制冷系统智能化基础课程设计指导书

《制冷系统智能化基础》课程设计指导书

本专业制冷系统智能化基础课程设计为微机原理、单片机基础、单片机在制冷系统中的应用三个部分，目的是了解单片机在制冷方向的应用。

由于单片微机体小价廉，功能强，使用灵活等优点，被广泛应用于自动控制、和能仪器仪丧、数据采集和处理及家用电器等许多方面，尤其在新产品研制、设备的更新改造中具有广阔的应用前景。

本课程设计以单片机为主控芯片，以期达到独立完成单片机应用小系统的设计之目的。

在进行课程设计时，首先应完全掌握《制冷系统智能化基础》课程中阐明的基本原理和基本规律，同时要学习、了解有关制冷设备的国家标准和设计技术措施。做到理论联系实际，为今后进一步从事制冷设备制造和安装的技术工作打下坚实的基础。

第一节、单片机应用系统设计的基本步骤

单片机应用系统设计与一般电子系统设计的差别在于，它既要构成逻辑电路，又要设计相应的支持软件这两者互相依存，相互补充，缺一不可。并且两者又具有一定的互换性，即某些功能既可以用软件实现，也可以用硬件实现。用硬件实现能提高工作速度，减少软件工作量，但会使电路变得复杂，成本增加。而用软件代替硬件则可使电路简化，成本降低，但增加了软件的复杂程度。因此，必须在两者之间反复权衡，合理分工，以达到既易于实现，又经济实用。单片机的特点是硬件高度集中，并具有软件优势，设计中应在充分利用单片机本身硬件资源的基础上，充分发挥其软件优势。

各个具体的应用系统由于实现的任务和要求不同，设计方案也就会不同。因而，在设计方法上没有固定的模式可循．但其设计过程的步骤却大体一致。

一、明确任务

和一般电子系统设计一样，单片机系统的设计也是从明确任务开始，从了解课题要求入手。可以从以下几个方而进行分析：

1. 区分被设计系统的任务性质，看其是属于检测，还是属于控制。若属于检测，检测的参数有哪些。若属于控制，控制的回路有哪几个，是否具有数学模型、经验公式或经验参数等条件。

2. 弄清楚输入信号的个数、种类、变化范围及相互关系。明确采用何种传感器取得输入信号，这些信号必须进行何种变换，怎样与单片机接口等。

3. 弄清楚输出信号的个数、种类和变化范围。采用何种执行机构实现，使用什么电路作信号变换，怎样和输出执行机构接口，如何达到执行机构所需的功率参数要求等。

４.需要设置哪些人机对话功能，如开关、键盘、拨盘、显示器及语音电路等。

5.了解本系统的应用环境条件，如温度、湿度、供电情况、现场干扰、控制室与工作现场等。采用何种措施防止干扰和进行保护。

6. 明确设计系统的各项技术指标．合理选择达到这些指标的方案，以求用最佳的性能价格比来实现。

二、确定总体方案

在明确任务的基础上，有目的地查阅有关资料，参考同类或相近的课题没计方案．构思出设计课题的总体方案。应尽可能构思多种方案，通过分析比较，优化出较理想的一种，作出硬件框图和软件框图。

随着软件和硬件设计工作的深入和细化，总体方案的某些缺点和矛盾可能被暴露出来，这就要求设计者不厌其烦地进行总体方案的修改和补充，反复作软件和硬件的协调。使曾总体方案逐步完善。

三、硬件设计

由总体方案所规定的硬件功能，设计出硬件系统原理图。采购相应的元器件进行硬件实验。做必要的工艺结构设计．制作出印制电路板，组装成型后即完成了硬件电路的基本任务。这个过

图1 单片机硬件系统的常用结构

程的基本环节是设计出合理的系统原理图。图1表示了单片机应用系统的常规结构，实际的系统可能只包含其中的某几个部分。

本次课程设计不要求做硬件实验，但要求制作硬件原理图。

在硬件逻辑设计时，通常有必要考虑下列几项带共同性的问题。

1. 负载容限

MCS-5I单片机的外部扩展功能强，但有些线的负载能力有限，如Ｐ0口的负载能力为4mA，最多驱动8个LSTTL电路，P0口~P3口的负载能力为2 rnA ,最多驱动4个LSTTL电路。若外接负载较多，应采取总线驱动方法提高系统的负载能力。常用的驱动器有：单向驭动器CT74LS244、双向驱动器CT74LS245。图2表示了单片机的P0口经驱动器CT74LS245与负载相连的情况以及P2口经CT74LS244与负载相连的情况。

