基于单片机的机械通风控制器设计

摘要目前，国内大局部住宅的室内污染状况堪忧。各种新型建筑材料、装修材料、日用化学品进入住宅成为室内污染源；另外，空调的使用和普及使室内通风率比以前明显下降，造成住宅室内污染的累积，致使室内的空气质量相对恶化。由于上述种种原因，造成我国大局部居住建筑的通风状况相对较差，根本上不能满足我国《民用建筑室内环境污染控制标准》的有关规定。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气品质。论文所研究的的室内环境调节系统充分利用室外环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度等的测量、比拟、优化，进而控制送风设备、排风设备和窗及窗帘的状态，配合并联动空调的运行，到达智能调节建筑物室内环境的目的，以此改善室内空气品质。本系统采用层次化、模块化设计。整个系统由数据采集系统、单片机控制系统和计算机监控系统组成。系统以单片机SST89E58RD2为核心，以JWSL．2系列壁挂型温湿度传感器等作为测量元件，通过单片机与传感器相连，采集并存储传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控系统的中心，通过RS232／RS485总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储和处理，供工作人员浏览、记录和进行相关处理。关键词：空气品质、单片机、温度、湿度、传感器ABSTRACTAtpresent．mostofthedomesticindoorpollutionsituationsarewonhanxious．Variousnewbuildingmaterials，decorationmaterialsandcommodityofchemicalenterintoindoorenviromentandbecomesourcesofpollution．Inaddition，theuseandpopularityofair-conditioningdecreasetheindoorventilationrateobviously,resultingintheaccumulationofresidentialindoorpollutionandworseindoorairquality．Forallabovethesereasons，mostofourcountry’SbuildingventilatingsituationsbecomerelativelybadandcannotsatisfytherequirementsofOUrcountry’S”CivilconstructionIndoorenvironmentContaminationcontrolStandard”concemedbasically．Usually,weimprovetheindoorhotenvironmentandtheairqualitythroughthemachineventilationwhenthenaturalventilationcall’tmeettheneeds．neindoorenvironmentregulatingsystemonwhichthispaperstudybelongstotheareaoftechnology．ItisafhJluseoftheoutdoorenvironmentalconditionsthroughthesurvey、comparison、optimizationofbuildingindoor&outsidetemperature，humidity,andSOon,andthencontrolventilationequipments、thewindowandwindowcurtainandair-condition．Bythisprocess,thesystemCallachievethepurposeofregulatingbuildingindoorenvironmentintellectuallyandimprovetheindoorairquality．TIliSsystemUSeSthehierarchizationandmodulardesign,thewholesystemiScomposedbythedataacquisitionsystem,theMCUcontrolsystemandthecomputersupervisorysystem．ThesystemtakestheMCUSST89E58RD2asCOre．JWSL-2．wallSeriesoftemperatureandhumiditysensorsasameasuringdevice，captureandstorethesensordatathroughtheconnectionbetweenMCUandsensors．InMCUsystem，wehavetorealizethedatarealtimedisplay、warningwhenbeyondthelimitedpronunciationandthedatasupplementarystoragefunction．Asthecenterofcomputermonitoringsystem，MCUcommunicatewithcomputerthroughRS232／R$485systembusandtransmitthecollecteddatetomonitorcomputer．1rtlemonitorcomputerdotherecording、memoryandprocessingjobsforthedatawhichMCUtransmits，andthenthesedataaresuppliedforthestafftobrowse，recordandrelatedprocess．