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空调控制系统

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1

设计要求：

设计一空调房间温度控制系统[1]，该系统能准确测量房间温度，并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关，通过控制压缩机转速频率来控制所需热量。空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节。

设房间热惯性时间常数YT=450，空气导热延迟τ=35，选择合适的控制算法进行控制。 2

1 课程设计的目的与意义

通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。

课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，计算机科学在自动化控制应用上得到了飞速发展，因此，学习这方面的知识必须紧密联系实际,掌握这方面的知识更要强调解决实际问题的能力。我们要着重学会面对一个实际问题，如何去自己的收集资料，如何自己去学习新的知识，如何自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地提高分析和解决问题的能力。 3

2 设计任务

2.1 设计内容

设计一空调房间温度控制系统，该系统能准确测量房间温度，并根据设定温度进行有效控制。空调设计变频空调制冷(热)量与压缩机转速有关，通过控制压缩机转速频率来控制所需热量。空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节[2]。

2.2 计划设计进程

一、总体方案设计

二、控制系统的建模和数字控制器设计

三、硬件的设计和实现

1、选择计算机字长(选用 51内核的单片机)

2、设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；

3、设计输入信号接口电路；

4、设计信号输出控制电路；

5、其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。

四、软件设计

1、分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；

2、编写A/D转换和位置检测子程序框图；

3、编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；

4、其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。 4

3 设计方案

空调控制系统可以划分为七大部分：系统控制部分、室内温度采集部分、键盘控制部分、温度显示部分、压缩机控制部分、四通阈控制部分、风机控制部分。各模块电路的框图如图所示。

图1 各模块电路的框图 5

4 空调模型

4.1 模型分析

（1）空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有一阶惯性环节。

（2）由任务书给定条件：房间热惯性时间常数为450，空气导热延迟τ=35，通过分析,我们选择PID控制算法进行控制。

4.2 MATLAB仿真

图2 MATLAB仿真

4.3 仿真结果

图3 MATLAB仿真结果 6

5 硬件设计

5.1硬件系统框图

根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入LCD1602显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图

图4 硬件系统框图

5.2 各部分的硬件设计

1温度传感器选择[3]

根据任务要求我们选择了AT590作为温度传感器。AD590电流输出型两端温度传感器是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。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：mA/K式中：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。电源电压可在4V~6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

4、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

其规格如下： 7

温度每增加1℃，它会增加1μA输出电流。

可量测范围-55℃至150℃。

供应电压范围+4V至30V。

AD590的接脚图及零件符号如下图所示：

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。

Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。

量测Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。

电路分析：

AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此电压V为(273+T)μA ×10K=

(2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。

由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。接下来我们使用差动放大器其输出Vo为(100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果现在为摄氏28度,输出电压为2.8V。

（2）AD转换器的选择

因为温度变化范围是-50--50度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，

所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。

温度的计算公式：V=5*Rt/(R+R1+Rt)。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

a.ADC0809的内部逻辑结构 8

图5 ADC0809内部原理

由图5可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

b 引脚结构（如图）

IN0－IN7：8条模拟量输入通道

图6 ADC0809引脚图 9

ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；地址输入和控制线：4条。

ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁 存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表1所示。

C B A 选择的通道

0 0 0 IN0

0 0 1 IN1

0 1 0 IN2

0 1 1 IN3

1 0 0 IN4

1 0 1 IN5

1 1 0 IN6

1 1 1 IN7

表 1

数字量输出及控制线：11条

ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。

c.ADC0809应用说明

① ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 10

②初始化时，使ST和OE信号全为低电平。

③送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。

④在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

⑤是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

⑥当EOC变为高电平时，给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

（3）按键输入

因为按键数目不多，所以系统直接采用非编码方式，直接连接单片机I/O口。

图7 按键电路

（4）显示部分

系统采用LCD1602，P0和P3.0-P3.2作为输出口，控制LCD显示器，如图8。

图8 LCD1602

（5）输出控制 11

设计使用LCD1602显示当前设定温度和实际测量温度，用两个LED指示当前空调状态（加热或制冷），51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口；单片机输出PWM 波经驱动电路从而控制压缩机的转速。

