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2、 课题的目的
本课题主要是让我通过对空调控制系统的软件设计过程,具有应用C及相关汇编语言等软件设计电路程序的能力，具备将自动化、智能化设计应用到实际操作的能力。通过理论联系实际的方法，是所学知识通过自己设计思考真正应用到实践中，对电子电路设计的相关知识有较为深刻的认识和理解。通过本课题的设计过程中，让自己既能学习到相关的专业知识，又能对空调系统有一个较为清晰的认识。不仅能巩固自己的C语言和单片机基础，而且对智能化、自动化控制系统有一个更深入的了解，拓宽知识面，积累系统编程的经验[2]。
3、 课题的意义
现在空调的功能越来越多，因此控制也就越来越复杂。而一般的使用者根本就不会在意是怎么控制，而是希望控制能更简单，因此空调的智能化、自动化设计就是必要的，以求以最简单易懂的操作界面和操作方法达到人们需要的结果。本次设计的目的主要是实现空调运作的智能化和自动化，减少用户手动操作的内容，以简单的操作方式完成使用者的需求。
经过智能化、自动化设计的空调，可以减少大量管理工作环境的人员，也节省大量的能源。空调的自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证，同时，可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时，最大限度的实现节能控制，符合日益突出的节能和环保需要。有关资料表明，采用空调自控系统后，可节约空调系统设备年度运行费用的10%，更乐观的估计认为可达15%-30%，而空调自控产品的投资占整个楼宇或厂房总投资的不到0.5%，收回投资时间短。由于实现设备的自动控制和管理，可缩减人员维护，节约人员开支，提高综合管理水平，减少突发事故的发生和设备损坏，从而带来潜在效益。
大量采用先进设备和相应配套设备已成为现代化建筑技术的重要标志之一，是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。对这些设备的设计、安装和运行管理不仅直接关系到业主和用户的根本利益，而且也关系到对外部环境的保护。例如，在智能建筑中，集中空调系统的监控点数量常常占全楼监控点总数的50％以上，其能耗常常占全楼总能耗量的50％以上。随着智能建筑的发展，空调自控系统是空调系统不可缺少的组成部分，且对空调系统的运行起着关键的作用。空调自控系统虽然增加了一次性投资，但可以在保持良好的室内环境的基础上节省运行费用。一个设计台理和运行管理良好的自控系统既可以大幅度地节省运行费用，使业主在较短的时间内收回自控系统的一次投资。也可以大幅度地降低对外部大环境的影响。
论文的主要研究内容
在本设计中，我学习和研究了空调控制系统方面的基本知识和相关理论，了解了空调控制系统主要器件的结构和控制方式，理解了空调系统的各个部分的工作原理和空调控制器的运行方式，确立了自己的设计思想和设计内容。在设计中研究自动除霜，过压保护，以及温度的设定，风机自动调速度，温度的控制，温度显示等。掌握了主要功能器件的软件理论和硬件结构，基于硬件基础，写出相关的软件控制程序，重点放在单片机对空调各个模块的编程控制上。通过学习，熟悉了电子工程设计的相关软件。在设计中，我主要使用到KEIL C51和Proteus这两个软件，通过它们完成程序的编译、调试和功能仿真。最后是完成毕业论文的编纂[3]。
方案确定及器件确定
2.1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。
