家庭供暖控制系统无线温控器设计

1、郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文） 题 目 _ 家庭供暖控制系统 _ _ 无线温控器设计 _ 学生姓名 * 专业班级 通信工程 05-1 班 学 号 20050704012727 院 （系） 计算机与通信工程学院 指导教师(职称) *（讲师） 完成时间 2009 年 6 月 5 日 郑州轻工业学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目题目 家庭供暖控制系统无线温控器设计家庭供暖控制系统无线温控器设计 专业专业 通信工程通信工程 学号学号 2005070401272727 姓名姓名 * 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一一主

2、要内容：主要内容： 1熟悉基于 mcu 的电子系统开发方法; 2掌握 keil uvision 软件的使用方法； 3应用 stc 公司的 stc89c51 系列单片机； 4设计系统硬件和软件。 二基本要求：二基本要求： 1调节水温范围：5-60； 2预留 rf 或 plc 接口； 3能实现温度的分时段控制； 4用 c51 语言编制系统程序； 三主要参考资料：三主要参考资料： 1有关 keil c51 集成开发环境使用方面的资料； 2有关温度传感器 ds18b20 方面的资料； 3有关液晶显示模块 lcd 的资料； 4有关 stc89c51rc/rd+系列单片机的资料； 完完 成成 期期 限：限

3、： 2009 年 6 月 5 日 指指导导教教师师签签名名： 专业负责人签名：专业负责人签名： 年年 月月 日日 家庭供暖控制系统无线温控器设计 i 目录 家庭供暖控制系统无线温控器设计 摘要 本文从当前国际国内温控器的发展状况出发，首先介绍了温控器的基本原理和 概念。文章对无线温控器系统进行了需求分析，提出了利用 stc89c51rc/rd+单片 机为核心的无线温控器设计方案。本文所设计的无线温控器，是以 stc89c51rc/rd+单片机为基础，并结合温度传感器 ds18b20、实时时钟芯片 ds1302、eeprom 存储器、12864 液晶屏显示和 rfm12b 无线传输等模块综合设

4、计的一款适合学习和研究使用的无线温控器。 本文还从研究的角度讨论了 pid 控制算法，并对 pid 的控制原理做了简单的介 绍。在软件实现阶段的最后，实现了一种简单的增量式 pid 控制算法。 关键词温控器；ds18b20；pid 控制；增量式 pid 家庭供暖控制系统无线温控器设计 ii design of wireless thermostat in the home heating control system abstract starting from the current international and domestic development of thermostat,

5、this article , introduced the basic principles and concepts of the temperature control device.first the article analysis the needs of the wireless thermostat system, made use of stc89c51rc/rd + single-chip microcomputer as the core of the wireless thermostat design.in this paper, the design of wirel

6、ess temperature controller is based on stc89c51rc/rd + single-chip, combined with temperature sensor ds18b20, real-time clock chip ds1302, eeprom memory, lcd display 12864 device and wireless rfm12b modules of a comprehensive design suitable for study and research the use of the wireless thermostat.

7、 from the perspective of the study, this article also discussed the pid control algorithm, the pid control theory and a brief introduction and deduction. and in the final stage of software,we try to realize the incremental pid control algorithm. key wordsthermostat，ds18b20， pid control，incremental p

8、id 家庭供暖控制系统无线温控器设计 3 1绪论 1.1课题研究背景 随着人们对家居生活舒适性、节能性的追求，国内外对智能家居系统的研 究逐渐升温。作为智能家居的重要一环，家庭供暖系统对家居环境的舒适性有 着至关重要的作用。 家庭供暖系统，是以单个家庭为单位，通过供暖炉产生热水，经过终端散 热装置（地暖管、散热器）来进行热量传导，达到居室供暖效果的综合系统。 作为一套高效、节能、环保的供暖形式，家庭供暖系统为我们提供很好的供暖 解决方法。使用家庭供暖系统，用户可以根据需要自行调节供暖时间和温度。 而且，由于它独特的设计，能够使运行大大节省能源，带来了巨大的使用价值 和社会意义1。 家庭供暖的控

9、制核心是温度控制器。温控器是集成编程器与软件并实现智 能化控制温度的开关，可以自由调节室内温度，并能按用户要求设定各种时间 段的开关和各种预设好的模式下自动运行调节室温；使之达到舒适的温度2。 真正达到方便、节能、舒适温暖的理想生活环境。适用于中央空调、单户取暖、 地暖及各种燃油、燃气锅炉（壁挂炉）等设备的使用，是理想的温度控制产品 及节能产品。 在整个家庭供暖系统中，温度是控制过程中普遍而且最重要的物理参数之 一。在控制过程中，为了使控制更高效，必须对房间的主要参数，如温度、压 力、流量等进行有效的控制。温度控制在控制过程中占有相当大的比例，其关 键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的

10、基础，技术已经比较成熟。 由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地 提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课 题3。 1.2温度控制器的国内外研究现状 1.2.1温控器的研究现状 温度控制是个古老的问题，早在工业社会发展的初期，就有人尝试去设计 控制它。其中温度控制的精准问题，一直是国内外学术界争论的控制问题。众 家庭供暖控制系统无线温控器设计 4 所周知，温度是一个非常敏感的量，很容易受到外部环境特别是环境湿度的影 响。因此对温度控制问题在全国己至于全世界都是一个很值得研究的控制的课 题。 在温度研究的领域，国内外高校发表过很多关于这方