Keywords：airquality，MCU，temperature，humidity，sensor第1章引言1.1课题研究目的及其意义1.工程的实施将提供有效的节能措施：工程的开发符合我国节约型社会的建设要求，随着我国国民经济的快速开展，能源消费需求大幅增加，能源供需矛盾突出，提高能源利用效率、改善能源环境己经迫在眉睫。我国自1997年11月出台《中华人民共和国节约能源法》开始，各省市也陆续推出了节能标准、标准、条例和节能实施方案，从节能组织、节能责任、节能措施等多方面进行实施，其中节能技术措施的推广应用是实现节能的重要环节。目前全国电力能源短缺现象己经成为普遍性问题。各地政府及企事业单位纷纷想方法节约能源，尤其是电能。普通老百姓也深刻体会到电力资源紧缺带来的各种不便，节约电力资源成为社会的普遍共识。同时各地也都采取拉闸限电、峰低谷用电等措施来控制用电量，力求资源的充分利用。在我国所有能耗中，建筑能耗所占的比例越来越大，占1/3以上，这还未包括那些工业非生产性建筑、通信机房与基站等无人值守的建筑。在建筑能耗中除必须的电气设备能耗外，主要能耗均用在了改善环境方面。例如在智能建筑中的能耗中央空调占60%，照明、电梯等其它为40%;在通信机房与基站能耗中央空调所占的比例也很大，占整个基站与机房电费支出的54%左右。本控制系统就是针对减少这类建筑能耗而进行的。2.工程的实施符合智能建筑的开展趋势：国家标准《智能建筑设计标准》(GB/T50314一2000)对智能建筑定义为“以建筑为平台，兼备建筑设备(BA)、办公自动化(OA)及通信网络系统(CA)，集结构、系统、效劳、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个平安、高效、舒适、便利的建筑环境”。智能化建筑需要到达的目的是最大限度地满足使用者的舒适性、操作者的方便性、节能性、管理的高效性和信息化效劳。目前使用中央空调的建筑中，其中央空调的控制系统一般是对整栋建筑所有房间或对某几个划分好的大区域内所有房间进行集中控制，实现集中制冷和通风，往往要热都热、要冷都冷，甚至无人的房间也相同。很难到达单个房间的人性化调节，造成很大的耗电损失和某种程度的不舒适性。空调房间里面待久了，难免会有各种“空调病”，而最舒适的还是自然风。那些使用单体家用空调的建筑，在人员外出或睡眠时候由于对空调的运行与停机和对温湿度、新风等的调节不能实现自动控制，空调不是处于停机状态使室内环境恶劣，就是处于连续运行状态造成无谓的浪费。另外，通信基站机房在运行时设备会散发出大量的热能，由于通信设备对工作环境的要求较高，现有机房大多采用空调进行机房温度、湿度的制冷调节且机房空调大多被设置为制冷18℃，或者自动24℃，而且局部地区是全年开启浪费的现象较为严重。诸如此类的场所空调都不能根据季节、室外温度等环境因素的变化而改变自身的工作状态和启动条件，不能远程设定空调的运行状态和启动条件，更不能利用时外的环境条件来改善室内的环境状态，造成了较大的能耗损失。空调假设与其它的散热、送风与排风系统配合起来使用，节能的空间将是很大的，同时也给使用者营造了一个更加舒适的环境。本控制系统所研制的室内环境智能调节系统就能很好解决室内空气品质，较小能耗损失。3.本控制系统的实施有助于加强绿色建筑标准的认证和推广力度：绿色建筑以节能为突破口，全面推进节电、节水、节地、节材，从整体上提升我国建筑的资源节约水平。本控制系统的时候将有助于改良智能建筑的能耗衡量标准，使绿色建筑标准的认证具体化。4．改善家居室内的空气品质：随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，越来越多的人开始注重的美观和舒适，室内装修热不断的升温，豪华装饰越来越普遍。各种新型建筑材料、装修材料日用化学品进入住宅成为室内污染源，但空调的使用和普及使室内通风率比以前明显下降，造成住宅室内污染的累积，致使室内的空气质量严重恶化。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气品质。本文所论述的机械通风方式不单纯指厨房和卫生间的短时排风，而是以改善室内空气品质为主要目的的通风方式。世界卫生组织“健康住宅”标准的巧条里面有8条根室内空气质量有关这些是提高生活品质的主要标志：节约能源，建筑节能是关系到我国可持续开展的必由之路。关着窗子要新风，通风还要不耗能，是国内外解决建筑节能的一致目标。消除室内环境污染，让消费者住上达标房。近几年，室内环境质量问题引发的业主和开发商之间的纠纷时有发生，成为社会各界关注的焦点，社会要求制定相应法律的呼声日益高涨。《室内空气质量标准》已经正式发布了我国第一部《室内空气质量标准》(标准号:GB/T18883一2002)正式发布，并于2003年3月1日正式实施。该标准与国家标准委以前发布的《民用建筑室内环境污染控制标准》、10种《室内装饰装修材料有害物质限量标准》共同构成了一个比拟完整的室内环境污染控制和评价体系，为广阔消费者解决室内污染难题提供了有力的依据，也为装饰、餐饮等企业的施工操作提供了标准文件。通风才是解决室内污染的好方法。虽然去除空气污染方法有多种，可以减少污染源，可以吸附杀灭，可以过滤和活性炭吸附，在特定场合下这些都是必需的解决方案。但是室内空气品质专家指出，改善室内空气质量的最有效的方法就是通风。大自然干万年营造出的新鲜空气人类根本无法复制。高品质的生活需要的不仅仅是污染达标的空气，而是需要新鲜、洁净、宁静、舒适的空气就像人们喜欢山涧海边的大自然空气一样。现在呼吸新鲜空气，耳根清静地在室内工作学习和生活，越来越成为都市人可望不可及的奢求。我国现在是世界第二大能源消耗国家，各种化石能源储藏量十分稀缺，国家领导己经把寻找能源放到了国家战略的重要位置。另一方面节能是国家可持续开展的必由之路。我国能源总消费量中，建筑能耗所占的比例已从1978年的10%上升到2001年的27.45%。并在每年持续大幅度上升。