空调机温度控制系统

课程设计课程设计名称：空调温度控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间： 2008.12.29-01.04计算机控制技术课程设计任务书摘要近几年，随着人民生活水平的逐步提高，居住条件也越来越宽敞；另一方面，环境保护运动的蓬勃发展，也要求进一步提高制冷和空调系统的利用率。

此外，人们对舒适的生活品质与环境愈来愈重视，要求也愈来愈高，不仅对室内温、湿度提出了较高的要求，也希望室内环境趋于自然环境。

综观空调器的发展过程，有三个主要的发展阶段：(1)从异步电机的定频控制发展到变频控制。

(2)从异步电机变频控制发展到无刷直流电机的变频控制。

(3)控制方法从简单的开关控制向智能控制转变。

随着对变频空调器研究的日渐深入，控制目标逐渐从单一的室温控制向温湿度控制、舒适度控制转移;控制方法从简单的开关控制向PID控制、神经网络控制、专家系统控制等智能控制方向发展。

由于神经网络控制和专家系统控制实现难度较大而且效果不一定很理想，因此本设计采用PID控制算法。

本设计从硬件和软件两方面完成了空调的温度控制系统，主要是以PIC系列单片机为核心的控制系统设计，采用PID控制算法，即通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，单片机通过对制冷压缩机的控制，调节压缩机的转速，实现了空调的制冷。

空调的硬件电路只是起到支持作用，因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。

它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。

同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。

同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。

对比软件和硬件的优缺点，本设计采用软硬件结合的办法设计。

关于空调温度控制系统的研讨摘要本文介绍了空调机温度控制系统。

本温度控制系统采用的是AT80C51单片机采集数据，处理数据来实现对温度的控制。

主要过程如下：利用温度传感器收集的信号，将电信号通过A/D转换器转换成数字信号，传送给单片机进行数据处理，并向压缩机输出控制信号，来决定空调是出于制冷或是制热功能。

当安装有LED实时显示被控制温度及设定温度，使系统应用更加地方便，也更加的直观。

关键字 AT80C51单片机 A/D转换器温度传感器随着人们生活水平的日益提高，空调已成为现代家庭不可或缺的家用电器设备，人们也对空调的舒适性和空气品质的要求提出了更高的要求。

现代的只能空调，不仅利用了数字电路技术与模拟电路技术，而且采用了单片机技术，实现了软硬件的结合，既完善了空调的功能，又简化了空调的控制与操作；不仅满足了不同用户对环境温度的不同要求，而且能全智能调节室内的温度。

为此，文中以单片机AT80C51为核心，利用LM35温度传感器、ADC0804转换器和数码管等，对温度控制系统进行了设计。

一、总体设计方案空调温度控制系统，只要完成对温度的采集、显示以及设定等工作，从而实现对空调控制。

传统的情况时采用滑动电阻器电阻充当测温器件的方案，虽然其中段测量线性度好，精度较高，但是测量电路的设计难度高，且测量电路系统庞大，难于调试，而且成本相对较高。

鉴于上述原因，我们采用了ADC0804将输入的模拟信号充当测温器件。

外部温度信号经ADC0804将输入的模拟信号转换成8位的数字信号，通过并口传送到单片机（AT80C51）。

单片机系统将接收的数字信号译码处理，通过数码管将温度显示出来，同时单片机系统还将完成按键温度设定、一段温度内空调没法使用等程序的处理，将处理温度信号与设定温度值比较形成可控制空调制冷、制热、停止工作三种工作状态，从而实现空调的智能化。

原理图如下图所示：图 1 系统原理图二、硬件电路设计该空调温度控制系统的硬件电路，只要由单片机AT80C51最小系统、8段译码管、数码管、按键电路、驱动电路、A/D转换电路、温度采样电路等组成。

