一種空調(diào)溫度控制電路的設(shè)計(jì)*

戶孝文 袁麗麗 李家福 徐玖

(南京師范大學(xué)泰州學(xué)院 電力工程學(xué)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(yīng)用自動(dòng)化溫控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)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(jī)及數(shù)字溫度傳感器DS18B20等實(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)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(huì)根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度來操控空調(diào)壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止,并且這一過程會(huì)循環(huán)進(jìn)行,直至達(dá)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路

1 總體框架設(shè)計(jì)

采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器,編寫DS18B20的驅(qū)動(dòng)程序,80C51單片機(jī)讀入傳感器測出的溫度數(shù)字信號(hào),通過程序處理獲得十進(jìn)制溫度,在屏幕上進(jìn)行顯示。LCD1602進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示,LCD1602是一款應(yīng)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(jī)的啟停。此系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好,精度高,實(shí)時(shí)動(dòng)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(dòng)電路設(shè)計(jì)

通過單片機(jī)不能夠直接控制空調(diào)壓縮機(jī)的通斷,單片機(jī)需要通過接一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來控制空調(diào)壓縮機(jī)的開關(guān)。本次設(shè)計(jì)所采用的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

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

當(dāng)單片機(jī)的控制引腳P2.0輸出＋5V高電壓時(shí),信號(hào)進(jìn)入U(xiǎn)LN2003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(shí)繼電器RL1動(dòng)作,其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,壓縮機(jī)的得電,開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)檢測到室溫達(dá)到設(shè)定溫度±1℃以內(nèi)時(shí),此時(shí)單片機(jī)的控制引腳P2.0輸出接近0V的低電壓,經(jīng)由驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003的倒相放大截止后,切斷RL1的線圈供電,使得壓縮機(jī)失電,停止運(yùn)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(shí)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(jī)在停轉(zhuǎn)后三分鐘以內(nèi)不會(huì)再次啟動(dòng),從而避免空調(diào)壓縮機(jī)因?yàn)檫^于頻繁的啟停影響其壽命。

圖3 整體裝置電路設(shè)計(jì)圖

3 控制電路設(shè)計(jì)

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

單片機(jī)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(jī)的P0口,并且加上4.7k的上拉電阻來帶動(dòng)負(fù)載,顯示器的E、RW、RS分別接在單片機(jī)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(jī)的P3.7引腳上。

模型上電后,液晶顯示屏幕顯示當(dāng)前環(huán)境溫度和初始設(shè)定溫度,初始設(shè)定溫度為18℃。當(dāng)改變環(huán)境溫度時(shí),顯示器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度,當(dāng)環(huán)境溫度與設(shè)定溫度相差大于1℃時(shí),電機(jī)會(huì)啟動(dòng),模擬空調(diào)開機(jī)調(diào)溫。改變環(huán)境至設(shè)定溫度±1℃范圍內(nèi)時(shí),電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),模擬空調(diào)停止。也可以通過手動(dòng)按鍵調(diào)整設(shè)定溫度,最低16℃,并且設(shè)置低于16℃時(shí)會(huì)報(bào)error。最高32℃,設(shè)置高于32℃時(shí),報(bào)error。

4 結(jié)語

利用單片機(jī)、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、數(shù)字液晶顯示屏LCD1602等實(shí)現(xiàn)溫度顯示、控制,自動(dòng)檢測周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)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(huì)根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度來操控空調(diào)壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止,并且這一過程會(huì)循環(huán)進(jìn)行,直至達(dá)到設(shè)定溫度。

[1]黃建新.單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)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.