一種空調溫度控制電路的設計*

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的能耗。應用自動化溫控系統可以實時地調節空調工況,減少人為引起的不合理使用,提高效率,減少空調耗能。本文基于單片機及數字溫度傳感器DS18B20等實現溫度顯示及輸入控制,其采用單數據線通信,使用方便,精度高,實現自動檢測周圍環境的實時溫度,并且通過屏幕顯示給操作人員,人員可以通過按鍵電路設定溫度,系統會根據設定溫度與實際溫度來操控空調壓縮機的啟動和停止,并且這一過程會循環進行,直至達到設定溫度。

圖1 方案一系統結構示意框圖

圖2 空調壓縮機驅動電路

1 總體框架設計

采用DS18B20數字溫度傳感器,編寫DS18B20的驅動程序,80C51單片機讀入傳感器測出的溫度數字信號,通過程序處理獲得十進制溫度,在屏幕上進行顯示。LCD1602進行數據顯示,LCD1602是一款應用普及的數字液晶顯示屏。將得到的溫度和設定溫度比較,決定壓縮機的啟停。此系統硬件結構簡單,穩定性好,精度高,實時動態性能好,輕便,小巧。 系統總體框架如圖1所示。

2 驅動電路設計

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

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

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,在經過倒相放大以后經由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。

當檢測到室溫達到設定溫度±1℃以內時,此時單片機的控制引腳P2.0輸出接近0V的低電壓,經由驅動芯片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。

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,使得壓縮機在停轉后三分鐘以內不會再次啟動,從而避免空調壓縮機因為過于頻繁的啟停影響其壽命。

圖3 整體裝置電路設計圖

3 控制電路設計

綜合按鍵電路、顯示電路、傳感器電路和驅動電路組成總體的設計電路。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溫度傳感器的數據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境溫度和初始設定溫度,初始設定溫度為18℃。當改變環境溫度時,顯示器實時顯示當前溫度,當環境溫度與設定溫度相差大于1℃時,電機會啟動,模擬空調開機調溫。改變環境至設定溫度±1℃范圍內時,電機停止轉動,模擬空調停止。也可以通過手動按鍵調整設定溫度,最低16℃,并且設置低于16℃時會報error。最高32℃,設置高于32℃時,報error。

4 結語

利用單片機、數字溫度傳感器DS18B20、數字液晶顯示屏LCD1602等實現溫度顯示、控制,自動檢測周圍環境的實時溫度。單數據線通信,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定溫度,系統會根據設定溫度與實際溫度來操控空調壓縮機的啟動和停止,并且這一過程會循環進行,直至達到設定溫度。

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

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