2.抗干扰措施

采取必要的抗干扰措施是保证单片机系统正常工作的重要环节。供电系统、传输导线以及电磁耦合等产生的电磁干扰信号是单片机系统工作不稳定的重要原因。常用的抑制方法有：加装电源低通滤波器；使用带屏蔽的变压器将电源与其他电路隔离；采用优良的微机专用稳压电源；电路的逻辑地和数字地采用一点相连；电路板各主要集成芯片的电源采用退耦电路，通常接10μF和0.1μF的并联电容。另外，来自输入、输出通道的干扰也是不可忽视的，主要是来自公共地线，以及静电噪声和电磁波于扰。常用的抗干扰措施有：采用光隔离；采用双绞线作传输线；使用屏蔽线等。当然，系统本身的元器件质量是可靠工作的基本保证，应认真挑选，并尽量使用CMOS器件。

图2总线驱动接口芯片与单片机的连接

（a）CT74LS245的P0口的连接（b）CT74LS244的P2口的连接

四、软件设计

微型计算机的软件设计是在操作系统支持下的软件设计，

而单片机的软件没计却是在裸机条件下开始的，具有一定的特

殊性。图3表示了单片机软件的设计流程。

单片机应用程序通常采用顺序编写法，既按照程序执行的

流程进行顺序编写。一个系统程序通常由主程序和若干中断服

务程序组成。要根据系统各个操作的性质决定主程序完成哪些

操作，中断程序完成哪些操作。

在做具体程序设计时，又常常采用模块化结构，即将功能

完整、长度较长的程序分解成若干相对独立、长度较小的模块

（或称为子程序），然后分别进行编写、调试。主程序和中断

图3软件设计流程服务程序一旦需要，则进行调用。

在划分子程序模块时，有必要注意这样儿点：

（1)每个模块不宜太长，以便检查和修改方便。

(2)每个个模块在逻辑上相对独立，模块之间的界限要清楚。

各模块之间不应发生寄存器、状态标志等单元内容的冲突。因而，将各模块联接时，应特别注意各部分之间的衔接。

(3)尽量选用现成的模块程序，以减少软件工作量。

五、系统调试

该部分本次不作。

单片机应用系统的软、硬件制作完成后，必须反复进行调试、修改，直至完全正常工作为止。调试五作通常可分为三个步骤进行。

１.硬件调试

首先，用逻辑笔、万用表等工具对硬件电路作脱机检查，看连线是否与逻辑图一致，有无短路、虚焊等现象。器件的型号、规格、极性是否有误，插接方向是否正确。检查完毕，可用万用电表测量一下电路板正负电源端之间的电阻，排除电源短路的可能性。

通电检查时，可以模拟各种输入信号分别送入电路的各有关部分，观察I/O口的动作情况，查看电路板上有否元件过热情况，有否冒烟、异味等现象发生。各相关设备的动作是否符合设计要求。

2.软件调试

软件的调试必须在开发系统的支持下进行。先分别调试通过各个模块程序，然后调试中断服务程序，最后调试主程序，将各部分联接进行调试。调试的范围可以由小到大、逐步增加，必要的中间信号可以先作设定。通常交叉使用单步运行、断点运行、连续运行等多种方式，每次执行完毕后，检查CPU执行现场、RAM的有关内容、I/O口的状态等。发现一个问题，解决一个问题，直至全部通过。

3.软硬件联调

在软硬件分别调试成功的基础上，进行软硬件联机仿真，当仿真成功后，将应用程序写入EPROM中，插回到应用系统电路板的相应位置，即可脱机运行。

单片机接口扩展的设计参见教材

高性能的MCS-51单片机具有丰富的内部资源，能满足一般应用的需要。同时，还具有很强的系统扩展功能，在片内资源不够用的情况下，可以很方便的进行外部接口的扩展，以形成一个用户所需的应用小系统。

一个系统是否需要扩展、扩展哪些外部芯片，这取决于单片机本身的资源情况和所设计的系统要求，需要什么则扩展什么。通用的扩展接口有存储器接口，输入、输出接口，数／模(D/A)接口，模／数（A/D）接口，键盘及显示接口等。

