接口是由高八位地址(A8～A15)通过74LS138译码产生的。PA,PB,PC口和8255控制口的地址分别是8000H,8001H,8002H和8003H,它们由低位地址A0和A1区别。低位地址A0和A1从低位地址锁存器74LS138的输出端引出。
3.4温度传感器的选择
本系统采用镍铬-镍硅热电偶作为温度传感器，由热电偶的特性可知，进入放大器的
电压信号实为热电偶冷热端温差引起的热电势信号，冷端处于设定温
度，热端处于外界室温，单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经冷端温度补偿后，在查K分度表则可以得到热端温度值，室温的测量可以经过热电阻式传感器变化为电压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道，单片机程序自动完成热电偶信号的采集和冷端信号采集，计算出实际的温度，从而控制控制空调的外部设备工作。
图3.5传感器采集电路
3.5外围部件的选择
在单片机的程序中需要设定适宜温度的范围，当从传感器接受的温度电压信号经过模数转换后，室内温度高于或者低于设定的范围，那么指示灯亮，通过编写单片机的I/O输出来控制指示信号的发出。当采集温度高于设定温度时，需进行制冷，通过程序的设计启动风机；当采集温度低于设定温度需利用电机进行加热。
图3.6外部工作灯电路
由于二极管所能承受的最大电流为20mA,而电源电压为5V，所以应串接一个电阻，其阻值最小为：
R U 5 250
I 20103
4主要元器件介绍
4.1热电偶传感器
镍铬温度传感器是一种电压输出型精密温度传感器。它工作类似于齐纳二极管，其反向
击穿电压随绝缘温度以10mV/K的比例变化。该器件在工作电流为400uA500uA范围内的动态电
阻小于1，当对它在25C校准后，它在范围内
具有小于的典型误差。热电偶可应用于范围在40150C内的任何形式的温度检测，它的低阻抗
和线性输出使得其读出和控制接口电路非常简单。热电偶测温范围分别为40100C。其短时间使用测温上限可扩宽至120C。主要特点：
(1)在绝对温度下直接校准。
(2)1℃的初始精度。
(3)工作于400uA~5mA电流范围。
(4)低于1Ω的动态阻抗。
(5)容易校准。
(6)-40℃~+100℃宽工作温度范围。
4.28255扩展芯片
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时
的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的 3 个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口
A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结
构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
主要特点：
8255管脚特性如下：
(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。
(2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC
口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B
组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)
的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。
引脚功能：
(1)RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存
器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。
(2)CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯
片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.(3)RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状
态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
(4)WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许
CPU将数据或控制字写入8255。
(5)D0～D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。
(6)PA0～PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一
个8位的数据输入锁存器。
(7)PB0～PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。
(8)PC0～PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一
个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
(9)A0,A1:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。当A0=0,A1=0时,PA口被选择;当A0=0,A1=1时,PB口被选择;当A0=1,A1=0时,PC
口被选择;当A0=1.A1=1时,控制寄存器被选择。
4.3C8051F020系列单片机
本系统的核心控制部件采用SiliconLaboratories 公司生产的C8051F020 单片机作为控制器。C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统(SOC)，具有
与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内
还集成的数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。
C8051F系列单片机的功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、
ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时
器阵列(PCA)、定时器、数字I/O端口、电源监视器、看门狗定时器WDT和时钟振荡器等。
C8051F020单片机是C8051F系列中一个比较有代表性的型号，该器件是完全集成的混
合信号系统级SCM芯片，具有64个数字I/O引脚。主要性能：
(1)高速、流水线结构的8051兼容的MCS-51内核(可达25MIPS)。
(2)全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)。
(3)真正12位、100ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。
(4)真正8位、500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关。
(5)两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。
(6)64KB可在系统编程的Flash存储器。
(7)4352(4096+256)B的片内RAM。
(8)可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口。
(9)硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口。
(10)5个通用的16位定时器。
(11)具有5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列。
C8051F系列单片机都可工作在工业温度范围电压工作。端口I/O、/RST和JTAG引脚都容许