空调自动控制系统软件设计及调试一、软件设计1.需求分析：首先需要明确用户对空调自动控制的需求，包括温度设定范围、湿度设定范围、日常工作时间等。

根据需求分析确定软件的功能模块。

2.系统架构设计：根据软件功能模块，设计系统的整体架构，包括用户界面模块、数据处理模块、控制策略模块等。

3.用户界面设计：设计用户友好的界面，让用户能够方便地操作和监控空调自动控制系统。

界面应包括温度、湿度显示、温度调节按钮、模式选择按钮等。

4.数据处理设计：根据用户设定的温度和湿度范围，对室内温度和湿度进行实时监测和处理。

如果温度或湿度超出设定范围，则进行相应的控制策略。

5.控制策略设计：设计空调的控制策略，包括温度和湿度的控制算法、设备启动和关闭的逻辑等。

控制策略应根据实际需求进行优化，以提高系统的能效和舒适性。

6.后台管理设计：设计数据库和日志记录功能，对空调自动控制系统的运行数据进行记录和管理，方便系统的运维和故障排查。

二、软件调试1.单元测试：对软件中各个模块进行单元测试，验证其功能的正确性。

可利用模拟数据进行测试，或者连接实际空调设备进行测试。

2.集成测试：将各个模块进行集成测试，验证模块之间的接口和数据传递是否正常。

测试包括正常场景和异常场景的模拟，以确保系统的稳定性和鲁棒性。

3.功能测试：对整个系统进行功能测试，测试用户界面的操作性、数据处理的准确性和控制策略的正常运行。

可通过模拟用户场景实现测试，或者实际将系统投入到使用中进行测试。

4.性能测试：测试系统对大规模数据的处理能力，如同时控制多个空调设备的运行等。

通过监测系统的响应时间和资源占用情况，评估系统的性能是否满足需求。

5.软件优化：根据测试结果，对系统进行优化，包括减少资源占用、提高响应速度等。

优化的目标是提高系统的稳定性和用户体验。

6.用户验收测试：将系统交付给用户进行验收测试，确保系统满足用户需求并符合设计要求。

总结：空调自动控制系统的软件设计和调试是一个复杂的过程，需要对用户需求进行详细分析，设计合理的系统架构，并进行多层次的测试和优化。

空调外机控制原理
空调外机的控制原理是通过传感器检测环境温度和湿度，并与设定值进行比较，然后向控制系统发送信号，控制系统根据传感器信号调整压缩机运行和制冷介质流动的速度，以达到设定的温度和湿度目标。

在空调外机中，有两个主要的控制回路，分别是温度控制回路和压力控制回路。

温度控制回路主要通过温度传感器测量环境温度，然后将得到的信号传送给控制系统。

控制系统根据设定的温度值和实际测量值进行比较，如果实际温度高于设定值，则控制系统会发送信号给压缩机，使其启动，并控制制冷介质的流动速度，降低室内温度。

反之，如果实际温度低于设定值，则压缩机停止运行，制冷介质暂停流动。

另一方面，压力控制回路主要通过压力传感器测量冷媒压力，然后将得到的信号传送给控制系统。

控制系统根据设定的压力范围和实际测量值进行比较，如果实际压力超过设定范围，则控制系统会发送信号给压缩机，使其停止运行或调整运行速度，以保护系统和设备的安全运行。

同时，控制系统还可以根据压力信号调节膨胀阀的开度，以控制冷媒流量和压力。

除了温度和压力控制外，空调外机还可以通过其他传感器来检测环境湿度、风速等参数，并根据实际需求进行相应的控制。

这些传感器与控制系统之间通过电气信号进行连接和通信，从而实现对外机的精确控制。

总的来说，空调外机的控制原理是通过传感器检测环境温度、
湿度和压力等参数，然后将得到的信号传送给控制系统进行处理，最终控制压缩机的启停和制冷介质的流动，以达到设定的温度和湿度目标。