（6）系统硬件设计图 12

图9 硬件原理图 13

6 软件设计

6.1 工作模式分析

由系统要求可以列出表2

工作

模式 设定

温度 实际

温度 压缩机

制冷 25.0度

小于25.0度 工作

制热 25.0度 小于25.0度 工作

保持 25.0度 小于25.0度 不

工作

表 2

根据上表，我们列出一系列子程序，再根据当前状况选择相应的子程序。例如控制部分子程序如下：

void output(int temp1,int temp2)

{

unsigned char table[3];

table[2]=temp1%10; table[1]=(temp1/10)%10; table[0]=(temp1/100)%10;

DisplayString(0,1,"Current T:"); //显示当前测量温度

DisplayOneChar(10,1,table[0]+0x30);

DisplayOneChar(11,1,table[1]+0x30);

DisplayOneChar(8,1,'.');

DisplayOneChar(12,1,table[2]+0x30);

DisplayOneChar(13,1,'C');

table[2]=temp2%10; table[1]=(temp2/10)%10; table[0]=(temp2/100)%10;

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空调控制器是什么东西,是空调里面啊电路板上的东西吗？

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空调控制器是一种用于控制空调系统运行的设备，通常安装在室内机或与室内机连接的电路板上。

它是空调系统中的关键组成部分，负责监测和调节室内温度、湿度以及其他参数，并向空调系统发送相应的指令。

空调控制器可以包含一个或多个微处理器、传感器、开关、显示屏和连接接口等元件。

它通过与其他空调设备（如压缩机、风扇、阀门等）进行通信，控制它们的操作，以达到理想的室内环境条件。

具体来说，空调控制器的主要功能包括：

1. 温度控制：通过内置的温度传感器或外部传感器，监测室内温度，并根据设定的温度值调节空调系统的运行，使室内保持舒适的温度。

2. 湿度控制：某些高级空调控制器还具有湿度传感器，可实时监测室内湿度水平，并相应地控制空调系统的除湿功能，确保室内湿度处于适宜范围。

3. 模式选择：空调控制器通常提供不同的模式选择，例如制冷、制热、通风、自动等，根据用户需求来选择合适的运行模式。

4. 定时控制：通过定时器功能，允许用户预设空调启动时间和关闭时间，以便在特定时间自动开关空调。

5. 风速调节：空调控制器可以控制室内机风扇的转速，以实现不同的风速选择，从而满足用户对风量的需求。

6. 远程控制：一些现代化的空调控制器具备远程控制功能，通过无线技术或网络连接，使用户可以通过智能手机、遥控器等设备远程操控空调系统。

 总之，空调控制器是空调系统中负责监测和调节室内环境的重要组成部分，通过电路板上的电子元件实现各种控制功能，以提供舒适的室内气候。

空调系统恒温控制器工作原理

空调系统恒温控制器工作原理

空调系统恒温控制器工作原理

空调系统恒温控制器是一个重要的设备，用于控制室内温度，使其保持在一个设定的恒温范围内。本文将介绍空调系统恒温控制器的工作原理以及它在空调系统中的作用。

一、恒温控制器的工作原理

恒温控制器是通过感测室内温度并与设定的目标温度进行比较，然后采取相应措施来调节空调系统的运行，以维持室内温度在恒定的范围内。

恒温控制器主要由三个部分组成：温度传感器、控制电路和执行机构。

1. 温度传感器

温度传感器是恒温控制器的重要组成部分，它用于感知室内的实际温度。目前常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。温度传感器将感测到的温度信号转换为电信号，传输给控制电路。

2. 控制电路

控制电路是恒温控制器的核心部分，它接收温度传感器传过来的电信号，并将其与设定的目标温度进行比较。当室内温度高于或低于设定温度时，控制电路就会发出相应的信号，进而控制执行机构工作。

3. 执行机构 执行机构根据控制电路的信号来控制空调系统的运行。当室内温度高于设定温度时，执行机构会启动制冷模式，使空调系统工作，把室内温度降低到设定范围。反之，当室内温度低于设定温度时，执行机构会启动加热模式，使空调系统加热，将室内温度提高到设定范围。

二、空调系统恒温控制器的作用

空调系统恒温控制器在空调系统中起到了至关重要的作用。

1. 提高舒适度

恒温控制器可以帮助用户在室内保持一个恒定的舒适温度。用户可以通过设置恒温控制器来调整室内温度，并确保室内温度始终保持在一个舒适的范围内。这在夏季提供了凉爽的室内环境，在冬季则提供了温暖的室内氛围。