(-45~+85℃)内用2.7~3.6V的5V的输入信号电压。C8051F020
为100引脚TQFP封装。
5控制算法的研究
5.1PID算法的研究
PID 是一种负反馈控制，用设定的控制目标值与受控对象的输出反馈值相比较，对其差作比例、微分、积分后用来控制受控对象。
PID控制规则:
u= 1 1 t de e(3-1) edt TD
TI 0 dt
式中占为比例带，介为积分时间，与为微分时间。传递函数为:
1
1
G s=1 (3-2)
TDS
TI
δ、TI、TD的改变对控制作用影响很大: δ越大，比例调节的残差越大，从这
一点说，δ越小能使残差越小。但δ小则使调节系统的开环增益加大，从而可能导致系统激烈振荡甚至不稳定，系统首先要稳定，所以比例带的设定必须保证一
定的稳定裕度TI越大即积分速度越小，积分作用越弱，使过度时间变长，达到
稳定的速度越慢。TI越小积分速度越快，而增大积分速度会降低控制系统的稳
定程度，直至出现发散的振荡过程；TD则主要改善系统的动态性能，TD增大会加快系统的响应，降低超调，增大系统稳定性，但TD过大，会使系统的抗干扰能力减弱，而且微分环节对纯滞后过程无效。PID控制器中，δ、TI、TD的选择如果合适，则能发挥它们的长处，从而较好地控制系统，否则，不仅不能发挥各种调节作用，反而适得其反。
5.2模糊控制系统设计
模糊控制是一种以模糊集合论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一种计算
机数字控制。模糊控制模仿人的思维通过把精确量模糊化，通过模糊推理，然后经过清晰化处理得到控制量。
5.2.1 模糊控制算法
模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。尤其是模糊控制和遗传算法、神经网络及混沌理论等新学科相结合，正在显示出其巨大的应用潜力。
模糊控制原理
①模糊控制的引入
随着计算机的发展和应用，自动控制理论和技术获得了飞跃的发展，在解决线性或非线性，定常或时变的多输入多输出系统问题上，获得了广泛的应用。但是，采用传统控制理论来设计一个控制系统，需要事先知道被控对象精确的数学
模型，然后再根据给定的性能指标选择适当的控制规律，进行控制系统设计。然而，在许多情况下，被控对象的精确数学模型很难建立，有时甚至是不可能的。
这样一来，对于这类对象或过程就难以进行自动控制。与此相反，对于一些难以自动控制的生产过程，有经验的操作人员进行手动控制，却可以达到满意的效果。这是由于作为操作者的人在长期的操作实践中获得了对系统的认识，在头脑中形
成了他自己对该系统的认识模型，并积累了操作经验。总结人的控制行为，用语言描述人的手动控制决策，形成一系列的条件语句和决策规则，进而设计一个控制器，利用计算机实现这些控制规则，再驱动设备对工业过程进行控制，这就是模糊控制。实践表明，模糊控制器具有以下几个特点:
1.它不需要知道被控对象或过程的精确数学模型。
2.易于实现对不确定性系统和强非线性系统的控制。
3.对被控对象或过程参数的变化有较强的鲁棒性。
4.对干扰有较强的抑制能力。②
模糊控制系统的组成
模糊控制系统是一种自动控制系统，它是以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统。它的组成核心是具有智能性的模糊控制器，其基本结构如图3.1所示。
图3.1模糊控制系统框图
模糊控制系统一般由四个部分组成:
l.模糊控制器:它是以模糊逻辑推理为主要组成部分，同时又具有模糊化和去模糊功
能的控制器。
2. 输入/输出接口装置:模糊控制器通过输入/输出接口从被控对象获取数字
信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号经过数模变换，将其转变为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。
3.广义对象:包括被控对象和执行机构。被控对象可以是线性或非线性的、定常或时变的、也可以是单变量或多变量的、有时滞或无时滞的以及有强干扰的多种情况。
4.传感器:传感器是将被控对象或各种过程的被控制量转换为电信号的一类
装置。传感器在模糊控制系统中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影响整个控制系统
的精度。
5.2.2 模糊控制的基本概念
(1)模糊集合
模糊集合用于在无法明确地定义元素是否属于集合的情况下，利用一种度量来表示某一元素属于这一集合的程度，这就是隶属度，也就是级别。当一个元素肯定属于这一集合时，级别为1，肯定不属于这一集合时，级别为0，其余的级
别为0到1的中间值。以论域为离散有限集{xl,x2......,xn} 为例，设A (xi)=ui(i=1,2......n) ，模糊集合用扎德法表示如下:
A= u1 u2
...
un
（3-3）1
x
2
x
n
x
(2)量化因子
连续论域进行离散化的过程称为量化。设有连续论域
论域为{-n，-n+1,?，0,?，n-1, n}，将连续论域分为(b-a)，K称为量化因子。
[a, b]，量化后的离散2n段，则有系数K=2n/
(3) 比例因子
偏差的基本论域与偏差的实际变化范围的比值称为比例因子。当偏差的实际变化范围超出基本论域的范围时，采用最大输出或零输出。对于偏差的任何采样值，乘以比例因子后取整，可以得到相应的值。
5.2.3 模糊控制过程
模糊控制过程可以分为以下三个步骤:模糊化过程、模糊推理过程和反模糊化过程。
(1)模糊化过程
模糊化(Fuzzification)就是将基础变量论域上的确定量变换成基础变量论域上的模糊
集的过程。其主要功能就是根据输入变量的隶属度函数求出精确输入
量相对于输入变量各语言值的隶属度。常规控制都是用系统的实际输出值与设定
值相比较，得到一个偏差值E，控制器根据这个偏差值及偏差值的变化率来决定如何对系统进行控制。无论是偏差还是偏差的变化率都是精确的输入值，要采用
模糊控制技术就必须首先把它们转换成模糊集合的隶属函数。因此，要实现模糊控制就要先通过传感器和变送器把被控量变换成电量，再通过模/数转换器得到
精确的数字量。精确输入量输入至模糊控制器后，首先要把精确量转换成模糊集合的隶属函数，这就是精确量的模糊化或者模糊量化。
(2)模糊推理过程
模糊推理过程就是对于给定的模糊输入量，模糊控制器根据判定的模糊规则
和事先确定好的推理方法进行模糊推理，求出模糊输出量的过程。模糊推理是模
糊控制器的核心，它具有模拟人类基于模糊概念的推理能力，是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行的。模糊控制是模仿人的思维方式和人的控制经验
来实现的一种控制。根据有经验的操作者或者专家的经验制订出相应的控制规则
即是模糊控制规则，它是模糊控制器的核心。为了能存入计算机，就必须对控制
规则进行形式化处理，再模仿人的模糊逻辑推理过程确定推理方法，控制器根据制订的模糊控制规则和事先确定好的推理方法进行模糊推理，得到模糊输出量，
即模糊输出隶属函数，这就是模糊控制规则的形成和推理。其目的是用模糊输入值去适配控制规则，为每个控制规则确定其适配的程度，并通过加权计算合并那
些规则的输出。
(3)模糊量的去模糊
模糊量的去模糊(Defuzzification)就是将基础变量论域上的模糊集变换成基础变量论域上的确定值的过程。根据模糊逻辑推理得到的输出模糊隶属函数，
用不同的方法找一个具有代表性的精确值作为控制量，就是模糊量的去模糊；它要求在推理得到的模糊集合中取一个最能代表这个模糊推理结果可能性的精确
量，去控制或驱动执行机构。
(4)模糊控制器及系统设计
模糊控制器(FuzzyController)在模糊自动控制系统中占有举足轻重的地位，因此在模糊控制系统中，设计和调整模糊控制器的工作是很重要的。模糊控制器的设计包括以下
几项内容:
1)确定模糊控制器的输入变量和输出变量。
2)设计模糊控制器的控制规则。
3)建立模糊化和反模糊化的方法。
4)选择模糊控制器的输入变量及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数(如量化因子、比例因子)。
5)编制模糊控制算法的应用程序。
