王萌
（邯郸派瑞节能控制技术有限公司 河北 邯郸 056000）
【摘要】地暖温控器是地暖系统的重要组成部分。利用单片机和数字式温度传感器，结合水流控制阀的流量曲线，通过对热水和循环回水进行混合，达到用户所需温度，节省系统成本，提高热能使用效率，符合社会节能环保的要求。
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关键词 单片机；地暖温度控制；自动控制；节能
1.引言?
地暖作为一种节能环保的采暖方式，已经越来越受到现代人的青睐。而随着国家对地暖采暖的一些政策的出台，地暖供热将成为今后主要的采暖方式。本文研究的地暖控制器是基于MCS-51单片机和和数字温度传感器DSl8820，并包含了四位字符型液晶显示屏和键盘输入设计，能够准确地对温度进行采集，数据处理及控制外围输出，良好的人机界面能够满足用户的使用需求。
2.系统控制方案?
2.1系统工作原理如图1所示。加热炉生成的热水经过热水阀和经回水阀流回的回水进行混合，混合后的水进入房间地板下的散热管道，对房间进行散热。根据设定的温度和采集的各处水流的温度，依据水阀流量和水阀开度的曲线，控制回水阀和热水阀的开口大小，改变热水和回水的混合比来改变混合后的水温，调节房间的温度。3个数字温度传感器对加热后的热水，散热以后的回水和混合后的水进行定时的采集温度值，直接把水温的数值通过单总线输入到单片机，运算后，通过电机对水泵和2个水阀进行控制。?
3.系统硬件设计?
3.1系统硬件结构。
系统选用STC89C52单片机，以满足系统的稳定性和功能要求。系统包括了数字温度采集电路，温度显示和键盘扫描电路，电源控制电路和可控硅强电输出电路。系统的硬件结构图如图3所示。?
3.2温度采集和液晶显示，键盘扫描电路。
采用Dallas公司生产的3路数字式温度传感器DSl8820分别采集热水、回水和混合水的温度。用1根总线通过时序控制，把温度值直接传人单片机。单片机经过数值转化成BCD码，通过带有背光功能的四位字符型液晶显示模块进行显示，方便用户在光线不足的环境下使用。系统有4块液晶显示模块组成，分别显示用户设定温度，当前的混合温度，热水温度和回水温度值，可以满足用户在使用过程中对水温各个状态的监测要求。此外，系统也设计了4个按键来满足用户对控制器的设定，包括了功能键，温度增加，温度减少和电源键。?
3.3电源控制电路。?
（1）电源部分是整个系统中很重要的部分，由于系统属于家用电器，所以电源部分需要满足220V交流电压的要求，并能方便地实现用户对电源部分的开启和关闭功能。系统电源部分原理图如图4，经过变压器的电源在用户按下电源键时给系统供电，同时，MPU保持OUTl脚输出，保持电源。在关机时，用户在长按住电源键时。通过光耦能够检测到INTl的输入，此时MPU断开OUTl的输出。系统断电。?
（2）此外，在硬件结构设计上，由于控制器把强电和弱电控制都集中到了l块电路板上，所以在设计电路时考虑了强弱电的干扰问题和强电的安全保护措施。另外，在电路中设有相应的指示灯，让用户了解控制器的运行状态。?
3.4可控硅强电输出。
由于驱动阀的电机是220V的电压值，所以采用型号为BTA06-600的双向可控硅作为电机的驱动器件，以满足实际的运行过程中对电机频繁操作的要求。系统中可控硅的典型控制电路如图5所示，其中驱动可控硅的是光耦MOC3063。
4.系统软件设计?
4.1系统的软件总体设计。
软件设计是系统的核心部分。它包括：数字温度传感器的读取程序，液晶显示的驱动程序和主算法程序。嵌入式软件的开发可以采用C语言和5l汇编，节省代码空间，满足数字温度传感器对时序较高的要求。初始化程序包括：单片机内部初始化程序和阀初始化程序。阀初始化程序是对阀进行完全关闭操作，是对阀起始位置的确定。图6是软件设计总的流程图。?
4.2温度值的读取。
温度传感器DSl8820的测量温度范围是-55～125℃，最高精度为0.5℃。DSl81320读取程序对时序的要求比较高，在时序正确的情况下，可以对程序进行初始化、命令写入、温度值读取等操作。DSl8820内部带有CRC发生器，这样可以把温度值读出后和单片机程序中的CRC校验程序进行比较，以保证读取温度值的正确性。从温度传感器读出的温度值可以转换成为温度值的个位、十位和小数点后一位值，温度值转换成的BCD码可以通过液晶显示模块进行显示。?
4.3阀开度理论位置的计算。
阀的理论位置计算是程序中的核心算法。依据公式(1)和公式(2)所有的数学模型和采集到的各状态下的温度值，计算每个阀所需要的流量，并根据阀-时间曲线，计算出阀相对于基准位置需要的运行时间。在实际的使用过程中，由于水温转换到房间温度是一个滞后过程，故可以延长相邻2次运算的时间。同时电机过于频繁的运动也会缩短电动阀电机的寿命，延长时间也可以保护电机。?
4.4阀开度理论位置和实际位置的校准。
在计算出阀开度的理论位置后，还需要对阀开度的理论和实际位置做校准。在系统开机时，要对阀要做初始化，将阀全关的位置就是阀开度的基准位置，也就是零位。在时间到ls时，同时对热水阀和回水阀做理论位置的运行，保存实际位置，就可以求出实际运行到的位置和理论计算的位置的误差。
5.结束语?
本文设计的地暖温度控制在实际的运行过程中对水温的控制精度在±3℃之内，完全能满足对房间内温度进行控制的要求。地暖采暖由于它良好的性能和环保性，在现代社会中的应用越来越普遍，具有广阔的发展前景。
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参考文献
［1］涂志军.水温控制系统中的单片机技术运用［J］.中国水运：理论版：自然科学，2006，4(1)：11～12．
［2］宏晶科技．STC89C51RC／RD+系列单片机器件手册［G］.深圳：宏晶科技，2003．)
［3］康华光，陈大钦．电子技术基础［M］.北京：北京高等教育出版社，。1999．
［4］FAIRCHILDsEMIcONDucTOR．6-pindipgerocphototfiacdriveroptocoupler［M］.SouthPortland：FairchildSemiconductor，2003．
［5］楼然苗，李光飞．51系列单片机设计实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003．
［6］王中训，李树起，杨尚明．基于水温控制的数据采集系统［J］.煤矿机械，2006，27(5)：854～855．
［7］季青茹，王培蜂.基于神经网络的模糊温度控制系统［J］.轻工机械，2007，25(4)：85～87．
［8］DallasSemiconductor．DSl8820programmableresolution1-wiredigiralthermometer［G］．CA：MaximIntegratedProducts，2002．
［9］齐婉玉，孟英红，沈满．用DSl8820进行温度检测的方法和技巧［J］.仪器仪表学报，2003，24(4)：235～236.)
［文章编号］1006-7619（2015）06-28-628