数据说明我国建筑能耗中有55%是采暖、空调能耗，这是一个极为庞大的数字，酒店、高档写字楼深切感受到暖通能耗在他们运营本钱中的份量，通风节能己经变成一个刻不容缓的重大问题。建筑通风能耗相当于几十个三峡的发电量，非节约不可!通风节能需要概念创新和技术创新，室内通风不畅是现代城市的普遍现象，建筑通风节能又是缓解能源危机的必由之路。市场呼唤多元化的室内空气品质解决方案，更呼唤建立通风的新概念和新风行业的迅速开展。国际上建筑节能的重点都是放在节约采暖和降温的能耗上，因此对与本控制系统类似的产品研制主要是室内通风设备，但是由于进口的室内通风设备价格比拟昂贵，在国内一直没有得到大范围推广。目前，我国每年竣工房屋建筑面积约20亿平方米，新增房屋面积不断扩大。智能建筑工程的投资己占建筑工程总投资的5%一10%，全国每年智能建筑总投资约几十亿元，甚至达上白亿元，是世界上最大的智能建筑的建设市场。我国是世界上空调制造和使用的第一大国，每年新增中央空调机组3万多台，新增空调末端设备120万多台，家用空调的使用量更是逐年增长，广东珠三角地区在全国又占首位。另外，目前我国的移动机房、基站主要使用领域的需求量也很客观为10万套，未来40万套，使用空调的需求量也非常大。本控制系统产品价格是进口同类进口产品的十分之一，其经济寿命期8-10年，目前处于寿命期的初期阶段，所有有很大的开展空间，其开展趋势显而易见的。本系统不仅可以与中央空调或单体家用空调进行配合使用，而也可以单独使用，功能可选、系统组成结构可选，灵活方便。家用式的使用方法和安装，合理的本钱，本产品有着广阔的市场前景。1.2课题研究主要内容本控制系统所研制的室内环境智能调节系统充分利用自然环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度、风速、光照度等的测量运行、比拟、优化，进而控制送风、排风设备和窗及窗帘的状态，配合并联动空调，同时操作系统、设定与修改系统的运行参数及空调的启动条件，到达智能调节建筑物室内环境的目的。研发的系统适用于多种场合，如使用中央空调的智能建筑(酒店、宾馆、大型写字楼等)、使用家用空调的办公室和住宅、无空调的办公室和住宅、无人值守的通信机房和基站等等多种需要调节室内环境的场所。本控制系统由监控管理计算机、控制器、遥控器、进风与排风设备、自动化窗及窗帘和温度、湿度、风速、光照度等传感器及软件性构成，为三级结构。第一级为中央管理计算机(PC机)，实现系统的远程监视、报警、显示、存储、记录、操作等功能;第二级为控制器，采集、处理各类I/O信号，完成系统的控制功能:第三级为遥控器、传感器和各类风机等设备。第二级与第三级之间根据设备的不同由串口、1/0接口等实现信号的传递与处理。本控制系统研究开发的重点内容是系统的硬件设计和软件设计，其中控制器、遥控器等主设备和系统软件为自主研发，其它常规传感器、辅助设备等采用集成的方法实现。控制器由89E58RD240-C-JE单片机和假设干个温度传感器、TLC2543A/D转换器、继电器、报警和电源电路等组成，完成远程数据采集与控制，可以对多个测温点进行测量，温度传感器采集的数据传送给单片机进行数据处理。监控管理计算机为PC机，主要技术指标:CPU为PIV0>=2.6GHZ、>=80G硬盘、17寸彩色显示器、标准键盘、256MB内存、40XD·CDROM，集成以太网通信接口。完成系统的操作、监视、报警、记录、存储和报表生产等管理功能。1.3本文的组织结构本论文是围绕室内环境智能调节系统的研究与实现过程展开的。论文首先对涉及的数据采集及相关硬件设计进行研究探讨，然后对软件系统的设计与实现进行了详细的阐述。整篇论文组织结构如下:第1章首先对系统进行整体的表达，介绍了其现状、研究的意义、组织结构和课题来源。第2章揭示了国内大局部的建筑室内污染状况堪忧。并提出了相应的控制算法来计算出室内所需的通风量，进而改善室内空气品质。第3章对整个系统的总体构架、设计原那么及其需要完成的功能做了系统的阐述。第四章介绍了系统的硬件设计的一些根本原理知识和相关技术。首先系统的总体解决方案设计的根本内容、系统框图、以及单片机和传感器的选型等。第4章集中对软件设计进行了具体阐述，包括系统需求分析，下位机软件设计实现、上位机软件设计实现。第6章总结了本文的成果，最后指出了本文还存在的问题以及今后的研究方向。室内空气品质控制2.1通风换气技术在我国住宅建筑中的应用“非典”肆虐期间，所有卫生专家都强调，通风是最有效的预防“非典”措施之一。房屋设计应当能够实现良好的自然通风，但我国仍有不少建筑设计对自然通风未引起应有的重视。例如，有些居住建筑阳台或窗户密闭，完全依赖空调，有些建筑进深太大，通风脆弱。目前在中国，大量的民用建筑多是依靠自然通风实现室内的通风换气，高层公寓根本上还是靠自然通风。各家各户自行安装的空调，只能调节室内空气温度和湿度，多数没有通风功能。目前国内住宅常见的室内换气系统或设备主要有换气扇、吸油烟机、通风器等，通过机械强制排气的方式，排除室内污染的空气(烟气、燃烧废气、臭气、水蒸气、二氧化碳等)，对室内进行全面或局部换气。在冬季采暖和夏季制冷期间，由于外窗密闭，宜开发推广无动力和有动力的窗用自然通风器。国家住宅工程中心与北京斯特灵换气设备共建“住宅室内换气系统研发试验基地”，开发旋转式热回收换气系统。其特点是双向换气，排出室内浊气，送入净化后的室外新鲜空气，节能效果显著，室内温度稳定，维护简便，清洗容易。2.2我国自然通风研究应用的开展方向自然通风在我国民居中的应用有着悠久的历史。我国民居，如北京的四合院、西北地区的窑洞，特别是长江以南地区、广东民居实际上很重视自然通风技术的应用。民居的门、窗的位置建筑朝向及建筑格局等方面无一不表达着利用自然通风改善居室热湿环境的思想。我国幅员辽阔，跨越了热带、亚热带、温带、亚寒带和寒带五个气候带，特别是亚热带、温带地区完全具备广泛推广自然通风的客观条件。另外，我国能源短缺且空调系统能耗较大，开展自然通风是我国可持续开展的战略之一。