6)合理选择模糊控制算法的采样时间。
(5)模糊控制器的结构设计
模糊控制器有两种组成方式，一种是由模糊逻辑芯片组成的硬件专用模糊控制器，它是用硬件芯片来直接实现模糊控制算法；另一种是用微处理器组成硬件系统，用软件来实现模糊控制算法，这种模糊控制器的特点是资源开销小、灵活性高、通用性强、应用范围广。在一般控制系统中，目前多采用第二种方式。模
糊控制器的结构设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。模糊控制器的输入一般有三个:偏差、偏差的变化及偏差变化的变化，输出变量一般选择控制量的变化。目前广泛采用的是二维模糊控制器，这种控制器的输入变量选偏差及偏差的变化，以控制量的变化为输出变量。根据本系统的特点及控制要求，模糊控制器选用二维结构，其结构如图3.2所示
图3.2二维模糊控制机构框图
根据本系统的特点及控制要求，模糊控制器采用双输入单输出结构，分别用偏差e和偏差的变化率△e作为输入变量，以控制量u作为输出变量。
(6)精确量的模糊化
在温室温度模糊控制器里，将键盘输入的温度值作为给定值T，由传感器测量得到的温度值记为t(k)，则误差e及误差的变化△e为:
e(k)=T-t(k) (3-2)
△e(k)=e(k)-e(k-1) (3-3)
将e(k) 和△e(k)作为温度模糊控制器的输入变量，输出变量为加热器及风扇
的通断状态。根据温室的实际工作情况，从温带植物三基点温度如表2-1所示，可以看出其适宜温度变化值在10℃左右，考虑到实际检测条件和适当的控制精
度，将温度误差的基本论域定为[-5℃～+5℃],温度误差变化的基本论域定为[-1℃～+1℃]。为提高控制精度和响应速度，将温度的控制范围分为模糊控制区和确定控制区，以温度设定值的±5℃为界。温度在设定值的±5'C以内为模糊控制区，以外为确定控制区。在确定控制区，系统将进行强制冷却或加热，并发
出温度超标报警信号。而在模糊控制区，将温度偏差、偏差变化率的模糊集合分为7个模糊子集，分别为PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，Z(零)，NS(负小)，
NM(负中)，NB(负大)。选取语言变量e,△e的论域均为:x={-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4}温度偏差、偏差变化率的隶属函数赋值表如表3.1所示
表3.1 △e的隶属度函数赋值表
论域-4-3 -2 -1 0 1 2 3 4
NB 1 0.5 0 0 0 0 0 0 0
NM 0.2 0.6 1 0.6 0.2 0 0 0 0
NS 0 0 0.5 1 0.5 0 0 0 0
Z 0 0 0 0.5 1 0.5 0 0 0
PS 0 0 0 0 0.5 1 0.5 0 0
PM 0 0 0 0 0.2 0.6 1 0.6 0.2
PB 0 0 0 0 0 0 0 0.5 1
控量的隶属函数形状可以是三角形、梯形、单点或其它形状。采用单点为控制量在实际
处理时较为方便，因为这时只要知道控制量的模糊量也就知道了实际
用于控制的论域元素。本系统控制量的模糊划分采用单点，分为7个模糊子集，分别为PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，Z(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负
大)。选取语言变量u的论域为:{-3，-2，-1,0,1,2,3}。控制量的隶属函数如图4.3所示。
图3.3U的隶属度函数
(7)模糊控制规则
模糊控制规则实际上是总结有经验的操作者或专家的控制知识和经验制定
出的一条条模糊条件语句的集合，通常简写成一个表，即模糊控制规则表。确定模糊控制规则
的原则必须是系统输出响应的动静态特性达到最佳。当误差大或较大时，选择控制量以尽快消
除误差为主;而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。(8)模糊控制算法设计
控制算法是模糊控制的关键，可根据不同的系统情况选用不同的控制算法，
常用的有查表和公式法。本系统采用查表法实现模糊控制算法。查表法是根据模糊控制规则表，求出输入量论域元素和输出量论域元素之间的关系，形成一个表格，这个表格称为控制表。产生控制表的方法有两种，一种是间接法，首先求出
模糊关系R，再根据输入的偏差和偏差变化率求出控制量，最后把控制量精确化，
得到控制表;另一种是直接法，直接从控制规则即推理语句中求控制量，产生控
制表。本文采用直接法。本系统中，由于偏差e和偏差变化率△e的离散论域都
有9个元素{-4，-3，-2，一1,0,1,2,3,4}，在输入时，e或△e的精确值都会量化到9个元素之中的任何一个。这样，e和△e的输入组合就有9×9=81种。求这81种输入组合及其对应的输出控制量，即可形成相应的模糊控制表。
实际控制过程中，可以对该表进行优化，根据查表结果求出控制量，去控制或驱动执行机构，实现对温室温度的智能控制。
致谢
通过这次课程设计，我学到了很多新的知识，获得了新的经验。我从中学会了如何去做设计，学会知道团队精神的重要性，在这次的课程设计当中，与其它同学进行了交流，提高了自己的工作效率。
在如此短的时间。依靠个人能力是不可能完成如此繁琐的资料查找与收集的。所以，通过这次课程设计，加强了同学之间的交流，大大增进了我们班的凝
聚力，协作的精神更强了。而且自己也学到了很多实际的有用的东西，相信对以后的工作一定会大有益处。
最后，在此对竟静静老师的帮助表示由衷的感谢！
参考文献
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[3]李晓莹编著.传感器与测设技术.高等教育出版社，2002
[4]付家才编著.单片机实验与实践.高等教育出版社，2004
[5]谭浩强编著.MCS-51单片机应用教程.清华大学出版社，2001
[6]于金.机电一体化系统设计及实践[M].北京：化学工业出版社，2008
[7]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，2010
[8]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2010
[9]赵丁选.机电一体化使用手册[M].北京：高等教育出版社，2003
[10]金以慧主编.过程控制.北京：清华大学出版社2010
[11]乐嘉谦主编.仪表工手册.北京：化学工业出版社，2004
[12]周泽魁主编.控制仪表与计算机控制装置.北京：化学工业出版社，2009
[13]高金生责任编辑.仪器仪表产品目录（第二册）.北京：机械工业出版社，1991
[14]康华光编著，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社，2000
[15]于海生编著，计算机控制技术，机械工业出版社，2003
[16]李晓莹编著，传感器与测设技术，高等教育出版社，2002
[17]付家才编著，单片机实验与实践，高等教育出版社，2004
1.绪论 随着生活水平的提高，人们对物质生活的要求也逐渐提高，空调系统在建筑家具中的应用也越来越广泛。本着节能降耗的要求，对空调监控系统的需求也越来越大。北京亚控科技产品组态王软件和PLC（Programmable Logic Controller）作为工业控制领域的优秀控制软件和控制器，在非工业领域如空调监控系统等中也起着重要作用。本次空调监控系统就是采用组态王作为上位机监控软件和人机交互界面，PLC作为下位机和空调系统控制器，实现对空调系统的实时监控。 2.系统设计原理 空调监控系统主要利用PLC的控制功能，通过执行装载在PLC内部的预先设定的控制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表的数据，转换为组态王可用的数据格式传送给组态王软件。组态王接收PLC采集的现场数据并实时的在组态画面中动态实时显示，此外，组态王可接收组态画面中的有操作人员输入的命令并下传给下位机PLC，实现对空调系统的调节控制。 2.1.空调系统原理 空调系统主要就是调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的环境中。空调系统主要由三部分组成：空气调节系统、制冷系统、供热系统。 2.1.1空气调节系统监控原理 A.新风机组监控原理 新风机组主要靠包括进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各种传感器和执行机构等。使得在夏季通过表冷器湿新风降温、除湿，冬季通过加热器、加湿器使空气加热、加湿。新风机组监控的主要内容如下： （1）监控送风温度。由送风通道的温度传感器实测送风温度，信号送入控制器，与送风温度设定值进行比较，采取控制算法生成控制指令调节冷、热水供水阀门开度，用以调节热水（或冷水）流量，是送风温度控制在设定值范围内，保持室内温度恒定。 （2）送风湿度控制。由送风通道的湿度传感器检测湿度信息送入处理器经运算后控制冷水阀或蒸汽阀开度，使被调环境的湿度保持恒定。 （3）过滤器堵塞监控与报警。有过滤网两侧的空气压差开关监视过滤网的清洁度，当