空调控制器原理
空调控制器是一种电子设备，用于控制空调系统的运行和调节室内温度。

它的主要原理是通过感知室内温度和设定的温度值之间的差异，并根据这个差异调节空调系统的运行模式和风速，以达到设定的温度目标。

在空调控制器中，通常包含一个温度传感器，用于感知室内温度。

该传感器能够将感知到的温度信号转化为电信号，传送给控制器的微处理器。

同时，控制器还包含一个设定温度值的调节器，它可以根据用户的需求来设定室内温度。

用户可以通过控制器上的按钮或者是遥控器来调节设定温度的值。

当室内温度与设定温度值之间存在差异时，控制器的微处理器会根据预设的算法计算出这个差值，并将相应的控制信号传送给空调系统的主控制单元。

主控制单元会根据控制信号来调节空调系统的运行模式。

比如，当室内温度高于设定温度值时，控制器会发送一个信号，使空调系统切换到制冷模式，并调节风速，以加快室内温度的降低。

相反，当室内温度低于设定温度值时，控制器会发送一个信号，使空调系统切换到制热模式，并调节风速，以提高室内温度。

此外，空调控制器还可以具备其他的功能，如定时启动、风向控制、湿度调节等。

这些功能可以通过控制器上的不同按键或者是遥控器上的不同操作来实现。

综上所述，空调控制器通过感知室内温度和设定的温度值之间的差异，根据差值调节空调系统的运行模式和风速，从而实现室内温度的控制。

这样，用户就可以根据自己的需求和舒适感来调节空调的运行，提供更加舒适和节能的室内环境。

空调自动控制原理图
以下是空调自动控制的原理图，没有标题的文字。

1. 室内温度传感器：将室内温度转化为电信号。

2. 室外温度传感器：测量室外温度情况。

3. 室内湿度传感器：将室内湿度转化为电信号。

4. 室外湿度传感器：测量室外湿度情况。

5. 温度控制器：接收室内温度传感器的信号并与设定温度进行比较，根据比较结果控制空调开关或调整温度。

6. 湿度控制器：接收室内湿度传感器的信号并与设定湿度进行比较，根据比较结果控制空调开关或调整湿度。

7. 控制面板：提供操作界面，用户可以通过控制面板设置温度和湿度等参数。

8. 冷凝器：通过制冷剂的循环和传热，将室内热量排出去，降低室内温度。

9. 蒸发器：通过制冷剂的循环和传热，从室内吸收热量，提高室内温度。

10. 电风扇：控制室内空气的流动，使冷热空气均匀分布。

11. 压缩机：提供制冷剂的压缩和循环，实现室内空气的冷却。

12. 膨胀阀：控制制冷剂的流量，调节制冷效果。

以上是空调自动控制的原理图。

[空调温控器的原理及检修方法分析]空调温控器空调温控器的原理及检修方法分析1引言近年来随着我国经济快速发展，人们对生活环境办公环境有着越来越高的要求，对温度湿度的要求也越来越严格。

空调温控器分为电子式和机械式两种，按显示不同分为液品显示和调节式。

空调温控器是通过程序编辑，用程序来控制并向执行器发出各种信号，从而达到控制空调风机旁管以及电动二通阀的目的。

2空调温控器的原理温度控制器是对空调房间的温度进行控制的电开关设备。

温度控制器所控制的空调房间内的温度范围。

窗式空调常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断。

其结构由波纹管、感温包(测试管)、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个转送信号动力的系统。

控制方法一般分为两种;一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。

温控器分为:机械式分为蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。

其中蒸气压力式温控器又分为充气型、液气混合型和充液型。

家用空调机械式都以这类温控器为主。

电子式分为电阻式温控器和热电偶式温控器。

3电路系统的作用空调机电路系统的作用是控制空调正常和多功能的运行，保护压缩机和风扇电机正常运行。

电路系统的组成部件主要有温度控制器、热保护器、主控开关、运转电容器，风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。