机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法当室内空气污浊或热、湿散发量比拟集中不易扩散排除时，开窗是最常用的自然通风方式，但其明显缺点就是通风量不易控制，不能保证室内气候的稳定性、均匀性，受季节和气候因素影响大。特别是在北方做住宅建筑设计时，设计人员都会考虑各种结构形式以期满足最大的自然通风效果，而现实中有的住宅在“穿堂风”的作用下确实可以到达10次/H或以上的通风换气次数，这可能只为局部房间带来很好的消除余热、余湿通风效果，但其他的重要房间如卧室等可能因为建筑结构的原因而无法得到有效的通风换气。《采暖通风与空气调节设计标准》规定“建筑物内，放散热、蒸汽或有害物质的生产过程和设备，宜采用局部排风l9]。当局部排风达不到卫生要求时吗，应采用局部排风或采用全面排风。设计局部排风或全面排风时，宜采用自然通风。当自然通风不能满足卫生、环保或生产工艺要求时，应采用机械通风或自然与机械的联合通风。其次，开窗自然通风风向气流盲目，气流组织无法有效控制紊乱气流可把卫生间和厨房异味带入客厅及卧室，夹带大量灰尘，在影响室内清洁卫生同时无法防止室外噪声污染。对于高层住宅，由于热压作用顶部房间即使开窗也只有出气而没有进风，使下层的污浊空气涌进，反而加剧污染。特别是近几年，在一些大中城市，住宅越来越密集，由汽车尾气所带来CO2、CO、NOx、烟尘，由建筑施工所带来的可吸入颗粒物，由植物所带来的可引起过敏病症的花粉，由工业排放所带来的各种有害气体及粉尘，使得室外空气质量到达大气环境质量标准的要求，影响室内空气质量。最后，开窗通风在某些场所会带来严重的噪声污染。在交通主干道(公路、铁路和机场)周边，由于高强度的噪声污染，根本无法采用此方法实现室内通风换气。即使不在强噪声源附近，邻里之间的开窗换气造成的声污染也会彼此干扰，影响正常的生活。所以通过开窗进行自然通风，只能进行间歇的换气，实在不是一种理想的住宅通风换气的方式，而且在北方等严寒地域，冬季的开窗还会造成大量的能源浪费。通过上述研究可得知，随着建筑节能的开展，住宅的密闭性越来越好，仅仅靠自然通风已经无法满足人们对于室内空气品质的要求，根据国外建筑科学的开展规律，住宅机械通风，或自然与机械结合的通风将成为解决室内空气品质的主要手段。室内机械通风需要解决的问题住宅是人类重要的生存场所，人们每天要有一半以上的时间生活在住宅中，室内的环境状况与人的关系重大。空气是人类生存的根本物质，室内的空气品质，直接影响着人的身体健康，是不可无视的重要因素。随着人们生活水平的日益提高，人们对居室的空气品质的要求也将越来越高，自然通风由于受各种条件和房型设计的限制，可靠性较低，不能满足住宅全面通风的要求。因此，居室利用有组织的机械通风将势在必行。通过对住宅各种通风方式的研究可得知，住宅采用自然通风并不是改善室内空气品质的有效手段。自然通风会受到地域气候、住宅结构等多重因素的影响，通风气流组织无法有效控制，即使开窗也无法使住宅各房间获得稳定、均匀的有效通风量，各住宅的通风换气水平很不平均。真正能够改善室内空气品质还需要采用机械通风的有组织通风方式。住宅机械通风有很多种，但经研究发现，采用自然加机械排独立机械通风方式更符合国情，而且便于推广使用。该通风方式可以有组织地对住宅进行送风、排风，使得各房间获得稳定、有效的通风换气量。纵观中国住宅通风现状和研究内容，可以发现国内的住宅有组织排风的研究还不成熟，要使机械通风等有组织排风系统应用到住宅领域还需要解决如下问题:1.室内通风量确实定，国家标准中只对单人需要新风量提出要求，而对于数不确定的房间如何确定其通风量没有提及，也缺乏相应的测试和模拟分析；2.系统形式的研究，国内对于住宅通风系统还没有明确分类，也缺乏相应的实际工程对不同系统形式进行比拟。对于房间内排风和送风方式对室内污染物和空气流场的影响，缺乏相应的分析；3.对于不同系统在不同气候条件下的运行和控制策略缺乏探讨；4)缺乏相应的住宅通风类产品。2.4室内机械通风调节控制算法相关的通风标准《采暖通风与空气调节设计标准》(GB50019-2003)中规定:工业建筑的新风量为每人不少于303m;民用建筑所需的最小新风量那么按国家现行有关卫生标准确定。由国家质量监督检验检疫总局、国家环保总局、卫生部制定的《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)与国家质量监督检验检疫总局和建设部联合发布的《民用建筑工程室内环境污染控制标准》(GB50325-2001)、10种室内装饰装修材料有害物质限量的标准共同构成我我国的室内环境污染控制和评价体系。《室内空气质量标准》对室内空气的物理性、化学性、生物性和放射性4个控制指标作了相应规定，其中物理性指标中新风量规定为303m/(人·h)。室内机械通风量的估计算法居室的通风量估算主要有以下两种方法确定:1.住宅必须具有0.5次爪的新鲜空气换气量，而气密性高的建筑物不能到达这个要求。因此必须采用机械通风，并且应24H运行。日本第11版《空气调节和卫生工学设计手册》刊载的居室通风换气量表2-1所示。表2-1居室通风换气量房间通风换气量m3/h要求最大换气量的条件双人卧室5(0.2)~60室内2人，1人抽烟单人卧室5(0.2)~30室内1人，抽烟起居室10(0.5)~150室内5人，2人抽烟。2.根据美国最新规定(ASHRAEstandard62一1999)，住宅的换气次数为0.35次/h，但不小于每人24m3/h。室内控制品质参数及数学模型适宜有效的通风是为了控制室内空气污染物的源头，利用通风量来稀释在室内空气和再循环空气中存在的污染物的浓度。这种稀释法的关键还是要利用室外的新鲜空气来全面稀释与排除室内有害气体及气味，通过改善气流组织形式以发挥新风的最大稀释效果。因为室内通风量确实定不仅仅是消除室内热湿负荷，而且更重要的是要确保室内空气品质，因此采用直接计算方法，即室内空气品质计算方法。由于建筑物相关的污染与人员相关的污染，就其感受效应来讲应该是叠加的，所需的通风量是这两局部相应的通风量之和，而不是一个取代另一个。因此计算公式为:bbDPARDPRDVR