空调自动化控制原理说明 自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分。楼宇自动化系统的功能就是对大厦内的各种机电设施，包括中央空调、给排水、变配电、照明、电梯、消防、安全防范等进行全面的计算机监控管理。其中,中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%以上，是楼宇自动化系统节能的重点[1]。由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采用传统的控制技术，对于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大，节能效果不理想。传统控制技术存在的问题主要是难以解决各种不确定性因素对空调系统温湿度影响及控制品质不够理想。而智能控制特别适用于对那些具有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性、不存在已知算法和变动性大的系统的控制。“绿色建筑”主要强调的是:环保、节能、资源和材料的有效利用，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求，因此，空调系统的应用越来越广泛。空调控制系统涉及面广，而要实现的任务比较复杂，需要有冷、热源的支持。空调机组内有大功率的风机，但它的能耗很大。在满足用户对空气环境要求的前提下，只有采用先进的控制策略对空调系统进行控制，才能达到节约能源和降低运行费用的目的。以下将从控制策略角度对与监控系统相关的问题作简要讨论。 2 空调系统的基本结构及工作原理 空调系统结构组成一般包括以下几部分[2] [3]:
(1) 新风部分 空调系统在运行过程中必须采集部分室外的新鲜空气(即新风)，这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，因此空调系统的新风取入量决定于空调系统的服务用途和卫生要求。新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方。这些新风的导入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置(新风空气过滤器)、新风预热器(又称为空调系统的一次加热器)共同组成了空调系统的新风系统。 (2) 空气的净化部分 空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简单净化系统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，另外还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统。 (3) 空气的热、湿处理部分 对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组合在一起，称为空调系统的热、湿处理部分。在对空气进行热、湿处理过程中，采用表面式空气换热器(在表面式换热器内通过热水或水蒸气的称为表面式空气加热器，简称为空气的汽水加热器)。设置在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热器;设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器;设置
沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目 HVAC暖通空调自控系统 技术方案设计书
一. 总体设计方案 根据用户对项目要求，并结合沈阳建筑智能化建筑现状，沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目是屹今为止整个沈阳所有建筑物厂区当中智能化程度要求较高的。沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目里面分布着大量的暖通空调机电设备。 ？如何将这些暖通空调机电设备有机的结合起来，达到集中监测和控制，提高设备的无故障时间，给投资者带来明显的经济效益； ？如何能够使这些暖通空调机电设备经济的运行，既能够节能，又能满足工作要求，并在运行中尽快的将效益体现出来； ？如何提高综合物业管理综合水平，将现代化的的计算机技术应用到管理上提高效率。 这是目前业主关心的也是我们设计所侧重的。 沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调楼宇自动化控制系统的监测和控制主要包括下列子系统： 冷站系统 空调机组系统 本暖通空调楼宇自动化控制系统之设计是依据沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目的设计要求配置的，主体的设计思想是结合招标文件及设计图纸为准。 1.1冷站系统 （1）控制设备内容 根据项目标书要求，暖通自控系统将会对以下冷站系统设备进行监控：监控设备监控内容 冷却水塔（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态。 冷却水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手
自动状态、水流开关状态； 冷却水供回水管路供水温度、回水温度， 冷水机组（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态； 冷冻水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态、水流开关状态； 冷冻水供回水管路供水温度、回水温度、回水流量； 分集水器分水器压力、集水器压力、压差旁通 阀调节； 膨胀水箱高、低液位检测； 有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。 （2）控制说明 本自控系统针对冷站主要监控功能如下： 监控内容控制方法 冷负荷需求计算根据冷冻水供、回水温度和回水流量测量值，自动计算建筑空 调实际所需冷负荷量。 机组台数控制根据建筑所需冷负荷自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节 能目的。 独立空调区域负荷计算根据Q=C*M*(T1-T2) T1＝分回水管温度，T2＝分供水总管温度， M＝分回水管回水流量 当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。 机组联锁控制启动：冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻 水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组。停止：停冷水机组， 关冷冻泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷 却塔风机、蝶阀。 冷却水温度控制根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数，并且自