2. 节能节电

恒温控制器可以根据实际需要自动启停空调系统，避免持续运行而浪费能源。当室内温度达到目标温度时，控制器会及时关闭空调系统，以节省能源。而在温度低于目标温度时，控制器会自动启动空调系统，保持室内温度稳定。

3. 延长设备寿命

恒温控制器可以有效地控制空调系统的运行，避免了长时间不间断运行对设备的损害。通过合理控制空调系统的工作时间和工作模式，恒温控制器可以减少设备的运行压力，延长设备的使用寿命。 4. 提高系统稳定性

空调控制系统

空调控制系统

1总体方案设计

随着人们生活水平的提高，人们对空调的舒适性和空气品质的要求越来越高，分体式空调已不能满足人们的要求，户式中央空调得到了迅猛的发展。就室内居住环境而言，恒温环境并非是卫生和舒适的。因为除了温度外，还有湿度、空气流速、空气洁净度等诸多因素影响到舒适的程度。而传统的中央空调靠设置机械温控开关来实现房间的恒温控制。这种控制方法，一方面操作不方便；另一方面温度波动范围大，不但影响人的舒适感，而且会造成一定的能量损耗。采用单片机温度控制系统控制的户式中央空调系统，可以根据室内的环境因素，调节风机的转速，为人们创造一个舒适的室内环境，同时又节省电。

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[3]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。而本次设计就是要通过以C51系列单片机为控制核心，实现空调机温度控制系统的设计。

1.1方案一

选用AT89C51单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，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系统对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。在整个设计中，涉及到温度检测电路、驱动控制电路、显示电路、键盘电路以及电源的设计等电路。其中单片机的控制程序是起到各个电路之间的相互协调，控制各个电路正常工作的至关重要的作用。其方框图如下:

图1-1 方案一设计图框

该图控制简单，思路清晰，各单元模块的相互衔接较简单，同时成本低廉，用的各种器件都是常用器件，更具有使用性。

空调智能控制系统设计论文

空调智能控制系统设计论文

空调智能控制系统设计论文

随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们越来越关注舒适度问题，空调作为现代化的通风设备，其在人们生活中的重要性也越来越受到广泛关注。然而，传统的空调使用方式，不能完全满足人们对舒适度和节能方面的需求，而空调智能控制系统应运而生。

本文基于空调智能控制系统的设计，旨在提高空调的舒适度和节能性。首先，文章阐述空调智能控制系统的概念、特点和意义。其次，详细介绍空调智能控制系统所包含的模块及其功能。最后，设计实现一份基于循环神经网络的温度控制算法，并进行实验验证，说明这种算法比传统PID算法更加适用于空调智能控制系统。

空调智能控制系统是指通过先进的技术手段，实现对空调系统的监控、控制和管理的一种综合性系统，它拥有以下几个特点：一是具有自适应性能，在不同的时间和环境下能够实现差异化的运行模式；二是具有智能化能力，在一定程度上完成自我学习和优化；三是具有联网性能，可以实现与其他系统的互联互通，建立用户与系统之间的紧密联系。

空调智能控制系统的实现有着广泛的应用，它可以在工业、民用、军事等领域发挥作用，特别是在现代住宅布局中，空调智能控制系统具有很大的市场前景。因此，研究空调智能控制系统对于提高人们生活水平、节能减排、保护环境都有着十分积极的作用。 空调智能控制系统一般包括硬件和软件两个部分。硬件方面，主要包括传感器、执行器、电路板、网络接口等组成；软件方面，主要包括控制系统、数据库、算法等组成。其中，算法是空调智能控制系统最为核心的组成部分，直接决定了整个系统的性能。

本文所做出的改进主要是基于循环神经网络（RNN）的温度控制算法。与传统的PID算法相比，RNN算法的优点在于能够克服传统PID算法对时间序列的固有限制，并且可以自适应地调整模型结构以适应不确定性因素的变化。为了验证该算法的有效性，本文进行了一系列实验，结果表明循环神经网络算法的温度控制效果要远远高于传统的PID算法，减少空调能耗的效果极为明显。