温度控制器的作用只是控制压缩机的启动和停止。

4空调温控器的检修方法当空调器不能正常运行时，除需检查压缩机的启动继电器、过热、过流保护器和电容器外，还必须检查一下电气控制系统中非常重要的控制保护和执行部件—空调温控器主控选择开关。

下面介绍几种常见的空调温控器的快速检测方法。

4.1波纹管式或膜片式空调温控器1)故障现象之一触点接触不良或烧毁，造成电路不能接通;触点频繁动作起弧粘连，造成电路不能断;感温腔内的感温剂泄漏，造成触点不能动作而失去控制作用等。

空调温度控制系统的数学模型一、 恒温室的微分方程为了研究上的方便，把图所示的恒温室看成一个单容对象，在建立数学模型，暂不考虑纯滞后。

1． 微分方程的列写根据能量守恒定律，单位时间内进入恒温室的能量减去单位时间内由恒温室流出的能量等于恒温室中能量蓄存的变化率。

即,⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦恒温室内蓄每小时进入室内每小时室内设备照热量的变化率的空气的热量明和人体的散热量 ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦每小时从事内排每小时室内向出的空气的热量室外的传热量上述关系的数学表达式是：111()()c a b n a d C Gc q Gc dt αθθθθθγ-=+-+ (2-1) 式中 1C —恒温室的容量系数（包括室内空气的蓄热和设备与维护结构表层的蓄热）（千卡/ C ︒ ）；a θ—室内空气温度，回风温度（C ︒）；G —送风量（公斤/小时）；1c —空气的比热（千卡/公斤 ）；c θ —送风温度（C ︒）；n q —室内散热量（千卡/小时）；b θ—室外空气温度（C ︒）；γ—恒温室围护结构的热阻（小时 C ︒/千卡）。

将式（2—1）整理为：111111111n b a c a q d Gc C dt Gc Gc Gc θθθγθγγγ++=++++ 11111n a q Gc Gc Gc γθγ⎛⎫+ ⎪ ⎪=+ ⎪+ ⎪⎝⎭(2-2)或 11()a a c f d T K dtθθθθ+=+ (2-3) 式中 111T R C = —恒温室的时间常数（小时）。

1111R Gc γ=+ —为恒温室的热阻（小时 /千卡）1111Gc K Gc γ=+ —恒温室的放大系数（/C C ︒）； 1b n f q Gc θγθ+= —室内外干扰量换算成送风温度的变化（C ︒）。

式（2—3）就是恒温室温度的数学模型。

式中 和 是恒温的输入参数，或称输入量；而 是恒温室的输入参数或称被调量。

智能空调控制原理
智能空调控制的原理是通过合理的调节空调的工作模式、温度、风速、湿度等参数，以实现自动化的温度控制。

首先，智能空调控制系统利用传感器来感知室内外环境的温度、湿度等指标。

常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器等。

接下来，系统通过将传感器获取的数据与预设的目标温度做比较，确定是否需要运行空调，并决定合适的工作模式。

常见的工作模式有制冷模式、制热模式、通风模式和智能模式等。

其中，智能模式会根据环境和用户需求动态调整空调参数，实现最佳的节能效果。

一旦确定空调需要工作，系统会根据目标温度和当前温度之间的差异，调节空调的运行状态，主要包括温度设定、风速调节以及风向控制等。

通过控制冷却剂的压缩机、风扇和温控阀等设备，系统能够实现精确的温度控制。

此外，智能空调控制系统还可以根据用户的习惯和需求进行学习和优化。

例如，可以学习用户常用的温度设定和运行模式，根据不同时间段的用电需求，自动调整空调的运行策略，以达到节能和舒适度的最佳平衡。

总的来说，智能空调控制的原理是通过传感器感知环境参数，与预设的目标进行比较，调整空调的运行模式、温度、风速等参数，以实现智能化、舒适化和节能化的空调控制。

网上找到以下两种空调的自动控制方案。

比较简单的一种是如下图所示的单回路的闭环控制系统，传感器采用温度传感器，调节器采用pid控制，执行器指电机，调节阀指的是出风口的阀门开度。

另一种比较复杂的是如下所示的串级控制，分主回路和副回路，当室温偏离设定值时，调节器输出偏差指令信号，控制调节阀开大或关小，改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量，从而改变送风温度，达到控制室温的目的。