xx家电控制系统设计说明 一、定义 智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（ElecctronicHome、E-home）、数字家园（DigitalFamily）、家庭网络（Home Net/Networks for ome）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑 （IntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。 智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。 二、表述 智能家居其实有两种表述的语意，定义中描述的，以及我们通常所指的都是智能家居这一住宅环境，既包括单个住宅中的智能家居，也包括在房地产小
目录 摘要.......................................................................................................... II Abstract ................................................................................................. I V 目录............................................................................................................ I 前言.. (1) 1绪论 (2) 1.1空调的概述 (2) 1.2空调的发展历史 (2) 1.3空调的发展趋势 (4) 1.4系统总体方案及硬件设计 (5) 2系统硬件的选择及其功能特性 (6) 2.1 AT89C51单片机的结构及其功能 (6) 2.1.1 AT89C51单片机的结构 (6) 2.1.2AT89C51单片机的引脚及其功能 (7) 2.1.3时钟震荡器 (10) 2.1.4闲散节电模式 (11) 2.1.5掉电模式 (12) 2.1.6程序存储器的加密 (13) 2.2 DS18B20温度传感器 (13) 2.2.1 DS18B20概述 (13) 2.2.2 DS18B20测温操作 (14) 2.2.3报警操作信号 (15) 2.3 LED数码管 (16) 3硬件电路的设计 (18)
3.1时钟电路 (18) 3.2显示电路的设计 (19) 3.3按键电路设计 (20) 3.4温度传感器电路 (21) 3.5复位电路的设计 (22) 3.6系统总电路 (22) 4软件系统设计 (24) 4.1概述 (24) 4.2主程序流程图 (24) 4.3程序源代码 (25) 总结 (34) 致谢 (35) 参考文献 (36) 摘要 随着时代的进步和发展，空调已经普及到我们生活、工作，极大地改善了人们的生活品质。本文主要介绍了一个基于A T89C51单片机的温度检测、调节、控制的空调系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了设计。 该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限在通过单片机控制温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生
XXXX有限公司 空调系统设计方案 一、工程概况 XXXXX有限公司是一座现代化的生产制造工厂，根据工艺的要求，对厂房的温度、湿度、新风量都有严格的要求。为了满足室内空气质量及节能要求，我们为贵公司提供Siemens公司可编程逻辑控制PLC S7-200系统。该控制系统是将3台冷水机组、8个水泵系统、4个冷却塔系统，23台恒温恒湿空调机组集成在一个RS485 OPC协议网络上并与上位机HMI-Microsoft Visual Studio 2008 控制平台进行网络组态操作。 方案HMI监控范围及系统目标包括以下几部分： ·空调冷水机组 ·冷却水系统 ·冷冻水系统 ·组合式恒温恒湿空调机组 ·组合式新风机组 根据甲方的要求和相关图纸，以最高性价比为原则通过优化的设备控制方案和智能管理方式，从而给贵公司提供精确温湿度控制、高效节能可进行系统管理的生产环境。 二、系统设计规范与依据 -建筑智能化系统工程设计管理暂行规定(建设部1997-290) -建筑电气设计规范(JCJ/T16-92) -智能建筑设计标准(DBJ-08-47-95) -采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87) -建筑设计防火规范(GB50045-95) -电气装置工程施工及验收规范(GBJ232-82) -招标文件要求的相关条例及规范 -业主提供的招标文件和设计图纸
三、系统方案描述 我们通过对甲方提出需求的了解，结合楼宇控制系统的设计规范，对集控冷水 机组，水系统，冷却塔空调设备的自动化系统提出以下方案。 自控系统组成： 机组系统控制 监控系统控制 1.机组系统控制 冷水机组系统采用3台1000RT离心式冷水机组。自控系统采用PLC控制器直接采集冷热源系统中的机组的各种参数。同时程序控制机组的启停，完成各种联动控制，备用设备的转换。 本方案的冷热源系统用Siemens系列控制器配合点扩展模块来解决。 PLC是现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的控制器。PLC在不依靠较高层处理机的情形下，可以独立工作和联网以完成复杂的控制、监视和能源管理功能，而不需依赖更高层的处理器。PLC可以连接楼层级网络（FLN）设备并提供中央监控功能。 PLC可带扩展模块的和不带扩展模块的。本方案采用可带扩展模块的PLC,这对业主以后的维护和系统扩展时极为有利的。 特点 ●可与其它层级的处理机互相搭配，以符合应用的需求 ●通过扩展模拟量/数字量模块设备，可增加监控点数 ●结合软件与硬设备配合控制应用 ●以先进的PID 算法，精准的将HVAC 控制在最小的变动范围内 ●具有管理多种报警、历史及趋势记录的收集、操作控制和监控功能 ●可选配手动／停止／自动(HOA) 切换开关 本方案可实现空调冷热源的如下监控内容： 机组台数控制 根据供水管的流量及集水器、分水器的温差，计算负荷，然后通过冷水机组提供的通讯接口对风冷热泵机组的进行联网监控。通过网关的模式可实现数据的双向传输，并监控机组的运行状态、系统负荷、房间温湿度、系统启停指令信号等。
摘要 中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的。近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的优越性，而且得到越来越多的被广泛推广与应用。随着PLC技术和变频器的发展，采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态，还能节省不必要的电能和水资源的浪费。 本文采用三菱PLC控制系统设计中央空调的控制系统，因为采用PLC控制系统对中央空调的操控很简单，抗干扰能力强，输入和输出接口，运行速度快，稳定可靠，维护和维修方便，此外，该中央空调控制系统具有高可靠性，低功耗，长寿命，良好的环境适应性，适用于中央空调的开发，以及中央空调利润也很高，从而使PLC的机可以得到更好的发展，因此，本次的基于PLC的中央空调控制系统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义。 关键词：中央空调资源 PLC 意义
Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inver ted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non-linear, st rong-coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal mod el to prove new control theory and techniques. During the control process, pend ulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, foll ow-up and track, therefore. This paper use Plc control method of double inverted pendulum .This several test matrix value the results are not satisfactory response, then we opti mize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The system response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorithm optimization. Small twisted paper broken machine for ordinarhome. Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning
基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案 随着人们生活水平的提高和科技的发展，家庭智能化已成为一种必然趋势而深入千家万户。 家庭智能化即智能化家居 (Smart Home)，亦称数字家园(Digital Family )、家庭自动化(Home Automation )、电子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home )、网络家居(Network Home )、智能屋(Wise House, WH)、智能建筑(Intelligent Building、等。它是利用计算机、通信、网络、电力自动化、信息、结构化布线、无线等技术将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体的系统。它以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集系统、结构、服务、管理为一体的安全、便利、舒适、节能、娱乐、高效、环保的居住环境。其从控制层次来分，一般由中央控制中心、家居智能控制终端、小区智能控制系统、家庭网关和外部网络几部分组成。 1智能家居系统体系结构 家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对 讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图1所示。 图1智能家居系统结构框图 2系统主要模块设计 2.1照明及设备控制 智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机、网络、自动控制和集成技术建立一个 由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统。系统中照明及设备控制可以通过智 能总线开关来控制。本系统主要采用交互式通信控制方式，分为主从机两大模块，当主机触 发后，通过CPU将信号发送，进行编码后通过总线传输到从模块，进行解码后通过CPU触 发响应模块。因为主机模块与从机模块完全相同，所以从机模块也可以进行相反操作控制主
基于PLC的中央空调控制系统设计 摘要 中央空调现已广泛的应用在各大商场、办公大厦等场所中，传统控制系统中在控制较适宜的温度的同时，却消耗了大量的能量。如今，人们越来越重视中央空调的舒适性和节能性，本文重点研究了中央空调冷冻泵机组控制系统，为舒适的生活工作环境及有效节能提供了技术条件。 本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，总结了传统中央空调的缺点，即冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载，长期处于满负荷运行，造成了极大的能源浪费，随着变频技术日趋成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID 控制算法，通过西门子MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。 通过对中央空调的理论分析，验证了以出回水温差为根据对其进行变流量控制的可靠性。对变频控制系统进行了设计，为实现温度信号远距离传送，设计了基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络。通过西门子TD200 文本显示器实现人机界面的设计，最后使用MCGS 工控组态软件进行了系统的组态设计研究。 关键词中央空调；PLC；变频器；PID；RS-485 - I -
基于PLC的中央空调控制系统设计目录 摘要................................................................................................................................. I 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 中央空调控制的研究现状及发展 (2) 1.2.1 中央空调控制系统的发展 (2) 1.2.2 中央空调变流量控制的发展 (3) 1.3 本研究课题的主要工作 (4) 第2章中央空调变流量控制的原理 (5) 2.1 中央空调系统的结构和原理 (5) 2.1.1 概述 (5) 2.1.2 制冷原理 (5) 2.1.3 中央空调系统的构成 (5) 2.2 中央空调变流量控制的原理及特点 (5) 2.2.1 变流量空调系统概述 (5) 2.2.2 中央空调变流量控制的实现方式 (7) 2.2.3 中央空调系统变流量系统的特点 (9) 2.3 电机的软启动原理及应用 (10) 2.3.1 软启动设备介绍 (10) 2.3.2 软启动器的应用场合 (10) 2.3.3 软启动器与变频器之间的区别对比 (10) 2.4 PID控制的设计 (11) 2.4.1 PID控制原理 (11) 2.4.2 PID控制器的参数整定 (12) 2.4.3 PID的反馈逻辑 (12) 2.4.4 P、I、D参数调整原则 (13) 2.4.5 对空调系统的PID变频控制 (13) 2.4.6实现设定值的自动调节 (13) 2.4.7 PID控制器设计及实现 (13) 2.5 本章小结 (14) 第3章中央空调控制系统的硬件设计 (15) 3.1 变频器的原理 (15) 3.2 西门子MM440变频器性能介绍 (15) 3.2.1 主要特征 (16) 3.2.2 控制性能的特点 (16) 3.2.3 保护功能 (16) 3.2.4 变频器运行的环境条件 (16) 3.2.5 使用变频器设计系统时需注意的问题 (17) - II -
电气控制回路八种常用元件原理介绍 断路器、接触器、中间继电器、热继电器、按钮、指示灯、万能转换开关和行程开关是电气控制回路中最常见的八种元件，以图文并茂的方式介绍常用电气元件的原理及应用，通过了解它们在电气回路中的作用来掌握这些元件平时的运行情况。 1、断路器 低压断路器又称为自动空气开关，可手动开关，又能用来分配电能、不频繁启动异步电机，对电源线、电机等实行保护，当它们发生严重过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路。常用断路器外形图（如下图） 1P微型断路器 3P微型断路器
塑壳断路器断路器文字符号为：QF 断路器图形符号为： 单极断路器图形符号三极断路器图形符号