式中:DVR:为设计所需的新风量，L/s或m3/h；PR:为每人最小新风量(查表)，L/s人或m3/h·人；DP:为室内人员数；D:为变化系数；bR:为单位面积上所需的最小新风量，L/m2；为了保证所需的换气次数和稀释作用，每人总的送风量要求不得少于7.5L/s，这样最小送风量为:acDEDPMSR/5.7

其中:acE为通风效率。通风效率:CCEPC/

acE表示移出室内有害物的迅速程度，是排风口处污染浓度Cp与室内呼吸线区域平均浓度C之比。居室机械通风原理居室的机械排风分为三个局部，即起居室排风、卧室进排风、以及厨房、浴厕排风系统。厨房的排风一直都是独立的系统，而且在所有的住宅中一开始就己经采用了，所以在这里对它们的排风系统就不加以讨论，这里主要讲述的是起居室和卧室的机械通风。起居室的排风系统采用的是自然进风，机械排风系统。这种通风方式的工作流程是，新鲜的空气从起居室(客厅)及卧室的进气口进入室内，污浊的空气从浴厕被抽出。卧室机械通风一般采用的是具有能量回收功能的机械进、排风系统，主要有进风机、排风机、柔性连接管道及进、排风口组成口。这种系统通常可以把排风能量的75%加以回收利用，从而到达节能的目的。另外，系统的优点是送风量略大于排风量，但是它必须是独户水平安装。通风系统布置在一定的通风量下，要取得良好的通风效果通风系统的布置显得尤为重要。国内学者集中讨论了排风道、风机及补风装置的布置和结构型式。1.排风道的布置在我国，卫生间和厨房一般分开使用两个不同的排风道，但是由于布置的不合理，往往容易引起各个楼层之间的空气的交叉污染。如现有楼层一般采用竖向共用排气管道的做法，产生回流和泄漏的现象时有发生。按理说，排放有害气体的排气管内侧应为负压，但由于采用简单主支结构且断面很小的共用排气道，在排油烟机的机械作用下，管道内必然会形成正压，造成管壁和接口处渗漏，支管处回流。烟道最大阻力为300Pa左右，如果排油烟机和排气扇的风压过小，缺乏以客服风道阻力时，就会造成向其他楼层串气、串味和停机回流现象。目前，有学者针对高层建筑(尤其是20层以上)中存在的倒灌问题研发了一种可行的新型诱导式引射通风排气道通风系统，使用这种排气道系统的好处有:1)不设排风道总排风机的多个排油烟机并联系统;2)取消排风道各层进口处的逆止阀装置，而且适用于6-30层的住宅建筑。2.风机的布置风机不只是机械通风的源动力，其安装与运行还会影响通风效果。如果风机(或风扇)安装不合理，外门窗排出的室内空气就很容易被风机吸入，重新送入室内，造成排气短路。现场实测说明，安装在外门窗上的风机送风的50%左右来自外门窗外的排气。特别是外门窗外的阳台，加强了排气气流的短路。因此，建议风机尽量要远离外门窗安装。当风机安装在内隔墙或内门气窗上时至少需要由2个房间组成一个串联通风系统，甚至是整套住房成为一个风网络。但通过风机往往形成房间之间气体的大循环，而没有使室外空气大量进入室内。多层住宅每户都有两个朝向，全面通风时，风从一个朝向进入室内，从另一个朝向排出室外，回到大气中。而高层住宅有的住户只有一个朝向，全面通风时，废气将排到楼道内，甚至串到别的住户家中。因此，要正确选择风机的风向，防止此种现象的发生。风机的位置和风向，应根据住宅的类型、内部构造、是否有空调器以及当地夏季的主导风向等因素综合考虑。夏季进行全面通风的次数较多风机的风向最好与主导风向一致。3.补风装置对于厨房、洗手间、厕所和浴室等功能性房间一般还存在短时大排风现象，窗户气密性好的住宅里，假设没有足够的补送风，室内会形成负压，很有可能造成人员缺氧、窗缝有气流哨声、开门困难、排风量下降和排风机噪声增大等问题。因此在设计中加大排风量，并增加补送风装置是很有必要的。某设计实例取厨房的补送风量为180m3/h，加大补送风量的方法是在外墙上装设与排油烟机联动开闭的电动进风阀。通风系统运行模式有学者认为夏季应该采用间歇机械通风，因为在连晴天气时，室外风速白天特别是午后大;夜间和清晨小，出现静风的频率很高。目前夏季普遍采用的住宅降温方式是全天持续自然通风加上室内电扇，这一方式与上述气候特点不相适应。住宅白天大量热侵入，夜间那么通风不良，热环境质量较差。室内日最高气温与室外根本相同，电扇只提供了室内所需的风速，不能改变夜间通风不良、室内气温下降缓慢的状况。研究说明，用间歇机械通风，即白天关闭外门窗限制通风，夜间用通风扇强化通风代替全天持续自然通风，可在不增加投资和能耗的根底上明显改善室内环境。有学者认为可采用两种机械通风方案:一种为集中式通风;另一种为分散式通风。集中式通风与机械排风、自然进风方案很接近，只是通过进风机进风;而分散式通风将各个房间的通风独立考虑，卧室、起居室独立设置可调进排风口，采用机械进风自然排风或者自然进风、机械排风，卫生间只设排风，保持负压。目前住宅机械通风量的控制策略实际上，人们对住宅通风换气的需要是有变化的。因此，需要相应的控制策略。目前的通风产品中，从通风量的变化来分类主要有两种:一种能提供持续不变的通风量；另一种运用某种设备或材料使通风量随室内情况不同而改变。显然，一般情况下，后者更符合居住者实际使用情况。现在，虽然已经有了使换气量随各种因素而变化的调节技术，但是还没有普遍推广。在实践中，以下三个因素常被采用作为控制换气量的调节参数字：使用人数的变化;二氧化碳浓度的变化(人们呼吸活动的标志);相对湿度变化。前两种控制方法均需要探测器，根据人数来确定所需要的换气量，厨房和卫生间不适用;准确测量二氧化碳含量的探测器价格昂贵，而且需要定期调节精确度。而根据相对湿度(水蒸气含量的变化控制换气量，既能反映室内的人数变化，也能够反映住宅内的活动)情况，同时能够防止住宅室内过度潮湿，发生霉变。因此，目前在住宅中应用较多的是根据水蒸气含量调节换气量的通风系统，又称空气湿度自动控制系统。第3章系统总体设计3.1系统总体设计研发的系统适用于多种场合，如使用中央空调的智能建筑(酒店、宾馆等)、使用家用空调的办公室和住宅、无空调的办公室和住宅、无人守的通信机房和基站等等多种需要调节室内环境的场所。本控制系统研究开发的重点内容是系统的硬件及软件系统，常规传感器、辅助设备等采用集成法实现。智能通风系统的测控单元与主监控室内采用RS232/RS485可选网络通讯模式，将测控单元采集的温湿度值及传感器状态(传感器短路、断路等)实时显示出来;并可根据用户设定的时间间间隔做历史数据的定时存储、历史曲线可以查询、打印。在满足用户对室内的控制需求根底上，上位机根据室内温度、湿度值启停风机、加热器等设备，保证室内温湿度值的相对稳定。本文采用的新型智能化温度传感器，具有测温误差小，分辨率高，抗干扰能力强，本钱低，能远程传输数据。该系统是由两大局部组成。测控单元SST89E58RD240-C-NJE单片机和假设干个温度传感器和湿度传感器、继电器、报警电路等组成，完成远程数据采集与控制，过串行口进行数据通讯。室内通风控制系统采用集散控制系统，分为上位机和下位机两局部，其中上位机是远离被控对象，可以通过串口与下位机通信，在线调节被控参数，到达对被控对象的控制，同时可以实现显示、报警、数据存储等功能。为了防止上位机在不能工作时带来的损失，下位机也有键盘、显示和报警等功能，这样当上位机不工作时可以直接利用下位机来控制被控对象，同时下位机是放置现场，结合被控对象，考虑检测系统和执行机构等装置，同时还有与上位机通信的模块。3.2系统功能设计系统要完成的设计功能如下:1.实现对房间风速参数的实时采集。根据测量空间或设备的实际需要由单片机对各路数据进行循环检测；2.实现超限数据的及时报警；3.现场监测设备应具有一定的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有存储、程通信功能；4.通信系统具有一定的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰。与计算机通讯功能，采用RS232或者RS485串行通讯方式；5.测量数据记录功能:可以根据需要设置数据记录时间间隔，数据存入数据存储器；6)监控计算机软件设计管理软件既要具有完成数据采集、处理的功能，其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。要求到达的技术指标:风速范围：O~30M/s风速精度：±5M/s测温范围：-20~10测温精度：±3℃