第二节课设要求

一、设计最低要求

设计人员应完成说明书和主要设计图纸。

（1）设计说明书

①设计依据

摘录依据性资料中与本课程设计有关的主要内容，其它方面提供的本课程设计资料。如芯片的功能、传感器对单片的要求、环境及抗干扰级别等等。

②设计范围

根据设计任务书的要求，说明本制冷系统的控制设计内容及与有关部件的功能。

③系统的设计

控制系统硬件方框图，控制系统程序方框图，元件编号表及参数表等。其中，元件编号表要表明元件型号、规格、耗电、信号特点、其他所需技术数据。被控系统的技术参数如：风机的风量、风压、出口方向、转速及电动机功率；室内外温度控制范围、电动机功率；实现功率元件控制的方案。

（2）设计图纸

绘制控制系统原理图，图中的线路连接及元件标注必需正确无误。

（3）程序设计

二、图纸要求

1、原理图1～2张。

2、图标可按以下规格：

三、学时分配

１、熟悉设计任务书、指导书、收集资料 16学时

２、方案的确定 16学时

３、元件选择计算 4学时

５、原理图绘制及编程 32学时

６、说明书整理 8学时

７、小结、交流、答辩 4学时

四、书面格式

题目：

设计人：

设计摘要：

目录

第一章设计任务与要求页码

第二章设计依据页码

第三章控制系统性能说明页码

第四章硬件设计页码

第五章软件设计页码

第六章制造工艺页码附表、附图

《制冷系统智能化基础》课程设计任务书

一、目的

通过制冷系统智能化基础课程设计，掌握小型制冷系统的控制方法，进一步巩固所学的制冷设备运行知识和自动控制理论，了解目前制冷设备先进的运行管理和控制方法、内容、程序和基本原则，学习设计方法和步骤，提高制图能力，初步学会运用相关标准、规范进行设计工作，并解决工程实际问题。

二、内容和要求

用单片机控制的数据采集系统

任务与要求

以单片机为主控器．扩展A/D和D/A接口，构成一个多路模拟量输入的数据采集系统，要求设计制作出硬件电路，编制并调试出程序。

设计思路

数据采样是智能仪表、自动控制系统中不可缺少的部分，如果单片机本身带A/D、D/A功能，则不必进行系统扩展。如果芯片本身不带这种功能，则必须扩展A/D、D/A 接口，还必须扩展存储系统程序的EPROM，以构成一个完整的数据采集系统。

芯片的选取应根据应用需要或实验条件进行，当精度要求不高时，通常用8位A /D/A电路，如选ADC0809 , DAC0832及EPROM 2764等进行系统扩展。

硬件框图

硬件框图如图示，图中，三路输入信号是用5 V 电源经电位器调节得到0~5 V的采样输入信号送入ADC电路的IN0~IN2。单片机分时对模拟输入信号进行采集，获得数值信号单片机内存储RAM中，也可以使用扩展R A M。之后单片机将RAM中的数值量送入D/A转换电路，D/A电路通常输出与数字量相对应的模拟电流，经I/ V变换成模拟电压值。若系统工作正常，得到的输出模拟电压与输入模拟电压相等，可用示波器进行比较。

图多路数据采样系统框图

程序流程

程序的编制可采用查询方式，也可以采用中断方式。

《制冷系统智能化基础》课程设计评分标准

本课设成绩由三部分组成：到课率、设计内容、答辩。

一、到课率（10分）

抽查5次，每次2分，

抽查时间为早上10∶00~10∶30，下午2∶00~2∶20

①以上各部分出现二人以上雷同时，则同时扣除相关人本课程设计总分的一半直至零分。

②为了体现设计过程的相互协作精神，可以3人为一组，但同组人以上部分的雷同程度不得超过1/3 。否则按雷同处理。

③答辩完即交说明书，无说明书记零分。晚交说明书扣15分。

三、答辩（20分）

1. 答辩时间为设计第二周星期五全天

2. 答辩完后，简要整理出答辩记录与说明书一同上交。

《制冷系统智能化基础》课程设计时间安排

二十一周

计算机使用：

时间：五周星期四、星期五

六周星期一、星期二、星期三、星期四

上午8：30—11：30

下午2：00—5：00

每组一台。