基于单片机的智能供暖节能控制器设计

基于单片机的智能供暖节能控制器设计

范江波，　尚　飞

（三门峡职业技术学院，　　　　河南　　　　三门峡　　　　４７２０００）

摘要：介绍了以Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ２单片机为核心，采用数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０采集室内环境温度，闭环控制暖气电磁阀的通断

达到控制室内温度的目的，同时供暖用户又可以通过按键设定温度或根据采暖要求调整供暖系统的启停时间，达到有效节约能源的目的。本设计从采暖使用者的角度提出了一种新的节能理念和方法，具有广阔的应用前景。

关键词：ＤＳ１８Ｂ２０；供暖；单片机；节能

中图分类号：ＴＫ１６　　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００８—８９７０—（２０１２）０３—０１２０—０２

目前，我国的供热系统运营模式较发达国家落

后，大部分供热用户室内无温度调节与节能控制设备，一般供热公司采用的热计量方法收费模式对于建筑位置不同的用户是非常不公平的，也带来了很多弊端，有的居民家采暖温度过高，常常通过开窗通风的方式来进行散热、降温，使热能白白浪费掉了；还有一些家庭一段时间家里没人，一些办公场所和学校等单位夜晚无人，但暖气还照常开着，也浪费了很多能源。有学者提出了通断时间面积法计量热量，并于２００９年

［１］

纳入了《供热计量技术规程》，设计一种能根据采暖用户的实际需求，合理控制供暖时间与采暖温度，减少居民开窗散热，解决上班、家中无人及室温过高时暖气的热能浪费问题是十分必要的。

一、供暖节能控制器总体设计

智能供暖节能控制器系统通过每个房间安装的数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０和电磁阀，采集各个房间温度，作为主控制器对各个房间进行控制的依据，根据设定的温度要求控制安装在散热器管道上电磁阀的通断，完成对散热器的控制，从而实现对房间温度的

［２］

闭环控制。同时将各个房间的温度及房间供暖运行状态显示在液晶显示屏上，另外本系统还具有定时通断功能，在主控制器中有实时时钟芯片，可以方便用户自由设定供暖的通断时间，在室内长时间无人时可以关闭暖气供暖系统，在用户返回时提前打开供暖阀门，使房间恢复到舒适温度，达到合理利用资源，节约能源的效果。

智能供暖节能控制器由主控制器、温度探头、电控磁阀、遥控器等组成，本系统可以同时控制８个房间的温度，主控制器由Ｐ８９Ｃ５１ＲＤ２单片机、液晶显示器、存储器、时钟芯片、按键及电源等部分组成，智能供暖节能控制系统的结构框图如图１所示。

图１　　智能供暖节能控制系统结构框图二、供暖节能控制器硬件设计

供暖节能控制器设计主要是通过控制暖气电磁阀的通断时间来调节各个房间温度，准确无误采集房间温度必须选择合适的温度传感器，在热敏电阻、模拟温度传感器和数字温度传感器中，数字温度传感器具有测温精度高，智能化程度和可靠性高、使用方便等特点。在本设计中优先选用了美国ＤＡＬＬＡＳ半导体公司的ＤＳ１８Ｂ２０数字温度传感器。同时本控制器还能根据用户需求设定暖气开通与关闭时间，为了方便用户使用，采用了实时时钟芯片ＤＳ１２Ｃ８８７，该芯片内部还配置了ＲＡＭ以及锂电池，在断电情况下可以单独运行十年以上不丢失数据，非常适合在本系统中应用。（一）ＤＳ１８Ｂ２０温度采集电路

ＤＳ１８Ｂ２０数字温度传感器体积小，使用方便，可根据应用场合进行不同的封装，适用于各种狭小空间的精确测温和控制。ＤＳ１８Ｂ２０与单片机连接仅需要一条口线即可实现数据的双向通讯，全球的每一个ＤＳ１８Ｂ２０都包含了一个独特的序号，所以可以在同一根总线上挂接多个测温器件。ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器可编程的分辨率为９—１２位，而转换为１２位数字格式所需的时间仅为７５０毫秒。本设计中的ＤＳ１８Ｂ２采用了外部电源供电方式，传感器的工作电源由ＶＣＣ引脚直接接入，提供了ＤＳ１８Ｂ２０在测温与数据交换过程中的充

［收稿日期］２０１２－０３－２６

［作者简介］范江波（１９７６－），男，硕士研究生，三门峡职业技术学院讲师，。

　哈尔滨职业技术学院学报　　　　２０１２年第３期　　　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　＆　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ

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足能源，保证了转换精度，电路设计如图２所示。系统的测温电缆线采用屏蔽４芯双绞线，接地线与信号线共用一对双绞线，另一对连接ＶＣＣＣ和地线，测温电缆的屏蔽层在传感器端单点接地，这种方式保证了系统的稳定可靠工作，提高了抗干扰能力。