3.3系统设计原那么1.可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准那么。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件;设计电路板时布线和接地要合理;对供电电源采用抗干扰措施;输入输出通道抗干扰措施;系统自诊断功能等。2.操作维护方便在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。3.性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低本钱，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。第4章系统硬件设计4.1硬件电路硬件电路是保证整个测控系统正常工作的根底，其性能优劣直接影响到整个测控系统工作的可靠性、平安性和连续性。硬件电路的设计过程中，始终以实用化为最终目标。其原那么为:第一，努力提高测控系统检测信号的准确性和可靠性:第二，从用户的角度出发，方便安装、调试、运行、维护；第三，在满足性能要求的前提下，尽量简化硬件系统，降低系统的总体本钱。本系统能够独立完成对风速的采集、检测、计算和逻辑处理，并能够与上位机进行数据交换，完成测量、监控、保护等功能，具体如下:1.数据采集功能l)模拟量采集:即实时采集室内外风速模拟信号，作为系统执行的判断依据。2)开关量采集:将风机、空调、窗及窗帘的状态信号送到单片机的I/O口，单片机对其进行检测。2.人机对话界面采用按键输入系统各项参数整定值，输入参数有:风机启停风速。按键功能还包括时间设定、故障试验、查询等内容。其中时间设定包括年、月、日等内容。查询功能包括翻页查询、参数设定查询、故障记忆查询等。液晶显示器实时显示系统各个设备的开关状态和当前的时间。发生故障是显示故障类型，以方便工作人员识别和检修。3.通讯功能系统通过RS-232/RS-485跳线选择与上位机进行串行通讯，从而实现远方监控功能。4.2控制器的硬件框图通风节能控制器IME1000是为室内建立通风节能系统而设计的，根据详细的需求分析，系统提供了足够多的信号FO端口，并且通过软件来配置信号端口的使用，使系统在使用上具有充分的灵活性，这样也使得一体化设计成为可能，采用一体化设计，让所有的强电弱电信号、小电流大电流信号直接接入到控制器上，使系统安装使用具有独立性，体积小的优点，远程监控是通过接入到动力环境监控系统当中去而实现的。Al测量范围、测量周期的设计主要以环境量的变化为依据。Dl/O响应时间，主要符合监控系统响应时间要求。AI&ADC局部:模拟量输入切换、前置放大、滤涉及AD转换。DI局部:开关量输入信号采集接口。DO局部:开关量输出及报警干节点输出接口。HMI局部:工作状态显示LED接口，参数设置、参数查询LCD键盘RS485/232局部:监控上位机数据通信接口。CPU及EZPROM局部:嵌入式控制器及系统配置信息存储Power局部:降压式电压变换器和隔离DC一DC变换器构成为系统供Console局部:面板开关，现场强制控制设备运行状态。前置放大:采用TI公司四运放LM324N，前后级均采用无源低通滤波电路。AD转换器:采用TI公司ADC控制器TLC2543C12位11通道10us转换时间。转换基准:采用ANALOG公司SV集成稳压器AD586)。隔离通道:采用FairChild公司高速光祸6N137。扩展并行口:采用通用AlteraCPLD电路EPM7128。隔离通道:采用SHARP公司中速光祸PC817C。扩展并行口:采用通用AlteraCPLD电路EPM7128。功率继电器:采用OMRON公司小功率继电器G6H125VAC/O.5A30VDC/1A

—控制空调采用OMRON公司功率继电器G6RN25OVAC/8A30VDC/5A

—控制风机、风门、除湿采用OMRON公司功率继电器G4A25OVAC/20A

—控制加热器光继电器:采用NAIS公司光MOS继电器AQYZ10EH。CPU:采用SST89E54RD2片内16KbyteROM1KbyteRAM8KbyteFLASH片外RAM:32KbyteSDRAM并行口:扩展5个8位字宽并行口，用Altera公司EPM7125-15实现电源局部降压式电压变换器:将输入电压变为5VDC，给CPU及通信局部供电。DC-DC隔离变换器:将5V电压变为15V点压，给AI、DI供电。4.2控制器的功能及主要性能指标根本功能:模拟量输入:10路模拟量通道，测量模拟量传感器输出的直流电压/电流信号。数字量输入:12路数字量输入通道，接入门磁、烟感等设备输出的开关信号。数字口:RS485/RS232串行口连接到监控中心。HMI:系统面板具有通信状态、工作状态、电源状态LED指示，可选的LCD显示。NVRAM:掉电保存设备量输出:8路数字量输出通道，分别输出一组继电器常开触点。通信地址、控制参数、Al测量范围和传感器使用状态参数。性能指标:1.输入输出特性模拟量输入:11通道，单端输入，O一SV电压信号。模拟量测量精度:12BitADC模拟量测量误差:0.2%模拟量测量频率:2.5次/秒输入信号带宽:72.4Hz模拟量输入阻抗:ZMQ模拟量CMRR:75db@50Hz/60Hz模拟量温度漂移:15ppm/℃

开关量输入:11通道，继电器触点型共地输入。开关量输入响应时间:375ms开关量输入逻辑定义:逻辑1，输入继电器触点闭合;逻辑O，输入继电器触点翻开。开关量输出:8通道，功率继电器常开触点输出，触点电压/电流规格240V/8A。开关量输出响应时间:375ms开关量输出逻辑:触点翻开、触点闭合、触点翻开-闭合-翻开(闭合时间100ms)。干节点输出:逻辑1，输出干节点闭合，报警;逻辑O，输出干节点翻开，正常;2.工作环境温度:-10-55℃

湿度:O-95%3.通讯接口类型:RS485与RS232(两者选一)通信波特率:9600bit/s8位数据位无校验位1位停止位4.隔离AI/DI/DO-通信总线(与系统供电电源共地):2500VAC5.电源电压:10-3OVDC待机功耗:<lOW(系统功耗:<180w;通风量:>2400M3/h)6.产品电磁兼容性、平安性与可靠性应符合下面的要求:EN300386电信网络设备电磁兼容性要求;GB4943信息技术设备平安要求标准;可靠性指标MTBF不低于100000小时。4.3控制器的设计原理控制器由89E58RD240-C-NJE单片机和假设干个温度传感器和湿度传感器、TLC2543A/D转换器、继电器、报警和电源电路等组成，完成远程数据采集与控制，可以对多个测温点进行测量，温度传感器采集的数据传送给单片机进行数据处理。单片机根据采集所得数据对风机，空调和窗等设备进行控制，以到达调节室内空气质量的目的。4.4主控单元主控单元是测控系统的核心局部，它承当着数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储等工作。CPU的选择在单片机的应用系统中，最重要的就是要根据应用系统的要求和特性选择适宜的中央处理器。本次设计在选择CPU时主要考虑以下几个因素:①抗干扰性能:系统稳定运行是必须要保证的，所以选择抗干扰能力强的单片机成为首选条件;②速度:考虑到系统要求有较快的执行速度，应尽可能地选择运行速度快的单片机;

