CN205066043U - 一种空调节电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空调节电系统，包括单片机、与单片机输入端连接的系统控制模块、温度采集模块、红外感应模块、按键控制模块、状态显示模块、温度显示模块和电源模块。本实用新型一种空调节电系统具有测量温度范围广、硬件组成相对简单、检测精度高和读取测量值较方便等优点。

Description

一种空调节电系统

技术领域

本实用新型属于节电技术领域，具体涉及一种空调节电系统。

背景技术

现在的办公室或公共场合由于是人为的对空调的温度进行控制，有时候为了感觉上的舒服把温度调的过高或过低，可能会发生人离开之后忘记把空调关闭。特别是在一些大型的公共场合，因此造成了许多电能不必要的浪费。由于室内的温度过高或过低，造成室内外温差过大从而对身体造成很大的伤害。基于这种现象空调节电系统的设计也就非常有必要了，它主要是通过自动探测空间环境内是否有人和检测温度是否达到设定的上下限从而通过单片机的控制空调的各项功能的实现。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种空调节电系统。

具体的技术方案如下：

一种空调节电系统，包括单片机、系统控制模块、温度采集模块、红外感应模块、按键控制模块、状态显示模块、温度显示模块和电源模块，其中：

所述系统控制模块与所述单片机的输入端连接，包括时钟电路和复位电路，用于所述单片机的上电复位和时钟控制；

所述温度采集模块与所述单片机的输入端连接，用于采集环境温度，并将采集到的环境温度反馈给所述单片机；

所述红外感应模块与所述单片机的输入端连接，用于感测空间环境内的人体信号，并将感测结果反馈给所述单片机；

所述按键控制模块与所述单片机的输入端连接，用于手动调整空调的运行温度；

所述温度显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示环境温度和/或空调运行温度；

所述状态显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示空调的工作状态，所述工作状态包括制冷、制热或开关机；

所述电源模块与所述单片机的输入端连接，用于给所述单片机提供电源。

较佳的，所述红外感应模块为热释电红外传感器，型号为HC-SR501。

较佳的，所述温度显示模块采用数码管显示器显示。

较佳的，所述按键控制模块为机械式触点按键。

较佳的，所述单片机的型号为STC89C52。

较佳的，温度传感器的型号为DS18B20。

优选的，所述DS18B20型温度传感器采用外接电源工作方式。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.具有温度测量范围广、硬件组成相对简单、检测精度高、读取测量值方便等特点；

2.本实用新型温度传感器采用DS18B20，其抗干扰能力强、连接方便、测温精度高、测温的系统简单、转换的速度快、所占用的口线少与微处理器接口简单，给硬件的设计工作带来很多的方便，能够有效地降制作的成本，缩短开发的周期；

3.本实用新型采用HC-SR501热释电红外传感器，具有工作可靠性高、体积小、使用方便、探测角度大、感应距离远、检测灵敏等优异功能。

附图说明

图1为本实用新型一种空调节电系统的系统结构图；

图2为本实用新型实施例中系统控制模块中的时钟电路图；

图3为本实用新型实施例中系统控制模块中的复位电路图；

图4为本实用新型实施例中温度显示模块中的数码管显示电路；

图5为本实用新型实施例中状态显示模块中空调制冷指示灯电路图；

图6为本实用新型实施例中状态显示模块中空调制热指示灯电路图；

图7为本实用新型实施例中红外感应模块中热释电红外传感器电路图；

图8为本实用新型实施例中按键控制模块中的按键电路图；

图9为本实用新型实施例中按键控制模块中的按键消抖波形图；

图10为本实用新型实施例中按键控制模块中的RC滤波延时消抖电路；

图11为本实用新型实施例中电源模块的电路图；

图12为本实用新型实施例中单片机引脚示意图；

图13为本实用新型实施例中温度传感器在寄生电源工作方式下的测温原理图；

图14为本实用新型实施例中温度传感器在外接电源工作方式下的测温原理图；

图15为本实用新型实施例中温度传感器DS18B20的外形图；

图16为本实用新型实施例中温度传感器DS18B20的连接方式图；

图17为本实用新型实施例中温度传感器DS18B20引脚的功能图；

图18为本实用新型实施例中温度采集模块的电路图。

具体实施方式

以下是结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分的实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