图２　　ＤＳ１８Ｂ２０温度采集电路（二）时钟芯片电路

ＤＳ１２Ｃ８８７时钟芯片采用ＣＭＯＳ技术，耗电量极低，外围接口简单，精度高。芯片内部集成了时钟所需的晶体振荡器和备用锂电池，芯片数据包含了秒、分、时、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。应用在本设计中用户可以很方便地设定暖气开启和关闭的日期和时间。ＤＳ１２Ｃ８８７芯片选择ＩＮＴＥＬ时序，数据地址复用线和单片机的Ｐ２口相连。ＡＳ、ＣＳ、ＤＳ和Ｒ／Ｗ分别连接单片机的Ｐ１．４—Ｐ１．７口。ＩＲＱ是ＤＳ１２Ｃ８８７的中断输出端，该端口只能与单片机的外部中断相连，设计中将该端口连接至单片机的ＩＮＴ０，当ＤＳ１２Ｃ８８７芯片向单片机发出申请中断时，单片机将会及时作出反应，ＤＳ１２Ｃ８８７与单片机的连接如图３所示。

图３　　ＤＳ１２Ｃ８８７时钟芯片电路

三、系统软件设计

智能供暖节能控制器按照设定采样周期将所测室内温度进行读取，通过与用户设定温度及启停时间进行程序判断并发令给控制通断的电磁阀，通过供暖电磁阀的开启或闭合，控制供暖液断开或流通，达到控制温度的目的。同时液晶显示屏显示现在时间和实测各房间温度，通过查询按键可以任意查询设定温度、以及相应的阀门累计开启时间比。系统的基本控制方式如图４所示。

图４　　供暖节能控制方式

（一）主程序设计

软件部分的主程序首先通过读取ＤＳ１８Ｂ２０的数据，获取各个房间的温度，根据用户设定的温度和时间利用闭环控制算法处理各数据，输出指令控制电磁阀进行相应的调控。同时通过智能优化算法，对房间

的使用情况进行数据累存及分析［３］

，智能控制控制电磁阀适时切断或恢复供暖，提高用户供暖的舒适性，更好的节约能源。供暖节能控制器主程序流程图如图５所示。

（二）图５ＤＳ１８Ｂ２０　　智能供暖节能控制程序流程图程序设计

传送方式，ＤＳ１８Ｂ２０与单片机之间采用单总线的串行数据对ＤＳ１８Ｂ２０进行读写数据时，在设计硬件电路时非常简单，但软件编程序，必须保证严格的读写时然采用的是模块化的Ｃ否则将无法读取正确的测温结果。的串行数据交换部分程序仍然采用了汇编语言实现，语言进行编写，但就Ｄ系统的程序虽Ｓ１８Ｂ２０这样就保证了ＤＳ１８Ｂ２０严格的读取数据时序，回温度数据的准确性，序中，件接触不良或断线，如果向ＤＳ１８Ｂ尤其是在编写ＤＳ１８Ｂ２０测温程确保读的死循环将没有返回信号，２０发出温度转换命令后，容易造成程序

发生器［４］

序，保证系统的正常执行，如果在一定时间不能返回数据，，所以在程序中设置了相应的通信延时程代码如下：

防止发生死机现象。就跳过读取程序，部分程序读出，ＲＥＡＤ＿１８２０：数据低位。

３５Ｈ单元存放温度数据高位，／／将温度高位和低位从ＤＳ１８Ｂ２０中３６Ｈ单元存放温度ＭＯＶ　　Ｒ４，ＭＯＶ　　Ｒ１，＃２；ＲＥＡＤ０：＃３６Ｈ　；ＭＯＶ　　Ｒ２，ＲＥＡＤ１：＃８ＣＬＲ　Ｃ

ＡＣＡＬＬ　ＤＱ＿ＰＵＬＳＥＭＯＶ　　Ｒ３，ＤＪＮＺ　　Ｒ３，＃７ＭＯＶ　　Ｃ，￥ＭＯＶ　　Ｒ３，ＤＱＤＪＮＺ　　Ｒ３，＃２３ＲＲＣ　Ａ

￥ＤＪＮＺ　　Ｒ２，ＭＯＶ　　＠Ｒ１，ＲＥＡＤ０ＤＥＣ　Ｒ１ＡＤＪＮＺ　　Ｒ４，ＲＥＴＲＥＡＤ１四、结论

室内环境温度，智能供暖节能控制器通过数字温度传感器采集止时间，并依据用户设定温度和供暖启动和停供暖的通断，在利用控制优化算法的基础上实时控制房间于家庭和学校、实现房间供暖的温度调节，该系统应用并节约大量能源，办公场所等可以提高采暖的舒适性，好的推广价值。

提高供暖系统的利用效率，具有很【参考文献】

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（责任编辑：董涛）