一種空調(diào)溫度控制電路的設(shè)計*

戶孝文 袁麗麗 李家福 徐玖

(南京師范大學泰州學院 電力工程學院,江蘇泰州 225300)

空調(diào)耗能在建筑耗能中占有非常大的比重,減少建筑耗能必考慮要減少空調(diào)的能耗。應用自動化溫控系統(tǒng)可以實時地調(diào)節(jié)空調(diào)工況,減少人為引起的不合理使用,提高效率,減少空調(diào)耗能。本文基于單片機及數(shù)字溫度傳感器DS18B20等實現(xiàn)溫度顯示及輸入控制,其采用單數(shù)據(jù)線通信,使用方便,精度高,實現(xiàn)自動檢測周圍環(huán)境的實時溫度,并且通過屏幕顯示給操作人員,人員可以通過按鍵電路設(shè)定溫度,系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定溫度與實際溫度來操控空調(diào)壓縮機的啟動和停止,并且這一過程會循環(huán)進行,直至達到設(shè)定溫度。

圖1 方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖

圖2 空調(diào)壓縮機驅(qū)動電路

1 總體框架設(shè)計

采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器,編寫DS18B20的驅(qū)動程序,80C51單片機讀入傳感器測出的溫度數(shù)字信號,通過程序處理獲得十進制溫度,在屏幕上進行顯示。LCD1602進行數(shù)據(jù)顯示,LCD1602是一款應用普及的數(shù)字液晶顯示屏。將得到的溫度和設(shè)定溫度比較,決定壓縮機的啟停。此系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好,精度高,實時動態(tài)性能好,輕便,小巧。 系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

2 驅(qū)動電路設(shè)計

通過單片機不能夠直接控制空調(diào)壓縮機的通斷,單片機需要通過接一個驅(qū)動電路來控制空調(diào)壓縮機的開關(guān)。本次設(shè)計所采用的驅(qū)動電路如圖2所示。

其中電路中采用ULN2003作為驅(qū)動器。ULN2003是一種常用的驅(qū)動器件,它由七對硅NPN晶體管組合而成,每一對晶體管都串聯(lián)了一個2.7kΩ的電阻。主要應用于繼電器驅(qū)動,燈具驅(qū)動,顯示驅(qū)動,線路驅(qū)動和邏輯緩沖驅(qū)動等。

當單片機的控制引腳P2.0輸出＋5V高電壓時,信號進入ULN2003的輸入端1B,在經(jīng)過倒相放大以后經(jīng)由1C輸出0.7V左右低電平,此時繼電器RL1動作,其動合觸點閉合,壓縮機的得電,開始運轉(zhuǎn)。

當檢測到室溫達到設(shè)定溫度±1℃以內(nèi)時,此時單片機的控制引腳P2.0輸出接近0V的低電壓,經(jīng)由驅(qū)動芯片ULN2003的倒相放大截止后,切斷RL1的線圈供電,使得壓縮機失電,停止運轉(zhuǎn)。

圖中的電阻R2、R3、電容C4、二極管V1組成的通電三分鐘延時電路。該電路利用電容兩端的電壓不能跳變的特性,使得壓縮機在停轉(zhuǎn)后三分鐘以內(nèi)不會再次啟動,從而避免空調(diào)壓縮機因為過于頻繁的啟停影響其壽命。

圖3 整體裝置電路設(shè)計圖

3 控制電路設(shè)計

綜合按鍵電路、顯示電路、傳感器電路和驅(qū)動電路組成總體的設(shè)計電路。如圖3所示。

單片機采用12MHz的晶振頻率,+5V直流電源供電。按鍵中溫度增加鍵接在端口P1.0,溫度減少鍵接在端口P1.4,按鍵低電位有效。顯示電路部分LCD1602顯示端口接在單片機的P0口,并且加上4.7k的上拉電阻來帶動負載,顯示器的E、RW、RS分別接在單片機的P2.7、P2.5、P2.6接口。DS18B20溫度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸口接在單片機的P3.7引腳上。

模型上電后,液晶顯示屏幕顯示當前環(huán)境溫度和初始設(shè)定溫度,初始設(shè)定溫度為18℃。當改變環(huán)境溫度時,顯示器實時顯示當前溫度,當環(huán)境溫度與設(shè)定溫度相差大于1℃時,電機會啟動,模擬空調(diào)開機調(diào)溫。改變環(huán)境至設(shè)定溫度±1℃范圍內(nèi)時,電機停止轉(zhuǎn)動,模擬空調(diào)停止。也可以通過手動按鍵調(diào)整設(shè)定溫度,最低16℃,并且設(shè)置低于16℃時會報error。最高32℃,設(shè)置高于32℃時,報error。

4 結(jié)語

利用單片機、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、數(shù)字液晶顯示屏LCD1602等實現(xiàn)溫度顯示、控制,自動檢測周圍環(huán)境的實時溫度。單數(shù)據(jù)線通信,使用方便,精度高,,并且通過屏幕顯示給操作人員,人員可以通過按鍵電路設(shè)定溫度,系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定溫度與實際溫度來操控空調(diào)壓縮機的啟動和停止,并且這一過程會循環(huán)進行,直至達到設(shè)定溫度。

[1]黃建新.單片機原理、接口技術(shù)及應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009,8.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分[M].北京:高等教育出版社,2013,12.