为了便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本实用新型实施例的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种空调节电系统，包括单片机、系统控制模块、温度采集模块、红外感应模块、按键控制模块、状态显示模块、温度显示模块和电源模块，其中：

所述系统控制模块与所述单片机的输入端连接，包括时钟电路和复位电路，用于所述单片机的上电复位和时钟控制；

所述温度采集模块与所述单片机的输入端连接，用于采集环境温度，并将采集到的环境温度反馈给所述单片机；

所述红外感应模块与所述单片机的输入端连接，用于感测感应范围内人体的存在情况，并将感测结果反馈给所述单片机；

所述按键控制模块与所述单片机的输入端连接，用于手动调整空调的运行温度；

所述温度显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示环境温度和/或空调运行温度；

所述状态显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示空调的工作状态，所述工作状态包括制冷、制热或开关机；

所述电源模块与所述单片机的输入端连接，用于给所述单片机提供电源。

以下针对此空调节电系统的各个模块做具体的描述：

本实施例中所述系统控制模块包括时钟电路和复位电路，其中，

图2为时钟电路，由图可见时钟电路其实就是一个高增益反相的放大器，1XTAL1、2引脚分别接放大器的输出端和输入端，在单片机外部的电路通过这两个引脚跨接两个微调电容和一个石英晶体振荡器，从而形成一个反馈的电路，由此形成时钟电路。

图3为复位电路，由图可知复位电路由电容C1和电阻R5构成，根据电容两端电压不能突变的特性，当系统上电的瞬间，电容C1通过电阻R5充电，此时的C1电容相当于短路，单片机的引脚RST在上电的瞬间可能产生大电压，当此电压所持续的时间大于一个工作周期以上的时候，单片机信号就会复位。

本实施例中所述温度显示模块采用数码管显示器显示，使用LED作为系统的数据显示器主要是因为其具有价格低、响应速度和性能稳定快等特点。本实施例中所述数码管显示器采用动态显示的方式，主要为了节省系统本身的硬件资源。如图4所示温度显示模块是采用8位共阴极的数码显示管组合共同作为显示器，由于单片机的输出信号并不可以直接接到数码管上显示，原因是单片机的输出电流一般是不能直接驱动数码管的。所以就要在单片机的输出端加个驱动，但驱动有很多种接法，可以接驱动芯片，来满足信号的电平转换，还一种方法是直接使用在上面电路中以经使用过的模块，可以直接接一个上拉电阻，电阻的一端接显示电路另一端接电源。在此电路中采用直接接上拉电阻。单片机的P2.3口输出的信号是作为数码管启动信号，从P2.2口输出的信号作为数码管的位选信号，用来选择数码管的亮灭。数码管显示器主要是用来显示温度数据，在后面的两位是显示小数，第二位为带有小数点整数的显示，通过单片机的作用来显示当前DS18B20温度传感器所测得温度数据。

本实施例中，所述状态显示模块采用的是单色发光二极管，因其体积小、响应的速度比较快、发光较均匀稳定、工作电压低电流小、寿命长等优势，可以用各种交直流、脉冲等使发光二极管点亮。因为它属于电流控制型半导体器件，所以在设计时需串接一个限流电阻。如图5和6所示，在本实施例中发光二极管D2redColdLed表示接收制冷指令后亮绿光，发光二极管D3redHotLed用来表示接收到加热指令后亮红光，发光二极管D1用来表示接收到开关指令后点亮。

本实施例中，所述红外感应模块中热释电红外传感器电路图如图7所示，该电路采用的HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，使用LHI778做探头。当探头感应到人体时，在探头的内部进行低频转换。经过Q1放大器将微弱的电信号放大然后输入单片机，放大器的1号脚为电源的负极、2号脚接BIS001红外信号处理器、3号脚为信号输出接单片机的P2.6口。电路中R3、R4是控制点位调节电路的灵敏度，在感应的范围内感应到人体的存在，探头就会输出相应的探测电压，探测电压在经放大了之后，元器件的输出的电压将会大于系统设定的参考电压，电路导通D3灯亮。

