智能空调控制专业系统设计
燕山大学
课程设计说明书题目：智能空调控制系统
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摘要
智能空调控制系统是根据温度传感器
采集室内的环境温度与系统的预设值进
行对比，通过控制系统的预先设置，空调进行自动制冷或制热，从而达到了智能控制的目的。根据人们对生活环境的要求和单片机的应用特性，本文介绍了应用STC89C52单片机进行控制的智能空调控制系统。
智能空调控制系统主要由电源电路、液晶显示电路、单片机控制电路、按键电路、控制指示电路等组成。其工作原理是温度传感器DS18B20采集室内温度传送给单片机，单片机分析数据，控制智能空调加热或制冷。
此系统可以通过按键设置空调的温度，使空调对室内进行加温或降温，也可以对系统预设一个温度值，通过传感器感知室内温度与智能空调的预设温度值进
行对比，通过单片机控制空调对室内进行加温或降温，达到智能空调的自动控制功
能。在定时功能启动的情况下，如果计时时间与定时时间相同，此时空调相应的状态会自动关闭，把定时时间存在
STC89C52单片机内部的EEPROM中，断电后不会消失，直至通过按键去改变，达到了智能空调的定时功能。
关键词：智能空调；液晶显示；STC89C52单片机；ds18b20温度检测芯片
目录
1智能空调控制系统的方案设计........................ 错误！未定义书签。
智能空调控制系统.................................. 错误！未定义书签。
系统工作原理.......................................... 错误！未定义书签。
系统功能模块工作原理介绍....... 错误！未定义书签。
各功能要求实现的工作原理....... 错误！未定义书签。2系统功能模块的设计与实现............................ 错误！未定义书签。
主控制模块.............................................. 错误！未定义书签。
主控制单元模块设计................... 错误！未定义书签。
主控制单元工作原理................... 错误！未定义书签。
电源模块设计.......................................... 错误！未定义书签。
电源模块概述 ............................... 错误！未定义书签。
电源模块的应用 ........................... 错误！未定义书签。
温度检测模块设计.................................. 错误！未定义书签。
温度传感器的选取 ....................... 错误！未定义书签。
DS18B20概述 .............................. 错误！未定义书签。
温度检测单元电路 ....................... 错误！未定义书签。
显示模块设计.......................................... 错误！未定义书签。
1602液晶显示器概述 .................. 错误！未定义书签。
显示模块电路 ............................... 错误！未定义书签。
模块设计.................................................. 错误！未定义书签。
键盘电路功能设定 ....................... 错误！未定义书签。
矩阵键盘电路工作原理............... 错误！未定义书签。
外围驱动电路模块设计 ......................... 错误！未定义书签。
驱动电路 ....................................... 错误！未定义书签。
JQC-3FF继电器.......................... 错误！未定义书签。
3系统软件设计 .................................................... 错误！未定义书签。4系统测试及结果分析........................................ 错误！未定义书签。
系统测试.................................................. 错误！未定义书签。
系统测试结果及分析 ............................. 错误！未定义书签。结论 ................................................................... 错误！未定义书签。心得体会 ................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 ................................................................... 错误！未定义书签。附录 ................................................................... 错误！未定义书签。
1智能空调控制系统的方案设计
本系统以单片机STC89C52为核心，采用电源模块、温度采集、键盘输入、液晶显示、驱动电路等，实现了基于空调温度控制系统。把定时时间存入单片机EEPROM中，不易丢失。人机交互采用按键输入、液晶显示，界面友好，易于操作。
1.1智能空调控制系统
DS18B20温度传感器采集室内温度数据，并将信息反馈给CPU，单片机分析并与设定的温度值进行比较，通过驱动电路使智能空调调节不同的工作状态，单片机的工作状态有加热、制冷工作状态。
不同的按键S的功能设置为：S2为“加”，S10为“减”，S3启动/关闭，S5为启动智能空调制冷状态，S6为调节走时按键，S7为启动智能空调
暖风工作状态，S13为开启/关闭定时，S14为调节定时。
系统的结构框图如图1-1所示：
图1-1 智能空调控制系统结构框图
1.2 系统工作原理
1.2.1 系统功能模块工作原理介绍
电源管理模块将外部交流电通过整流变压器及稳压芯片7805进行稳压，以便提供给各个系统工作模块，如DS18B20温度传感器、单片机主控制单元、液晶显示单元、驱动电路单元等。
单片机（STC89C52）主控制单元负责整个智能空调控制系统的运行控制，通过人际交互单元（按键及液晶显示）的系统功能设置，用1602液晶显
单 片 机
键
晶
复位
液晶 温度 驱动
示器将室内温度显示出来，并且可以通过按键进行调整，实现空调加热或制冷的工作状态设置，即达到智能空调的手动控制功能。通过DS18B20温度传感器实时检测室温并通过1602液晶显示器显示室温，并将室温与预设值进行对比，实现空调自动制冷或加热，实现了智能空调的自动控制功能。在定时功能启动的情况下，如果计时时间与定时时间相同，此时，空调相应的工作状态会自动关闭。把定时时间存在STC89C52单片机内部的EEPROM中，断电后不会消失，直至通过按键去改变，实现了智能空调的定时加热或制冷功能。
1.2.2各功能要求实现的工作原理
1、定时与时间显示
刚开始上电时，1602液晶显示器上产生实时时间。此系统运用单片机的定时器功能产生走时，采用的是二十四小时制，在一直通电的情况下，会一直加
到23:59:59，然后清零从00:00:00重新开始。
若开启定时功能，液晶右下角显示定时时间，在显示器的右上角显示ON,未开启定时功能则显示OFF。液晶显示屏的显示画面，如表1-1所示：
表1-1 未开启定时或开启定时功能，液晶显示屏显示结果