飞机飞行自动控制系统例子1、高度控制系统控制飞机在某一恒定高度上飞行的系统。

它以飞机俯仰角控制系统为内回路，因此除包括与自动驾驶仪俯仰通道中相同的元、部件（如俯仰角敏感元件、计算机、舵回路等）外，还包括产生高度差（当前高度与期望高度的差值ΔH）信号和升降速度(夑)信号的敏感元件。

专用的高度修正器或大气数据计算机能输出高度差和升降速度信号。

高度控制系统有两种工作状态：一种是自动保持飞机在当时的高度上飞行，简称定高状态；另一种是自动改变飞行高度直到人工预先选定的高度，再保持定高飞行，简称预选高度状态。

当驾驶员拨动预选高度旋钮调到预选高度刻度时，飞机自动进入爬高（或下滑）状态。

在飞机趋近预选高度后，自动保持在预选的高度上作平直飞行。

2、速度控制系统通过升降舵或升降舵加油门来自动控制空速或马赫数的系统。

通过升降舵调节的系统与高度控制系统相似，也以自动驾驶仪俯仰通道作为内回路。

在保持定速状态下，空速差(ΔV)等于当时空速(V)与系统投入该状态瞬间空速(V0)之差。

在预选空速状态下，空速差等于当时空速与预选空速(Vg)之差。

为提高控制速度的精度，须引入空速差的积分信号。

在保持飞机姿态或飞行高度不变的条件下，空速也可由油门自动控制。

将空速差和空速变化率(妭)信号引入油门控制器来改变发动机油门的大小。

如不满足上述条件，改变油门大小只能使飞机升高或降低，而速度不变。

为防止随机阵风引起空速频繁变化以致对发动机过分频繁调节，一般将空速差和空速变化率信号经过阵风滤波器（通常为低通滤波器）进行滤波。

空调温度控制系统的数学模型空调温度控制系统的数学模型一、 恒温室的微分方程为了研究上的方便，把图所示的恒温室看成一个单容对象，在建立数学模型，暂不考虑纯滞后。

1． 微分方程的列写根据能量守恒定律，单位时间内进入恒温室的能量减去单位时间内由恒温室流出的能量等于恒温室中能量蓄存的变化率。

即,⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦恒温室内蓄每小时进入室内每小时室内设备照热量的变化率的空气的热量明和人体的散热量 ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦每小时从事内排每小时室内向出的空气的热量室外的传热量上述关系的数学表达式是：111()()c a b n a d C Gc q Gc dt αθθθθθγ-=+-+ (2-1) 式中 1C —恒温室的容量系数（包括室内空气的蓄热和设备与维护结构表层的蓄热）（千卡/ C ︒ ）；a θ—室内空气温度，回风温度（C ︒）；G —送风量（公斤/小时）；1c —空气的比热（千卡/公斤 ）；c θ —送风温度（C ︒）；n q —室内散热量（千卡/小时）；b θ—室外空气温度（C ︒）；γ—恒温室围护结构的热阻（小时 C ︒g /千卡）。

将式（2—1）整理为：111111111n b a c a q d Gc C dt Gc Gc Gc θθθγθγγγ++=++++g 11111n a q Gc Gc Gc γθγ⎛⎫+ ⎪ ⎪=+ ⎪+ ⎪⎝⎭(2-2)或 11()a a c f d T K dtθθθθ+=+ (2-3) 式中 111T R C = —恒温室的时间常数（小时）。