按键一般可以分为矩阵按键和独立式按键。在按键数量比较多时，一般我们把按键排列成矩阵的形式，可以减少单片机对I/O口的占用。而在本实施例中，我们主要用按键来输出信号使信号的幅值和频率改变，但按键数量不是很多，而且我们用的STC89C52单片机的I/O也是相当丰富的，足够满足本实施例的要求，因此在本实施例中采用了独立式的按键，主要通过检测单片机输出口I/O电平的高低来判断按键是否被按下。独立按键的一边引脚并联接地，另一边的引脚则接在单片机的I/O口上。在原程序初始化的时候，首先将个独立的按键的单片机引脚拉高，接着循环着检测引脚的状态，如果引脚的状态改变，就说明电路中有按键作用，从而可以执行相应的操作程序。如图8所示为按键电路图。

本实施例中，所述按键控制模块采用机械式触点按键。但因为机械的触点易发生弹性的振动，按键在被按下之后不会立刻稳定的接通，所以在按键弹起的时候也不能立刻完全的断开，因此在按键断开和闭合的一瞬间可能会出现抖动，按键这样的抖动称之为抖动干扰，因抖动干扰而形成的波形如图9所示。大部分机械触点式按键在状态输入或输出时的共性问题，按键所抖动的时间主要取决于按键的机械操作状态与特性。

而键盘抖动的发生会引起按键被误读很多次。所以为了保证单片机对按键的一次反应仅有一次闭合，就必须解决按键抖动的问题，要保证在按键闭合稳定了之后才可以读取按键的状态。

本实施例中，我们主要采用硬件消抖的方式，硬件消抖的方式主要是设计一个单稳态电路或滤波延时电路等硬件电路使其避开按键的抖动时间。图10是由电阻与电容构成的滤波延时消抖电路，接在单片机I/O口的Vo与Vi按键的S之间。当按键还没有按下的时候，电容C两端没有电压，所以与非门输出的Vo为高电平，输入Vi为低电平。门的输出Vo不发生变化，直到充电完成后输入电压大于门开启需要的电压时，输出Vo就会变为0。在充电延迟的这段时间主要取决于C、R₁、R₂值的大小，所以在本电路设计时要使延迟时间>＝100ms，就可以阻止按键抖动的影响。同样的，当按键S松开后，即便电路中出现了抖动，但因为电容C有个放电延迟的过程，也会消除按键的抖动影响。

本实施例中，由于系统控制模块是一个单独的模块，本实施例使用220V的电源供电，通过整流滤波输出5V的电压提供给开关电路，按下开关按钮电路得电，电源指示灯亮，为了防止电流过大烧毁，在LED指示灯通路上串联一个1K的电阻起到限流的作用。在电阻与LED灯串联支路两端并联接个220uF/25V的电容起到稳定输出电源的作用。电源部分的电路原理图如图11所示。

如图12所示是单片机引脚示意图。单片机引脚的介绍说明如下所示：

RST是复位电路信号的输入端；SDA、SCL为存储器ISP的时钟线和数据线；XTAL1、XTAL2分别是在接振荡电路的输出和输入端口；P1.4、P3.7接红、绿的发光二极管；P2.6为红外信号接收和发送端口；P1.1、P1.2和P1.3为数码管位控制端；P1.2为测温元件DS18B20的数据输入和输出以及控制端口；P2.0、P2.1、P2.2和P2.3接数码显示电路的输出端口；P3.4、P3.5和P1.5为按钮开关控制端。

如图13所示，在低温度的情况下受晶振的影响，温度的变化比较小，将输出一定振荡信号送去给软件的计数信号1，在高温的情况下芯片震荡的频率救护发生变化，输出的震荡信号将作为计算器的减法运算的输入信号进行计数入信号，在芯片中有可以计数的门，计数门开始工作，脉冲输入，芯片开始计数，对一定范围的温度进行测量。如图14中采用的是外接电源的工作方式。利用累加器来累加输出的非线性的信号，通过对其输出值的修正就会对计数器进行值的预先设置，只要计数器计数没有完成预定的温度数值，计数门就会不断的进行预制。