01234567891
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
O
O
F
N
F
单片机得电后，其内部定时器会立即开启，在软件程序中设定其相应的内部定时器的寄存器从而相应的走时会比较准确的记录下来。
2、温度检测与显示
DS18B20检测的室内温度信号返回给单片机，单片机会相应的处理此温度信号，同时送往液晶显示器显示。提
前设定的温度值存在单片机ROM中，单片机处理后，也会在液晶上显示。如表1-2所示，用**表示实时室内温度。
表1-2 液晶显示屏显示实时室内温
度（**为温度值）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
* *
智能温控就是感温头精确感应，把室内温度的变化传递给中央控制芯片，由芯片控制系统使室内温度达到显示屏上的设定温度，使用者只需要自身的要求而去设定不同的温度即可，以达到最大的智能化控制。
3、键盘调节
人机交互采用键盘输入。通过键盘输入指令，控制相应的不同状态的切换、时间定时长短的设定。调整时间设定（*表示光标闪烁）如表1-3所示。
表1-3液晶显示的调整时间设定（*为走时时间，@为定时时间）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
* * ：* * ：* * @ @ ：@ @
通过按键把定时的时间写入单片机的EEPROM中，永久性保存。
2系统功能模块的设计与实现
2.1主控制模块
2.1.1主控制单元模块设计
系统主控制单元，采用AT89c52单片机为主控制芯片，主要包括AT89c52单片机、复位电路、时钟电路、下载电路、电源指示电路。
2.1.2主控制单元工作原理
系统主控制单元如图2-1所示：
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE 30EA
31
PSEN 29RST
9
P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX 2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78
P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD
17
P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1
AT89C52R10
10k
C1
30pF
C2
30pF
C3
10uF
GND
GND
X1
CRYSTAL
Vcc
图2-1 系统主控制单元功能电路 STC89C52单片机具有256KB 的程序存储区、8KBFlashROM ，完全满足系统设计需要，按键S1为复位按键，采用低电平复位，电容C3与电阻R10组成上电复位电路，为了提高串行通信波特率的准确度，时钟电路采用12MHZ 的晶振和电容C1、电容C2组成振荡电路。
2.2电源模块设计
2.2.1电源模块概述
LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V 的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。
2.2.2电源模块的应用
电源模块电路如图2-2所示。电源电路主要为系统提供工作
TR1
TRAN-2P2S LP=1H
LS=0.0025h M=1
RP=1m RS=1m
C6
0.1uF
C8
470uf
C10
0.1uF
C9
220uF
+88.8
AC Volts
+88.8
Volts
VI
1
VO
3
G
N
D
2
U2
7805
BR1
BRIDGE
+88.8
Volts
图2-2 电源模块功能电路
电源，总电源有220V输入，通过变压器和整流器输出12V直流电源。但是这个直流电源很不稳定，所以再用一个7805进行稳压，输出稳定的5V直流电源。供单片机、lcd1602等使用。
2.3温度检测模块设计
2.3.1温度传感器的选取
温度是一种最基本的环境参数，人民的生活舒适度与环境的温度息息相关，DS18B20装置适用于人民的日常生活和工业和农业生产用的温度测量。由半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。DS18B20具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。
采用数字温度传感器DS18B20，与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出
被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线( 单线接口) 读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高，成本更低。测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃，精度为±℃。DS18B20的精度较差为±2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
2.3.2DS18B20概述
1．DS18B20的性能特点：
(1) 采用单总线专用技术，既可通过
串行口线，也可通过其它I/O口线
与微机接口，无须经过其它变换电
路，直接输出被测温度值（9位二
进制数，含符号位）。
(2) 测温范围是-55℃~+125℃。
(3) 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。
(4) 适配各种单片机或系统机。
(5) 用户可分别设定各路温度的上、下限。
(6) 内含寄生电源。
2．DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，配制寄存。DS18B20的管脚排列如图2-3所示。
图2-3 DS18B20引脚图
3．DS18B20引脚功能如下：
NC(1 、2 、6 、7 、8脚) ：空引脚,
悬空不使用。
VDD （3脚）：可选电源脚，电源电压范围是3～。
DQ （4脚)：数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。
2.3.3 温度检测单元电路
温度检测单元采用DS18B20实现温度的检测。功能电路如图2-4所示，，AT89c52单片机把这些数据进行分析，送至1602液晶显示器上显示温度。
27.0
DQ 2VCC 3GND 1
U1
DS18B20
P2.3
图2-4 DS18B 20温度检测功能电路
具体操作如下：
1．DS18B20初始化。
(1) 数据线拉到低电平“0”。
(2) 延时480微妙（该时间的时间范围可以从480到960微妙）。
(3) 数据线拉到高电平“1”。
(4) 延时等待80微妙。如果初始化成
功则在15到60微妙时间内产生一
个由DS18B20所返回的低电平
“0”。根据该状态可以来确定它的
存在，但是应注意不能无限的进行
等待，不然会使程序进入死循环，
所以要进行超时判断。
(5) 若CPU读到了数据线上的低电
平“0”后，还要做延时，其延时
的时间从发出的高电平算起（第
（3）步的时间算起）最少要480
微妙。
2．控制器写时序。
(1) 数据线先置“0”
(2) 延时15微妙。
(3) 按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发生一位)。
(4) 延时60微妙。
(5) 将数据线拉到高电平。
(6) 重复1～5步骤，直到发送完整的字节。
(7) 最后将数据线拉高。
3．控制器读时序。