2、接触器 接触器由电磁机构和触头系统两部分组成，接触器最常见线圈电压有AC380V、AC220V、AC110V、AC36V、AC24V、AC12V和DC220V、DC36V、DC24V、DC12V等多种。常用的有AC380V、AC220V，机床常用的有AC110V、AC36V 、DC36V、DC24V、等几种，外形一样，就是线圈的电压有区别。 接触器电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成；接触器触头系统由主触头和辅助触头两部分组成，主触头用于通断主电路，辅助触头用于控制电路中。常用接触器外形图片 接触器文字符号为：KM 接触器图形符号表示为：
接触器线圈图形符号: 接触器主触头图形符 号 : 接触器辅助常开触头图形符号接触器辅助常闭触头图形符号 3、热继电器 热继电器是利用电流通过元件所产生的热效应原理而反时限动作 的继电器。 热继电器文字符号：FR 热继电器图形符号： ---------------------------------
智能生活智慧人生智能家居控制系统解决方案 广东领航者科技有限公司
一、概述 本方案设计采用witlife智能家居控制系统。 维德莱夫品牌源自澳大利亚，始创于1989年， Witlife维德莱夫—智能生活·智慧人生，系智能化酒店，智能化家居的领航者，在大洋洲和大中华地区设有研发和业务机构。在全球40多个国家和地区设有经销商和代表处。为智能化生活的进一步发展奠定了厚实的基础，为智能化领航起到了决定性作用。公司自创立以来始终不变的核心理念：为智能生活，提供人性化、专业化的全程智能服务，实现超乎客户满意的惊喜。 Witlife维德莱夫大中华地区总部成立于2010年，Wit life维德莱夫是一家专业从事家庭智能化控制产品与解决方案的研发、生产、销售和服务的全球知名企业，是全球知名的智能家居公司。 Witlife维德莱夫智能家居系统，是采用自动化控制系统、计算机网络系统、网络通讯技术、无线射频(RF)技术于一体的智能控制系统。具有实时显示、即时控制、预设控制、远程控制等功能，可以用家用电脑、手机、平板电脑、RF遥控器、触控面板等多种方式进行控制。通过网络可以完全掌控家庭、酒店所有的灯光、空调、电视、音响、热水器、饮水机、电饭煲、房门、窗帘、供养、浇花等。 Witlife维德莱夫，智能生活，智慧人生，一切尽在掌握之中。 推出的世界上最先进的网络家居控制系统，广泛应用于现代住宅中的安防监控、灯光窗帘、温度湿度、音乐影院等智能控制，并能无
缝接入小区网络对讲、家庭物联网。 二、网络家居控制系统的设计标准 本设计方案主要参照以下设计标准： 1、JGJ/T16-92 （民用建筑电气设计规范） 2、EN50090 （欧洲电工标准） 三、智能家居系统结构原理 智能家居控制系统采用目前最先进的网络架构，分散控制各个子系统，最适合现代家居的应用，其结构如下： 智能家居控制系统结构 智能家居控制系统的基本构成是网络点，网络点通过网络线接入路由器构成的家庭局域网。可以高速双向传输控制、信息、视频、音频等。 由上图可看出，智能家居控制系统平台能够搭载各种控制子系统，除了继电器控制信号，它能控制任何控制协议，传输任何音频、视频、信息数据，并能双向反馈。 智能家居控制系统具有： ?居家安防控制 ?居家监控系统 ?灯光智能控制
浅谈智能空调模块化控制系统设计与实现 发表时间：2018-07-18T11:35:16.190Z 来源：《科技研究》2018年6期作者：李昊 [导读] 模块化开发流程体系和技术在空调上的应用成果明显，这是一种解决研发设计效率和产品开发周期困境的有效方法。 珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519000 摘要：随着大气环境污染的日益严重，如何提供清洁的优质空气变得越来越重要了。在空调制造行业，特别是商用机领域，降低成本、缩短交货周期是客户非常关注的需求。而在空调箱领域的市场，由于门槛低，技术优势不明显，越来越多的中小企业加入到这一产品的竞争中。模块化开发流程体系和技术在空调上的应用成果明显，这是一种解决研发设计效率和产品开发周期困境的有效方法。 关键词：模块化；智能空调；系统设计；功能实现 引言 为满足家用空调的现代审美要求和功能需求，引入系统设计方法，把智能空调系统设计因素分解为内部和外部系统元素，并运用系统化设计程序，模块化成套设计可以用最少量的模块，组合出满足不同用户群需求的差异化产品，能够依靠用户大资源去换取供应商的一流模块资源，使整个产品生命周期的业务过程简化，为实现大规模定制生产奠定了基础。模块化是以模块为基础，综合了通用化、系列化、组合化的特点，以解决复杂系统快速响应设计、供货和制造的高级标准化形式。模块化设计主要从平台基本型着手，通过在基本型基础上进行变型和不同模块的组合配置出不同类型、不同规格、不同用途的差异化产品。由于模块化装配是大规模定制生产的前提，因此在模块设计时应充分考虑制造工艺标准化、减少过程检验和延迟差异化生产，尽可能通过接口的标准化和结构协同性来满足装配效率要求。 1.智能空调模块化控制系统设计要点 依据满足用户需求的模块管理架构把相关零部件按照其影响的产品设计参数和模块驱动因子进行模块聚类。以面板模块为例，它包括面板、装饰板、装饰条、面板框４类基本解决方案，这些解决方案共同影响了内机宽度、深度、高度、罩壳、面板、骨架造型和面板自动升降等７类设计参数，这些参数在影响用户需求的评价方面比较相近，面板造型影响度略高、面板自动升降影响度略低。模块化产品架构中的模块通常由数种零件组合而成，高层级的模块包含着低层级的模块。由于模块都具有独立的功能，因此可单独生产、采购、检验和装配。有的模组由模块商直接供应组装好模块，有的模组由厂内的预装线完成模块预装，以模组型式上总装线生产。罩壳模块和其他模块的接口数量最多，在设计时应注意罩壳模块的接口标准化设计，以避免产生过多模块，提升装配效率。 2.NB—IOT网络智能控制设计 2.1NB—IOT模块控制系统框架 NB-IoT主要服务于低功耗广域物联网的连接需求，在同一基站的情况下，具有广覆盖、大连接、低成本、低功耗四大特点，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。NB-IoT模块所实现的功能是通过UART接收主控制器的数据并上传到云平台；接收从云平台传输的空调控制命令并通过UART下发给主控制器。空调远程控制系统总体框架如图１所示：云平台将电脑客户端或者手机移动端的控制命令通过NB-IoT模块下发到主控制器，进而下发给空调，实现对空调的控制。主控制器将定时采集到的空调运行状态数据通过NB-IoT模块传输到NB-IoT基站，经核心网传送到云平台，用于Web界面展示和手机移动端的访问，从而实现用户通过手机或Web界面对空调运行状态的查询及空调的远程控制。 2.2主控制器软件设计 主控制器的软件设计包括主程序、串口接收中断服务程序等。主程序首先对STM32进行初始化，以及NB-IoT模块初始化，主要负责定时向空调发送运行状态査询命令，完成空调状态参数的定时采集，并按规定的协议将空调状态数据上传云平台。主程序流程图如图2所示：
自控系统介绍 一、概述 随着科技的不断发展和进步，现代化的建筑物迅速崛起及发展，已成为国民经济迅速增长的必然条件。而现代化建筑物的大型化、智能化和多功能化，必然导致建筑物内机电设备种类繁多，技术性能复杂，维修服务保养项目的不断增加，管理工作已非人工所能应付。因此，采用自动化监控系统技术及计算机管理已成为现代建筑最重要的管理手段。它可以大量的节省人力、能源、降低设备故障率、提高设备运行效率、延长设备使用寿命、减少维护及营运成本，提高建筑物总体运作管理水平。 建筑自动化监控系统（Building Automation System，简称BAS），实质上是一套中央监控系统（Central Control Monitoring System, 简称CCMS）,有时称为综合中央管理系统。现阶段已广泛应用于各类建筑领域，以提供对各类建筑物内设备进行高效率管理与控制的有效途径。 BA系统的主要功能是： 对机电设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化； 以运行状态监视和计算为中心的设备管理自动化； 以安全状态监视和灾害控制为中心的安全管理自动化； 以节能运行为中心的能量管理自动化。 机房集中监控系统是智能建筑系统中最重要的子系统之一，这可以从以下几方面看出： 智能建筑设备控制中机房设备相对比例较大，控制流程和技术较复杂，涉及自动控制、通信、计算机、图形及显示技术等。 