本实施例中，所述温度传感器的型号为DS18B20，而将DS18B20应用于本实施例中，其连接方便、测温精度高、测温的系统简单、转换的速度快、所占用的口线少与微处理器接口简单，给硬件的设计工作带来很多的方便，能够有效地降制作的成本，缩短开发的周期。图15为DS18B20的外形图，DS18B20有三只引脚，VCC，DQ，和VDD。图16为DS18B20的连接方式图。图17DS18B20引脚的功能图。

图18为本实施例中温度采集模块的电路图，温度传感器DS18B20是利用+12V的电源来提供电能，而不是采用数据线为电源供电能的方式，其主要目的是减少在数据读取方面和温度转换方面的时间，以便能够提高温度传感器DB18B20工作的效率。传感器的数据传输的端口漏极开路，所以几个温度传感器DB18B20能够共同“参与”，可以挂在同一个数据上，在数据线上可以利用上拉电阻去连接电源VCC,从而满足电平转换期间所需要的电流，温度传感器DB18B20的数据端口接单片机的引脚P1.2。

本实施例中采用热释电红外传感器因为加上光学透镜，这款HC-SR501热式传感器检测的距离大于7cm，所以HC-SR501热释电红外传感器具有灵敏度高的特点。它是将连个元件进行反向连接，在输入时两红外线就会相互发生抵消，从而就没有输出。因此增加了对HC-SR501热式红外感应器外部的温度产生的变化、信号的震动、夹杂的杂闪光的稳定性。HC-SR501热释电红外传感器的外部装了一个白色半透明的外壳，可以屏蔽杂波和噪声。而且HC-SR501热释电红外传感器具有工作可靠性高、体积小、使用方便、探测角度大、感应距离远、检测灵敏等优异功能。在本实施例中采用的温度传感器DS18B20与传统的模拟温度传感器相比，传统的的电路设计中存在滤波不可靠、易发生电源干扰、电路过于复杂等不可靠因素。而且温度传感器DS18B20芯片在设计上就具有数字电路到模拟电路的转换功能，所以在使用得时候很方便。温度传感器DS18B20和单片机STC89C52构成分布式的形式可以多点的对温度进行检测，这种方式改变了以往利用温度采样对温度进行探测，并且具有测量精度高、线路简单、功能便于扩展、线路简单、可靠性高等优点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种空调节电系统，其特征在于，包括单片机、系统控制模块、温度采集模块、红外感应模块、按键控制模块、状态显示模块、温度显示模块和电源模块，其中：

所述系统控制模块与所述单片机的输入端连接，包括时钟电路和复位电路，用于所述单片机的上电复位和时钟控制；

所述温度采集模块与所述单片机的输入端连接，用于采集环境温度，并将采集到的环境温度反馈给所述单片机；

所述红外感应模块与所述单片机的输入端连接，用于感测空间环境内的人体信号，并将感测结果反馈给所述单片机；

所述按键控制模块与所述单片机的输入端连接，用于手动调整空调的运行温度；

所述温度显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示环境温度和/或空调运行温度；

所述状态显示模块与所述单片机的输出端连接，用于显示空调的工作状态，所述工作状态包括制冷、制热或开关机；

所述电源模块与所述单片机的输入端连接，用于给所述单片机提供电源。

2.如权利要求1所述的一种空调节电系统，其特征在于，所述红外感应模块为热释电红外传感器，型号为HC-SR501。

3.如权利要求1所述的一种空调节电系统，其特征在于，所述温度显示模块采用数码管显示器显示。

4.如权利要求1所述的一种空调节电系统，其特征在于，所述按键控制模块为机械式触点按键。

5.如权利要求1所述的一种空调节电系统，其特征在于，所述单片机的型号为STC89C52。

6.如权利要求1所述的一种空调节电系统，其特征在于，温度传感器的型号为DS18B20。

7.如权利要求6所述的一种空调节电系统，其特征在于，所述DS18B20型温度传感器采用外接电源工作方式。