③单片机功能:尽量选择功能强，集成度高的单片机，同时也是对抗干扰和速度的一个促进。④价格:考虑到产品的推广和应用，低本钱也是本次设计的一个主要考虑因素。单片机由于其体积小、功能全、价格低等特点，得到了广泛的应用。另外，单片机控制系统中，首先，由于主要利用软件算法实现控制方案，相比模拟控制较灵活;其次，单片机系统由于采用元器件较少，信号采用数字处理，防止了模拟信号传递过程中的畸变、失真，故受干扰小，可靠性高;第三，参数设定简便，可以使系统的调试工作变得方便。因此，单片机控制系统非常适合于应用型控制领域[32]。基于STC的单片机系统具有体积小、本钱低、易维护、性能稳定等特点，得到了越来越多的应用。本次设计采用了高档8位单片机是SST公司的SST89E58RDZ-40-C-NJ。SST89E58RDZ是一款80C51微控制器，该器件的典型特性是它的X2方式选项.。用该特性，设计者可使应用程序以传统的80C51时钟频率(每个机器周期包括12个时钟)或X2方式(每个机器周期包含6个时钟)的时钟频率运行。Flash程序存储器支持传统的并行编程，也支持串行在系统编程(ISP)。ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程。SST89E58RDZ还可采用在应用中编程(IAP)，并允许随时对两片Flash程序存储器进行重新配置，即使应用程序正在运行时也不例外。SST89E58RDZ总的来说具有如下特点:通用8位8051系列兼容处理器。与8051的软件完全兼容，开发工具兼容，封装与引脚兼容;SV的工作电压，操作频率为O-4OMHz;内部RAM共有1Kbyte(256Byte+768Byte);256Byte存放器/数据RAM;内含两块高性能SuperFlash存储器(EEPROM)，带有64比的主存储器+8KB的次存储块(每个块的扇区大小都是128Byte)，并具有ISP〔在系统编程)和IAP(在应用中编程)功能，两块可同时操作。在IAP过程中可实现存储器的覆盖，支持中断响应;支持最大64KB外部程序和数据存储空间;PI的5，6，7等三个引脚可驱动大电流(每个达16mA);具有3个16位定时器/计数器;带有SPI(串行外围接口)和增强型UART;全双工增强型串行通讯口(UART)，帧错误识别，自动地址识别有10个中断源，4个中断优先级，提供4个外部中断输入;带有可编程看门狗定时器(WDT);带有PCA(可编程计数器阵列)并具有PWM和捕获/比拟功能;有4个8位I/o口(P0-P3)和1个4位I/o口(P4)，共36I/O;有2个DPTR存放器;具有低EMI方式(ALE禁能);通过软件或ISP可选择支持12时钟(默认)或6时钟模式;兼容TTL和CMOS逻辑电平;支持掉电检测;省电模式，具有低功耗模式(掉电模式，外部中断唤醒;空闲模式)1)Idle模式2)PowerDown模式，并由外部中断唤醒;有三种封装:PDIP-40、PLCC-4和TQFP-44;有工业级(-40℃~十85℃)和商用级(0℃-+70℃);SST公司在开发FLASH存储器方面具有很大优势，它将特有的超级FLASH技术和小扇区结构与80C51内核相结合，推出了与MCS-51单片机兼容的SST89系列单片机。此种单片机除了增强型MCS一51单片机的全部功能外，还增加了一些新的功能。其中最主要的就是IAP(InApplicationProgramming)功能和PCA模块。IAP提供了能够直接在产品的电路板上对芯片进行编程的手段，从而能够在不取下芯片的情况下实现产品的软件更新。SST89系列单片机具有2块独立的片内小扇区FLASH存储器，分别为BLOCKO和BLOCKI。位于BLOCK0中的程序可以对BLOCKI进行编程;反过来，也可以用BLOCKI中的程序对BLOCKO进行编程。利用这一特点，配合SST公司提供的认P软件SSTEasyIAP，通过串口可以很容易地实现对用户应用程序的在线更新，不再需要专用的编程器。另外，SSTEasxIAP软件中还包含了一种监控代码，它配合Keilsoftware公司Vispion2软件，可以直接进行单片机的仿真开发，而不需要额外购置专用硬件仿真器，从而节省了用户的开发本钱。PCA是SST89系列单片机新增加的功能。它包括1个PCA专用的16位计数器，5个可编程的比拟/捕捉比拟模块，每个比拟/捕捉模块都有各自对应的特殊功能存放器，且可以运行于4种工作方式:边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、8位脉冲宽度调制器。最后一个模块还多一种工作方式，即监视规定时器WDT方式。PCA配有专用的中断，5个捕捉/比拟模块和PCA计数器溢出共用一个中断入口。因此在PCA的中断效劳程序中必须对中断源进行进一步的查询单片机内部有两块FLASH存储区，第一块是(BLOCKO)是64KB，第二块(BLOCKI)是SKB。因为全部程序地址空间限制位64KB，SFCF[1:0]用来控制程序区的选择。64KB的第一块由512个扇区组成，每个扇区有126Byte8KB的第二块由64个扇区组成，每个扇区有128Byte。单片机的程序存储器切换功能使BLOCKO或者BLOCKI的低8KB占用程序地址空间的最低8KB。SFCF[1:0]控制程序存储器的快切换。表4-1SFCF的值及对应的程序存储器切换SSSFCF[l:0]程序存储器块切换换[0,1]

