摘 要： 利用單片機" title="單片機">單片機與MCGS組態(tài)軟件" title="組態(tài)軟件">組態(tài)軟件組成監(jiān)控平臺,，實現(xiàn)對整個中央供暖系統(tǒng)的動態(tài)測試、檢測與報警,，具有直觀,、調(diào)控容易、技術(shù)先進(jìn)和價格低等優(yōu)點,。
關(guān)鍵詞： 組態(tài)軟件 單片機 溫度傳感器" title="溫度傳感器">溫度傳感器 全自動中央供暖系統(tǒng)" title="全自動中央供暖系統(tǒng)">全自動中央供暖系統(tǒng)
中央供暖熱水器一般使用于北方地區(qū)需要采暖系統(tǒng)和熱水供應(yīng)的場所,，是方便、安全,、節(jié)能的時尚產(chǎn)品,。除可對采暖系統(tǒng)進(jìn)行供熱外，還可多點供應(yīng)熱水,，具有供熱量充足的特點,。特別是其單片機控制系統(tǒng)配上全中文MCGS組態(tài)軟件，可迅速構(gòu)成上位機監(jiān)控系統(tǒng),，運行嵌入式實時操作系統(tǒng),，可以完成復(fù)雜邏輯控制，并可根據(jù)實際工況靈活組態(tài)，形成良好的人機界面,，具有直觀,、操作方便、控制靈活等優(yōu)點,，可有效地對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理,。
1 系統(tǒng)的性能與原理
系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。本系統(tǒng)是在中央熱水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加恒溫供暖功能,，既可作為提供生活用水的中央熱水系統(tǒng),，也可作為供熱水和采暖供熱的多功能系統(tǒng)。
1.1采暖熱水器
采暖熱水器配有循環(huán)泵,，將熱水反復(fù)送到各個散熱器,，達(dá)到熱水循環(huán)供暖的目的。
1.2 儲水內(nèi)膽及恒溫供熱循環(huán)蓄水系統(tǒng)
該系統(tǒng)是配有專業(yè)設(shè)計的不銹鋼儲水內(nèi)膽及恒溫供熱循環(huán)蓄水的系統(tǒng),，系統(tǒng)設(shè)定：當(dāng)罐內(nèi)水溫低于設(shè)定溫度時,，恒溫水泵工作，將罐內(nèi)的水送進(jìn)熱水器加熱,，循環(huán)加熱后,，罐內(nèi)的水溫將逐步升高，到設(shè)定溫度時,，水泵停止工作,，熱水器也同時停止工作，熱水器加溫至默認(rèn)的溫度后進(jìn)入自動恒溫狀態(tài),。
1.3 中央供熱/供暖系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要采用快速熱水器為基本加熱源,，配優(yōu)質(zhì)發(fā)熱管作輔助熱體，整機安全,、可靠,。
2 控制技術(shù)要求
本設(shè)備有供熱、供暖兩項控制要求,，具有自動,、手動兩種控制功能。
2.1自動控制功能
執(zhí)行默認(rèn)設(shè)置,，熱水器進(jìn)入加熱狀態(tài),，加溫至默認(rèn)的75°C后，停止加熱,。水溫溫度低至55°C時,，快速熱水器自動加熱，溫度達(dá)到75°C時停止加熱,。
2.2 手動功能
可按用戶的要求設(shè)置,，可自行設(shè)定溫度,。
· 供暖控制功能：當(dāng)選擇供暖功能時，首先將內(nèi)膽水溫加熱至默認(rèn)的75°C,，停止加熱,，5分鐘后，再檢測回流水溫度,，回流水溫降至50°C時,，再加熱并啟動循環(huán)泵，將回流溫度控制在50°C~75°C的范圍內(nèi),，周而復(fù)始，不斷對采暖系統(tǒng)進(jìn)行供熱,。
· 定時開關(guān)機控制功能：用戶可在24小時范圍內(nèi)任意設(shè)置定時開機與關(guān)機功能,。
· 時間顯示控制功能：4位數(shù)碼屏顯示，按△,、▽鍵可設(shè)置小時數(shù),、分鐘數(shù)。
3 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案與實現(xiàn)
3.1 總體方案
全自動中央供暖熱水器的控制與檢測系統(tǒng)包括上位機和下位機兩部分,。下位機是一個以89S51單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。溫度測量采用AD7416數(shù)字溫度傳感器、JWS溫度變送器,，輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)0~5V的直流電壓信號,。89S51單片機的接口為標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口。通信采用75LBC180全雙工485芯片,。上位機由一臺微機構(gòu)成,，采用VB6.0完成組態(tài)軟件設(shè)計。上位機和下位機直接通過485并行總線連接,。
3.2 功能模塊的硬件實現(xiàn)
圖2為系統(tǒng)部分功能模塊的電路原理圖,，其中，AD7416完成溫度采樣,。AT24C01完成溫度門限值的存儲,，系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會丟失。MAX485是RS485通信的電平轉(zhuǎn)換器件,。按鍵1~4完成溫度門限值的設(shè)定,，12V繼電器及相關(guān)的外圍電路完成通道的控制。TLC1543 11通道A/D轉(zhuǎn)換器完成直流電壓,、交流電壓以及房間恒溫的測量,，與單片機89S51通過4線SPI總線接口，24小時時鐘顯示,，依靠單片機中的定時器完成計時,。
3.3 主程序流程設(shè)計
圖3是溫度控制系統(tǒng)的主程序流程圖,。主程序首先對各個數(shù)據(jù)寄存器及外圍接口芯片進(jìn)行初始化，然后通過讀EEPROM數(shù)據(jù)存儲器AT24C01將原先通過鍵盤設(shè)定的溫度門限值存入到溫度門限寄存器中,；隨后調(diào)用AD7416溫度采樣和TLC1543模/數(shù)轉(zhuǎn)換子程序,，并將結(jié)果經(jīng)數(shù)值轉(zhuǎn)換后通過4位LED數(shù)碼管顯示。程序運行當(dāng)中可隨時通過調(diào)用鍵盤子程序來更改溫度上下限值,，并將該限值保存到AT24C01數(shù)據(jù)存儲芯片中,。當(dāng)測量的溫度值超過預(yù)先設(shè)定的門限值時，調(diào)用后向通道控制子程序啟動繼電器打開各種負(fù)載,。
