自动控制系统课设

《自动控制系统》

论文

院系：物理与电子工程学院

专业：自动化

班级：1011

姓名：寇冠英韩涛邱怀宇

学号：2010118186 2010118121 2010118145

空调温度控制电路的设计

摘要：随着人们生活水平的提高以及全球气候的变暖，空调已经越来越广泛地出

现在家庭中。温度控制是空调的主要功能，本文通过对空调的分析和理解设计出

温度控制电路。

关键词：模拟电路电压比较器温度传感器51单片机A/D转换电路

目录：

1.概述

2.整体思路

3.温度采集

4.单片机以及电路的设计

5.电压比较的电路设计

6.总结

1.概述

空调即空气调节器，是一种用于给空间区域（一般为密闭）提供处理空气温度变化的机组。它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的，空调以前大多一般使用的制冷剂是氟利昂。氟利昂的特性是：由气态变为液态时，释放大量的热量。而由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。（即先吸热气化再液化放热）空调就是据此原理而设计的。

压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂，所以室外机吹出来的是热风。然后到毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

制热的时候有一个叫四通阀的部件，使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

由于学习过单片机、A/D转换、温度传感器等内容，所以想利用其进行电路设计。

2.整体思路

通过温度传感器对空气温度进行温度采集，将采集的温度信号传输给单片机，再由单片机对收集到温度与给定的温度进行比较，并判断制冷、制热的信号对温度进行调节，之后再进行比较，反复循环，一直到温度达到给定值。如图：

3.温度采集

如图所示，该电路采用单电源供电，热敏电阻Rt与电阻R1、R2、R3组成电桥电路，R1和R2决定着放大器正相输入的电压值；R3和Rt决定放大器反向输入电压值。由于VCC和R1、R2、R3固定，所以正相输入电压固定。当温度变化时，Rt的阻值发生变化，故输出电压Uout由Rt唯一确定。通过电路采集到温度信息，并将其转变为电信号输出并送入A/D转换电路。

4. 单片机以及电路的设计

8051包含8位CPU、片内振荡器、4KROM、128字节RAM、2个16位定时器、计数器、中断功能、I/O接口等。

ADC0809的启动方式为脉冲启动方式，启动信号ATART启动后开始转换，EOC 信号在START的下降沿后才变为无效低电平。这要求查询程序待EOC无效后再开始查询，转换完成后，EOC输出高电平，再由OE变为高电平来输出转换数据。可以利用EOC信号来通知单片机（查询法或中断法）读入已转转换的数据，也可以在启动ADC0809后经过适当的演示再读入已转换的数据。

ADC0809的数据输出公式为：Uout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin为输入模拟电压，Vout为输出数据。

电路如图:

该电路只给出了控制部分的电路图，因为主要是研究控制部分，故只画了这

个电路图，其余部分只需要经过简单的连线与加入显示部分便可做成一个完整的实物。经过电气检查，无连接错误。本电路有电阻、电容组成，故他们的参数也会影响实验的结果，对电阻以及电容的值进行改变，可以得出不同的测量范围，特别是电桥电路，电阻值的变化会影响阻值的测量范围，经过测试给出如上图所示的电阻值.

5.电压比较的电路设计

通过温度传感器对空气进行温度采集，将信号送入由迟滞比较器组成的电压比较电路，进而进行温度调节。

以下说明PN结温度探测器：

用迟滞比较器方法的温度控制电路

空调温度控制系统的工作原理：假设空调使室内温度温差变化范围为设定值+1，那么当制冷设定为24的时候，当温度降到23压缩机停机，当温度回升到25是压缩机工作；若制热设定24是，当温度升到25时压缩机停机，当温度回落到

23压缩机工作。由于电路在工作是需要两个阙值电压，所以滞回电压比较器满足工作原理。

上图所示为滞回电压比较器电路图，其门值电压为：

当Ui由小变大时，Uo在UT+处跳变；当Ui由大变小时，Uo在UT-处跳变。工作过程：当选择制冷模式时，设定电路输出正电压信号，压缩机正常工作，输出负电压信号时，压缩机停止工作。采用AD590采集温度信息时，温度与输出电压成正比。温度采集模块的输出电压即为电压比较器的输入电压。调节滞回比较电路，使得当温度达到25是Ui为UT+，温度降为23是的Ui为UT-。同样的，当选择制热模式是，设定电路输出正电压信号时，压缩机停止工作，输出负电压信号，压缩机正常工作。

选择制冷模式时，温度超过25时，Ui超过UT+，压缩机开始工作；当温度小于23是，Ui降到UT-以下，压缩机停止工作。当选择制热模式时，温度小于23时，Ui降到UT-以下，压缩机开始工作；当温度超过25时，Ui超过UT-，压缩机停止工作。

此综合电路可以用Multisim进行仿真

通过仿真发现实验最终的图像仍存在一些偏差，和实际的情况有一点点出入，故此电路还需改进，但大体上能完成所需要验证的内容。

6.总结

通过本次课程设计，我重新复习了很多方面的知识，不过限于时间有限等情况，未能将这个设计进行到最好的情况。比如电路的设计主要还是借鉴了参考书等方面的资料，自己只是把电路中加入了一些更完善的器件，通过实验，在理论上使其更加完整。借助于实验参考书完成了这次课设。同时由于理论和实践还存在着差距，我不能肯定地说这个电路在制作的过程中一定能变成完整的实物，实现真正地温度控制。限于实践和能力有限，此次课设只能到这里了，望老师给予指正错误。

参考文献：

1.《电力拖动自动控制系统》第四版

2.《自动控制系统实验指导》华南理工大学出版社

3.《自动控制原理》精品课程系列

4.《自动控制原理》第五版