1111R Gc γ=+ —为恒温室的热阻（小时 /千卡） 1111Gc K Gc γ=+ —恒温室的放大系数（/C C ︒）； 1b n f q Gc θγθ+= —室内外干扰量换算成送风温度的变化（C ︒）。

式（2—3）就是恒温室温度的数学模型。

式中 和 是恒温的输入参数，或称输入量；而 是恒温室的输入参数或称被调量。

目录第一章过程控制课程设计任务书 (2)一、设计题目 (2)二、工艺流程描述 (2)三、主要参数 (2)四、设计容及要求 (3)第二章空调温度控制系统的数学建模 (4)一、恒温室的微分方程 (4)二、热水加热器的微分方程 (6)三、敏感元件及变送器微分方程 (7)四、敏感元件及变送器微分特性 (8)五、执行器特性 (8)第三章空调温度控制系统设计 (9)一、工艺流程描述 (9)二、控制方案确定 (10)三、恒温室串级控制系统工作过程 (13)四、元器件选择 (13)第四章单回路系统的MATLAB仿真 (17)第五章设计小结 (19)第一章过程控制课程设计任务书一、设计题目：空调温度控制系统的建模与仿真二、工艺过程描述设计背景为一个集中式空调系统的冬季温度控制环节，简化系统图如附图所示。

系统由空调房间、送风道、送风机、加热设备及调节阀门等组成。

为了节约能量，利用一部分室循环风与室外新风混合，二者的比例由空调工艺决定，并假定在整个冬季保持不变。

用两个蒸汽盘管加热器1SR、2SR对混合后的空气进行加热，加热后的空气通过送风机送入空调房间。

本设计中假设送风量保持不变。

设计主要任务是根据所选定的控制方案，建立起控制系统的数学模型，然后用MATLAB对控制系统进行仿真，通过对仿真结果的分析、比较，总结不同的控制方式和不同的调节规律对室温控制的影响。

三、主要参数（1）恒温室：不考虑纯滞后时：=1（千卡/ O C）容量系数 C1送风量 G = 20（㎏/小时）空气比热 c= 0.24（千卡/㎏·O C）1围护结构热阻 r= 0.14（小时·O C/千卡）（2）热水加热器ⅠSR、ⅡSR：作为单容对象处理，不考虑容量滞后。

时间常数 T=2.5 （分）4=15 （O C·小时/㎏）放大倍数 K4（3）电动调节阀：= 1.35比例系数 K3（4）温度测量环节：=0.8按比例环节处理，比例系数K2（5）调节器：根据控制系统方案，可采用PI或PID调节规律。

中央空调调温原理
中央空调调温原理是通过控制空调系统中的压缩机、蒸发器、冷凝器和风扇等组件的工作来实现的。

首先，当温度超过设定的目标温度时，中央空调控制系统会发送信号给压缩机，启动它的工作。

压缩机会将低温低压的制冷剂吸入，并通过压缩将其转化为高温高压的状态。

接下来，高温高压的制冷剂会通过管道传输到冷凝器，冷凝器一般位于室外。

冷凝器内部有一系列的金属管，通过这些管道，制冷剂会散发出热量，使其温度降低，从而变为高温低压的状态。

随后，制冷剂会被送入到室内的蒸发器中。

蒸发器位于室内，通常安装在空调机箱内或者风管中。

在蒸发器内，制冷剂会遇到低温的空气，从而散热并降温，同时室内空气会被冷却、除湿。

最后，经过蒸发器散热后的低温低压的制冷剂会被压缩机重新吸入，整个过程循环往复。

通过控制压缩机的启停和调节制冷剂的流量，中央空调系统可以实现精确的温度调节。

需要注意的是，中央空调调温还与空气流通和环境因素有关。

空调系统通过风扇将冷空气吹送到各个房间，同时将热空气排出室外，确保室内温度达到设定值。

此外，室外温度、室内人员数量、隔热效果等都会影响中央空调的调温效果。

因此，在实际应用中，还需根据具体情况做出相应的调节。