4 上位機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
4.1監(jiān)控界面設(shè)計
全中文工控組態(tài)軟件MCGS是一套基于Windows的平臺,，快速構(gòu)成上位機監(jiān)控系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows9598MENT2000等操作系統(tǒng),，MCGS有寵大標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)器件,、設(shè)備、圖形庫,，通過接口設(shè)計,，支持各類型單片機等硬件設(shè)備。MCGS軟件使用簡單,，操作方便,，Windows圖形功能完備，界面一次性好,。本系統(tǒng)設(shè)計了五個界面,，分別是主界面、流程監(jiān)控,、故障報警,、報表輸出、操作規(guī)程,。圖4所示的是中央供熱/供暖系統(tǒng)流程監(jiān)控界面,。其中，流程監(jiān)控是系統(tǒng)的整個工作流程的動態(tài)顯示,，包括每個接口的水溫顯示,、流水的方向等；報表輸出是通過組態(tài)軟件的報表功能實現(xiàn)運行信息,、故障信息的數(shù)據(jù)保存,、顯示與定期打印。
4.2 單片機和上位PC機的RS—485通信接口
RS—485最大的優(yōu)點在于它的多點總線互連功能,，它可以連接一臺主機和多臺終端同時通信,。由于它是半雙工的工作方式，只能有一方發(fā)送,，一方接收,，而且它采用差動電平接收的方法提高抗干擾能力,，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。在單片機系統(tǒng)中使用MAX485芯片,，完成單片機和上位PC機的RS—485通信,。芯片MAX485是RS—485 通信的低功率收發(fā)器，其驅(qū)動器變化率沒有限制,，最大傳輸率可達(dá)2.5Mbps,，傳輸距離為1200米。MAX485芯片采用單+5V電源供電,，總線上可掛接32個收發(fā)器,。MAX485有8個引腳，當(dāng)驅(qū)動器使能端DE和接收器使能端/RE禁止時,，驅(qū)動器和接收器輸出為高阻態(tài),。RO和DI分別為接收器輸出端和驅(qū)動器輸入端，只要A,、B端通過電阻對應(yīng)連接，即可實現(xiàn)信息傳輸,。MAX485采用雙線半雙工通信方式,，串行通信的波特率選為9600bps，AT89S51單片機的晶振相應(yīng)地選為11.0592MHz,，即可滿足系統(tǒng)對波特率誤差的要求,。MAX232是RS-232收發(fā)器，用于實現(xiàn)TTL電平與微機串口的RS-232電平信號之間的轉(zhuǎn)換,。采用單+5V電源供電,，數(shù)據(jù)傳輸率為120Kbps。
4.3 通信接口電路
在測控系統(tǒng)中,，下位機的實時性較高,，因而一般采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。通信協(xié)議采用8個數(shù)據(jù)位,、一個停止位,，無奇偶校驗位。AT89S51的串行口有四種工作方式,，選取方式1即標(biāo)準(zhǔn)的10位異步通信方式,，由串行口控制寄存器設(shè)置狀態(tài)，將SCON設(shè)置為0X50H,。采用定時器T1作為波特率發(fā)生器,，工作于方式2。
4.4 PC機端組態(tài)軟件通信腳本程序設(shè)計
組態(tài)軟件的腳本程序用VB語言提供的通信控件MXCOMM可以方便地對串行通信的各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,，包括串口狀態(tài),、通信格式和協(xié)議等,。一旦檢測到有發(fā)送或接收數(shù)據(jù)發(fā)生，則觸發(fā)OnComm事件,，通過編程訪問COM1的event屬性了解通信事件的類型,，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。PC機串口對無線收發(fā)模塊收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制,，采用的是Visual Basic的開發(fā)環(huán)境,，可通過設(shè)置MSComm控制的PTSEnable屬性來實現(xiàn)。RTSEnble屬性設(shè)為False時,，串口RTS輸出高電平,，電平轉(zhuǎn)換后將PTR 2000置為發(fā)射狀態(tài)；RTSEnble屬性設(shè)為True時,，串口RTS輸出低電平,，電平轉(zhuǎn)換后將PTR 2000置為接收狀態(tài)。圖5所示為計算機端的Visual Basic接收程序流程圖,。
本系統(tǒng)采用單片機控制,，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠,，特別是在單片機控制系統(tǒng)上配全中文MCGS組態(tài)軟件,，構(gòu)成實時監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)實際工況靈活組態(tài),，作為良好的上位機人機界面,，實現(xiàn)了動態(tài)測試、檢測與報警,，具有直觀,、操作方便、控制靈活等優(yōu)點,。經(jīng)生產(chǎn)實踐表明,，該全自動中央供暖系統(tǒng)設(shè)計思路正確、運行可靠,，能達(dá)到實際應(yīng)用的要求,，在自動化控制產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛。
參考文獻(xiàn)
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