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设计空调控制系统需要实现的主要功能
本设计中，要求设计空调的运行方式有正常、自动、睡眠；具有温度设定和恒温控制的功能，其中测温范围为-25℃～+45℃，精度为±0.5℃；风机能够自动调速；可以进行超压保护，自动除霜。
2.2 设计思想与方案
在查阅了大量关于空调控制的理论资料后，我结合自己的设计要求，拟定出了自己的设计方案。设计方案是这样：在设计中采用单片机作为控制核心，用温度传感器对外界进行温度数据的采集，用直流电机操纵风向风速。用户通过键盘输入对空调器进行管理操作，通过数码显示管观察温度等参数。总体方案如图2-1。
图2-1 系统设计方案图
设计系统功能和工作流程是这样：在空调开机后，启动温度传感器检测外界温度，并把温度显示在数码管上，如果外界温度小于或者等于0℃ ，则启动除霜电路10min；如果是大于0℃，则不启动除霜电路。之后检测键盘是否有输入的功能键值，如果有的话，则根据功能键值进入相应的运行模式。定义功能键值为：键值为“10”，对应功能为正常模式；键值为“11”，对应功能为自动模式；键值为“12”，对应功能为睡眠模式。设计的主程序流程如图2-2[4]。
图2-2 主程序流程图
关于空调的运行模式，我定义为以下三种：第一种是正常模式，将室温控制在18℃～24℃这个温度范围，因为这个温度范围是人体感觉最舒适的范围。在空调开始调节时，让风机以最大功率转动，同时让室温用LED显示。当温度达到18℃或者24℃时，风机转速下降到一定速度，由于惯性原因，温度会在18℃～24℃范围内。当温度又超出该范围时，风机又大功率运转制冷或者制热，保持温度在18℃～24℃范围内。在整个正常模式的运行过程中，一旦检测到功能键输入，则根据输入值进入相应的工作模式。
第二种是自动模式，由用户设定一个温度t ，空调将自动控制室温t= t 。当t〈t -2或者t〉t +2时，风机以最大功率运转；当t -2〈t〈t 或者t 〈t〈t +2时，风机以小功率运转。即高速接近设定温度，低速达到设定温度。在整个自动模式中，一旦检测到功能键输入，则进入相应工作模式。
第三种是睡眠模式，因为人体睡眠的最佳温度是在12℃～16℃之间，即盖被后不至于蹬被的温度，因此在该模式开始工作时，空调将室温先调节在12℃，然后每隔两小时将室温上调一度。这样安排调节方式，在时间上差不多就是一个人在晚上的睡眠时间了。在这种工作方式下，在刚开始时风机会以最大功率运转来调节到12℃，在每两小时的调节温度时，风机才低速转动（因为调节幅度都不大），其他时间风机不工作。这样设计的优点是噪音小，功耗低，而且随夜晚温度的逐渐降低而逐渐调高室温，让人体感觉更舒适，不会以为夜晚的降温而感冒。
2.3 器件确定
在本次设计中，考虑到单片机的资源、单片机的成本、器件资料查找的难易程度以及自己在设计中的需求情况，我选用AT89C51作为微控制器[5]。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。因为有FPEROM，在系统开发过程中进行程序修改十分容易，可以大大缩短系统的开发周期。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51有32个I/O接口，基本满足设计需要。AT89C51普及多年，应用资料相当广泛，方便查阅，而且价格也比较便宜[6]。
对于温度测量芯片，本着尽量节约单片机资源的思想，我选择DS18B20[7]。我最看重的主要是其“一线总线”的连接特点，在与单片机的连接中只占用一个I/O端口，这对I/O端口并不富余的AT89C51来说是比较有利的选择。而且DS18B20的温度测量范围是-55℃～+125℃，测量分辨率为0.0625℃，在-10~+85℃时精度为±0.5℃，基本满足了设计需求。由于现场温度是直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，所以DS18B20的应用非常广泛，资料比较丰富，这在设计中可以给我提供莫大的帮助[8][9]。
在设计中，需要13个按键，由于找不到合适的键盘，只能自己设计一个。在设计方式的选择上，无论使用独立式键盘还是矩阵式键盘，都需要多个I/O端口，考虑到单片机接口资源这个因素，我选择将键盘设计成改进型I/O端口复用方式。使用这种方式的键盘，只需要占用3个I/O端口就能实现16个按键[10]。
在直流电机的控制上，我选择L298芯片。L298驱动芯片是高电压、大电流电机驱动芯片，性能优越。它可被用来驱动两个直流电机或者是双极性步进电机，在6——46V的电压下，可以提供2A的额定电流。通常为保证L298正常工作，必须加装片外续流二极管[11]。
在设计要求中，温度的范围是-25℃～+45℃，而且在我的所见中，空调显示的也是两位整数，没有说显示到小数，因此我选择的是7SEG-MPX2-CC-BLUE，用于显示温度，这个器件是蓝色两位共阴极数码管。
2.4 本章小结
本章通过查阅与空调控制相关的资料，加深了对空调控制系统的基本理论和原理的理解，通过对设计要求的思考，制定了设计方案。之后对器件的需求进行分析，根据自己的设计情况，通过比较筛选，选择出最适合自己设计的芯片和设计方法。