11、面的文章，但是大部 分都停留在理论研究与仿真阶段，具体做到真正实现的不多4。而且使用的控 制器基本上为 8 位的 51 单片机，单片机在内外部 flash 容量、计算速度方面达 不到智能算法的要求。适合单片机使用的算法主要是单回路控制方法。 目前在单回路控制方法上，除了传统的 pid 控制或改进的 pid 控制，还存 在存在以下几种控制方法: (1) 单纯的模糊控制。 模糊控制有许多优点，如动态响应好，上升时间快，超调小，鲁棒性强， 但是却存在着一个严重的缺点，就是其稳态精度低，并且在稳态有振荡。因此， 采用单纯的模糊控制器难以获得较高的单回路控制精度。 (2)、p-fuzzy-pid 多模态

12、控制。 p-fuzzy-pid 多模态控制器误差的大小分为不同的控制模式。当误差较小 时，采用专家整定式 pid 控制，实现精确控制；误差较大时，直接使用比例控 制，加快系统响应速度;其它，则采用模糊控制。这种多模态控制比单纯的 pid 控制及模糊控制效果要好，但要依靠专家的经验确定 pid 参数，并且三种控制 的转折点较难确定。 (3)采用预测控制 预测控制需要采用神经网络等模型来对室内温度进行预测，计算量大，算 法复杂，并不适合单片机采用。 在温度控制器设计的领域来讲，国外的美国 honeywen（霍尼韦尔）公司的 温度控制器、德国 siemens（西门子）和意大利 imit(伊米特)的温

13、度控制器 都走在国际领先前列。从技术资料上来看，基本采用的是 pid 调节的技术。 目前国内温控器生产企业较少，仅广东、江苏、辽宁、江西各有一家规模 稍大一点的生产厂家，他们的生产能力远远不能满足电子温控器市场的需求。 1.2.2温度控制器的发展趋势 目前，国际上已开发出多种智能化温控器系列产品。智能温控器内部都包 家庭供暖控制系统无线温控器设计 5 含温度传感器、a/d 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有 的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储 器(rom)。智能温控器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各 种微控制器(mc

14、u)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试控制功能的， 其智能化程度也取决于软件的开发水平。 进入 21 世纪后，温控器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及 安全性、开发虚拟温控器和网络温控器、研制单片测温控温系统等高科技的方 向迅速发展。主要可以归结为以下几点5： 家庭供暖控制系统无线温控器设计 6 致谢 在郑州轻工业学院度过的 4 年大学求学生涯，是我人生中一段难忘的回忆， 它见证了我成长的点点滴滴。感谢母校对我的培养和教育，使我在各方面都有 了很大得提高，为以后的人生积累了很多宝贵的经验。在此，谨向给予我指导、 关心、支持和帮助的老师、同学和朋友表示忠心的感谢! 首先要特别感

15、谢我的导师*老师，他在学习和生活上给了我极大的关心和 帮助。吴老师渊博的知识、严谨的治学态度和一丝不苟的学术风范，是我工作、 学习的榜样。导师平易近人，处处为学生着想的无私精神，让我倍感亲切。导 师的谆谆教诲，让我终生难忘，谨致以最衷心的感谢和最诚挚的敬意。 感谢我现在实习岗位的主管刘建新工程师在论文的研究和写作过程中对我 的指导和帮助，他的宝贵意见给予我极大的启发。感谢我的同窗好友王伟科、 李应国、叶先亮、崔继锴等在工作、学习和生活中所给予的鼓励和支持。 最后，我要感谢我的家人。在多年的求学路途上，他们对我一如既往的支 持和鼓励，是我人生不断奋斗向上的动力。对于他们这么多年的关怀和爱护， 我

16、只能以更加努力的学习和工作作为回报。 * 2009 年 5 月 家庭供暖控制系统无线温控器设计 7 参考文献 1 李慧，刘毅.温室控制技术的发展方向j1.林业机械与木工设备，2004 年第 5 期:4-7 2 张菁，单片机温度控制系统方案的研究，上海交通大学学报，2007 年 1 月第 1 期：144 3 陈焕新，周雄辉.智能建筑中暖通空调系统控制方法初探.暖通空调，2003，33(3):30 4 张永志，温室智能控制系统的设计与研究d.山东农业大学硕士论文，2005:23 5 沙占友，智能温度传感器的发展趋势，j.电子技术应用 2002.5：6-7 6 stc89c51rc/rd+系列单片机

17、器件手册，深圳：宏晶公司，2003.2-3/8 7 沙占友，孟志永等.单片机外围电路设计.北京:北京电子工业出版社，2003，61-63 8 张志良，单片机原理与控制技术(第二版).北京：北京机械工业出版社，2005：234 9 张毅刚，彭喜元等.新编 51 单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨大学出版社，2003，3-6 10王福瑞等，单片微机测控系统设计大全.北京：北京航空航天大学，2002：231-232 11汪永斌，吕昂等，温室群全数字式温度和湿度综合控制系统j，农业机械学报， 2002，33(5):71-74 12 郭强，用云仙.液晶显示应用手册.北京：电子工业出版社，2002，21-24

18、 13 128x64-0402 使用说明，江苏：蓝科电子科技有限公司 14 shi cong wu. optics and nonlinear of liquid crystalsingpare：world scientific publishing co.pte.lt4，1997（05）：23-25 15 何立民.单片机应用技术选编(6).北京:北京航空航天大学出版社,1998, 283-286 16 keil c51 中文帮助手册，keil software 公司 17易继揩，侯媛彬，智能控制技术m，北京工业大学出版社，2004 18邓璐娟，冯巧玲，李淑君，牛月兰，李宝珍，智能温室环境控制的研究现状与发展方 向，郑州轻工业学院学报j，2003，5(4):22-23 19孙增沂等，智能控制理论与技术，清华大学出版社，2006，3-8 20david sellers.an