机房集中监控系统，它不仅涉及对大厦的电、风、水等设备进行控制，而且与大厦的IT（信息技术）应用了有紧密的联系。 机房集中监控系统技术发展十分迅速，控制网络技术的突破性进展给楼宇控制领域带来巨大的影响。 机房集中监控系统是智能化工程中投资较大的部分。 1、系统的必要性 随着计算机技术的发展和普及，计算机系统数量与日俱增，其配套的环境设备也日益增多，计算机房已成为各大单位的重要组成部分。机房的环境设备（供配电、 UPS、暖通设备、等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。一旦机房设备出现故障，就会影响到计算机系统的运行，对数据传输、存储及系统运行的可靠性构成威胁，如事故严重又不能及时处理，就可能损坏硬件设备，造成严重后果。所以机房的集中管理更为重要，一旦系统发生故障，造成的经济损失更是不可估量。尤其目前国内普遍缺乏机房环境设备的专业管理人员，在许多地方的机房不得不安排软件人员或者不太懂机房设备管理甚至根本不懂机房设备维护的人员值班，这对机房的安全运行无疑又是一个不利因素。正是为了解决上述问题，本自控方案实现了机房设备的统一监控，减轻了机房维护人员负担，提高了系统的可靠性，实现了机房的科学管理。
智能家居控制系统 技术方案
智能家居控制系统技术方案 一、功能需求分析 如果说建筑是凝固的音乐，那么完美的智能家居控制系统则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，自控系统已不单纯是实现室内基本安防、照明、采暖的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是自动化技术与建筑艺术的统一体。完善的控制系统集装饰、照明、安防及节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用科学与艺术的搭配，光与影的组合以及安防与空调的自动控制来创造各种舒适、优雅的环境，以加强室内空间效果的气氛。我们在选择一个系统的同时，要切实考虑的主要是：系统的稳定性、系统的安全性、功能的实用性、后期的维护和扩展、外观的高度艺术和操作的人性化。 1．1智能系统设计范围 设计应包含的系统：智能门锁、安防报警、可视对讲、灯光、空调、电视、电动窗帘、背景音乐、家庭影院、视频监视、集中控制等。而且，以上所有系统都不是独立的，而是和其它系统相互联系，融合为一个统一的整体，并相互响应，做到真正意义上的智能。 应选用优秀成熟且性能稳定的智能家居控制系统，打造智能豪宅，技术上将应用先进的全分布控制和集中式控制相结合，利
用其强大的功能，保证和满足各个子系统的功能要求的基础上，突出整体、系统的功能，使智能化的各个系统互联为一个有机体，为顶级豪宅创造一个安全、舒适、便捷、高雅、轻松、写意的家居生活空间，具有无比的稳定性和卓越的开放性。 1．2智能系统设计的原则 需考虑用户操作方便，功能实用，外观美观大方的智能家居系统。系统要有吸引来宾的外观和功能，能体现用户高人一等的生活品位。同时要化繁为简、高度人性、注重健康、娱乐生活、保护私密。 二、设计方案 2．1 系统功能描述 下面对重点区域进行详细功能说明： 2.1.1、庭院 功能描述： ①室外模拟高清高速球把庭院的视像传送到网络服务器，以方便 主人能够经过电视、触摸屏、Internet、手机随时随地观察庭院周围的影像，并记录保存20天；
Shandong University of Science and Technology 电子技术综合实践报告题目名称：智能空调控制系统 姓名：xxx 专业：电子信息科学与技术 班级： 2012级2班 学号： 201201050503 同组人：xx 指导教师：xxx 电子通信与物理学院 2015年7月 24日
指导教师评语
摘要 本系统以STC89C51为核心，采用温度采集模块、继电器模块、显示模块、存储模块、响铃模块、指示灯模块、键盘输入模块、实时时钟模块，实现了基于空调温度控制系统。 本设计采用STC89C51单片机作为主控制芯片，控制各项功能。采用温度传感器DS18B20来采集室内温度，当采集温度超出温度阈值发出警告，并通过继电器控制220V的大电压，使空调工作。采用DS1302 构成实时时钟模块，设定初始时间后，可进行计时。然后采用两块共阴极4位七段数码管构成显示模块，可将时间、温度等数据显示出来，又用了4个普通的非自锁按键，可自由切换显示的数据。采用的存储器是AT24C02，用来存放当前正在执行的数据和程序，具有掉电保护功能。 关键词：STC89C51、温度采集、数据显示、温度调控
目录 前言 (5) 第一章设计要求 (6) 第二章系统的组成及工作原理 2.1、系统的组成 (6) 2.2、系统的工作原理 (6) 2.3、系统各模块功能的实现 (7) 2.3.1、按键切换功能及显示功能 (7) 2.3.2、按键调节功能 (8) 2.3.3、指示灯指示及响铃功能 (8) 2.3.4、存储功能 (8) 2.3.5、空调自动启动和关闭功能 (8) 第三章电路设计 (9) 3.1、单片机最小系统 (10) 3.2、显示模块设计 (11) 3.3、温度采集模块设计 (12) 3.4、实时时钟模块设计 (13) 3.5、继电器模块设计 (15) 3.6、响铃模块设计 (15) 3.7、键盘输入输出模块设计 (16) 3.8、存储模块设计 (17) 3.9、指示灯模块设计 (18) 3.10、系统原理图 (19) 第四章系统仿真与调试分析 (20) 4.1、系统仿真模型 (20) 4.2、仿真结果 (20) 4.2.1、室内温度在阈值范围之内及之外仿真结果 (20) 4.2.2、按键S1切换显示内容仿真结果 (21) 4.2.3、按键S2、S3、S4切换调节阈值仿真结果 (24) 4.2.4、掉电存储功能仿真结果 (26) 总结 (26) 参考文献 (27)
常用电气元件功能介绍 一、保护、隔离元件 1、刀开关、倒顺开关 功能：用于不频繁分断电源主回路，形成明显的断点。没有带灭弧装置，不能带大电流操作，无保护功能；倒顺开关有换向的作用。 参数：额定电流、接线方式、操作方式等 常用型号：HD11-400/39、HS11-600/39 2、断路器 功能：用于线路保护，主要保护有：短路保护、过载保护等，也可在正常条件下用来非频繁地切断电路。 常用的断路器一般根据额定电流大小分为：框架式断路器（一般630A 以上）、塑壳断路器（一般630A以下）、微型断路器（一般63A以下）。 参数：额定电流、框架电流、额定工作电压、分断能力等 常用型号：C65N D10A/3P、NSX250N、MET20F202 详见《断路器基础知识及施耐德NSX系列断路器》 3、熔断器 功能：熔断器是一种最简单的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。 熔断器就功能上可分为普通熔断器（gG）和半导体熔断器（aR），半导体熔断器主要是用于半导体电子器件的保护，一般动作时间较普通熔断器和断路器快，因此也经常称为快熔；普通熔断器一般只用于线路短路保护。 做线路保护用的熔断器一般只用在一些检测、控制回路中，大部分都被断路器而取代。
参数：额定电压、额定电流 常用型号：RT18-2A/32X、NGTC1-250A/690V 4、刀熔开关 功能：主要用于动力回路的短路保护，也可用于正常情况下非频繁的切断电路。 可替代断路器的部分功能，比断路器更经济。一般用于驱动器前端或总进线电源处做短路保护。 由熔断器和隔离开关延伸而来，也有叫做熔断器式隔离开关。 参数：框架电流、额定电流、额定电压 常用型号： 5、过电压保护器（浪涌保护器） 功能：用于线路的过电压保护，主要用于保护由于雷电等引起的感应电压的冲击，保护线路上的电子元器件。 可分为几个级别，电源进线回路保护的，也有控制回路保护的，应与避雷针等防雷器件配合使用。 参数： 常用型号： 6、热继电器 功能：用于控制对象（电机）的过载保护，常见于对多电机的保护。 当一台变频器驱动多台电机时，需要加热继电器做过载保护，防止其中某台电机因过载而烧坏。一般用于鼠笼或者变频电机，绕线式电机一般不采用热继电器来做过载保护，而用过流继电器。（绕线式电机一般过载能力较鼠笼式强，直接启动时启动电流也交鼠笼式小。）