BLOCK1被隐藏，程序计数器看不到，BLOCK1仅通过对E000H-FFFFH的IAP操作来访问01BLOCK0占用0000H-7FFFHBLOCK1占用EO00H-FFFFH00BLOCK1覆盖了程序地址空间的低8K，占用地址0000H-1FFFHA/D转换模/数转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成适合于数字处理的二进制数的器件，是一个将模拟信号值编制成对应的二进制码的编码器。与此对应，数/模转换器那么是一个解码器。常用的模/数转换器有:计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐位比拟式刀D转换器及并行直接比拟式A/D转换器等几种。一个完整的模/数转换器应该包含这样一些输入、输出信号:模拟输入信号inV。和参考电压refV:数字输出信号;启动转换信号;转换完成(结束)信号或者“忙”信号，输出;数据输出允许信号，输入。单片机对刀D转换的控制一般分为三个过程:1)单片微机通过控制口发出启动转换信号，命令模/数转换器开始转换;2)单片微机通过状态口读入刀D转换器的状态，判断它是否转换结;3)一旦转换结束，cuP发出数据输出允许信号，读入转换完成的数据。TLC2543C是12位开关电容逐次逼近模数转换器。每个器件有三个控制输入端:片选(CS)，输入/输出时钟(I/OCLOCK)以及地址输入端(DAIAINPUT)。它还可以通过一个串行的3态输出端(DAI„AOUT)与主处理器或其外围的串行口通讯，输出转换结果。本器件可以从主机高速传输数据。除了高速的转换器和通用的控制能力外，本器件有一个片内的14通道多路器可以在11个输入通道或3个内部自测试(self-test)电压中任意选择一个。采样保持是自动的。在转换结束时，“转换结束”(EOC)输出端变高以指示转换的完成。本器件中的转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压，具有简化比率转换、刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离的特点。开关电容的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差。TLC2543有DB、DW、FN和N型封装。TLC2543C的工作温度范围为O℃至70℃。TLC2543C具有如下特点:1)12位分辨率A了D转换器;2)在温度范围内10μs转换时间;3)11个模拟输入通道;4)3路内置自测试方式;5)固有的采样与保持;6)线性误差士1LSBMax;7)片内系统时钟;8)转换结束输出;9)单极性或双极性输出(有符号的双极性，相对于所加基准电压的l/2);10)可编程的MSB或LSB前导;11)可编程的输出数据长度:12)采用CMOS技术;13)可提供给用笔记，使用TLC254312位串行输出ADC的微控制器根本数据采集系统(SLAA012)。TLC2543C的引脚图如下:引脚说明:AINO~AIN10:模拟输入端。这H个模拟信号输入由内部多路器选着。对4.1MHz的I/OCLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω并且能够将模拟输入电压由60PF的电容来限制其斜率。CS:片选端。在CS端的一个由高至低变化将复位内部计数器并控制DATAOUT、DATAINPUT和I/OCLOCK。一个由低至高的变化将在一个设置时间内禁止DATAINPUT和I/OCLOCK。DATAINPUT:串行数据输入端。一个4位的串行地址选择下一个即将被转换的所需的模拟输入或测试电压。串行数据以MSB为前导并在I/OCLOCK的前4个上升沿被移入。在4个地址位被读入地址存放器后，I/OCLOCK将剩下的几位依次输入。DATAOUT:用于A/D转换结果输出的3态串行输出端。DATAOUT在CS为高时处于高阻抗状态，而当CS为低时处于激活状态。CS一旦有效，按照前一次转换结果的MSB/LSB值将DALAOUT从高阻抗状态转变成相应的逻辑电平。I/OCLOCK的下一个下降沿将根据下一个MSB/LSB将DATAOUT驱动成相应的逻辑电平，剩下的各位依次移出。EOC:转换结束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC从高电平变为低电平并保持低直到转换完成及数据准备传输GND地。GND是内部电路的地回路端。除另有说明外，所有电压测量都相对于GNDI/OCLOCK:输入/输出时钟端。I/OCLOCK接收串行输入并完成以下四个功能:l)在I/OCLOCK的前8个上升沿，它将8个输入数据位键入输入数据存放器，在第4个上升沿之后为多路器的地址;2)在I/OCLOCK的第4个下降沿，在选定的多路器的输入端上的模拟输入电压开始向电容器充电并继续到I/OCLOCK的最后一个下降沿;3)它将前一次转换的数据的其余11位移出DATAOUT端，在I/OCLOCK的下降沿时数据变化;4)在1/0cLocK的最后一个下降沿它将转换的控制信号传送到内部的状态控制位。REF+:正基准电压端。基准电压的正端(通常为CCV)被加到既REF+，最大的输入电压范围取决于加于本端与加于REF_端的电压差。REF_:负基准电压端。基准电压的低端(通常为地)被加到REF_。CCV:正电源端。工作温度范围内(自然通风)的极限参数(除非另有说明)

电源电压范围，CCV—O.5V至6.5V输入电压范围，VI—0.3V至CCV+0.3V

输出电压范围，VO—O.3V至CCV+0.3V

正基准电压，refV+—CCV+O.1V

负基准电压，_refV—0.1V

峰值输入电压，11(任何输入端)—±20mA峰值总输入电流，n(所有输入端)—±30mA工作温度范围(自然通风)，TA—O℃至70℃

储存温度范围，stgT—5℃至150℃引线温度，离外壳1.6mm(l/16英寸)，10秒钟—260℃

强度超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏。这些仅仅是极限参数，并不意味着在极限参数条件下或在任何其它超出推荐工作条件中所示参数的情况下器件能有效地工作。延长在极限参数条件下的工作时间会影响器件的可靠性。注释:所有电压值都相对于GND端，REF与GND连接在一起(除非另有说明)。转换器的转换工作工作分成连续的二个不同的周期:(I)I/O周期，(2)实际转换周期。I/O周期由外部提供的I/OCLOCK定义，延续8、12或16个时钟周期，这取决于选定的输出数据的长度。1〕I/0周期在I/0周期中，同时发生二种操作:1.一个包括地址和控制信息的8位数据流被送到DATAINPUT。这个数据在前8个输入/输出时钟的上升沿被移入器件。当12或16个UO时钟传送时，在前8个时钟之后DATAINPUT便无效。2.在DATAOUT端串行地提供8、12或16位长度的数据输出。当CS保持为低时，第一个输出数据位发生在EOC的上升沿。假设转换是由CS控制，那么第一个输出数据位发生在CS的下降沿。这个数据是前一次转换的结果，在第一个输出数据位之后的每个后续位由后续的I/O时钟每个下降沿输出。2)转换周期转换周期对用户是透明的，它是由I/O时钟同步的内部时钟来控制的。当转换时，器件对模拟输入电压完成逐次逼近式的转换。在转换周期开始时EOC输出端变低而当转换完成时变高，并且输出数据存放器被锁存。只有在I/O周期完成后才开始一次转换周期，这样可减小外部的数字噪声对转换精度的影响。4.5输入与输出通道输入通道的特点:输入通道要靠近对象采集信息，以减少传输损耗，防止干扰。②输入通道工作环境因素严重影响通道的方案设计，没有选择的余地。③传感器的输出往往是模拟信号、微弱信号输出，转换成计算机要求的信号电平时，需要使用一些模拟电路技术，因此输入通道通常是模拟、数字等混杂电路。

④传感器、变送器的选择和环境因素决定了输入通道电路设计的繁简，因为在输入通道中必须将传感器、变送器的输出信号转换成能满足计算机输入要求的TTL电平，输入通道中传感器、变送器输出信号与计算机逻辑电平的相近程度影响着输入通道的繁简程度。输出通道的特点:①小信号输出，大功率控制。②输出驱动控制信号，在驱动系统中的状态反应信号，作为检测信号输入至输入通道。③输出通道接近被控对象，环境复杂恶劣，电磁和机械干扰较为严重。本文的输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道。前者进入A/D转换，后者进入CPU的I/O口。进入刀D转换的模拟量为系统需要检测的各种信号。开关量输入通道包括风机运行状态、空调运行状态，以及窗机窗帘工作状态等。模拟量输入为10路模拟量通道，测量模拟量传感器输出的直流电压/电流信号。Al输入经过前置放大，A/D转换，光藕隔离后送给单片机进行处理。跟随器起驱动作用，光藕隔离器起电路隔离保护的作用。前置放大采用TI公司的四运放LM324N。AD转换器采用TI公司的A心控制器TLC2543N，其为12位11通道。转换基准采用ANALOG公司5V集成稳压器AD586)。隔离通道采用FairChild公司高速光藕6N137。风机，空调，窗的运行状态Dl通过插口进入到10个单通道光偶隔离器PC817C，经电路隔离后送入单片机进行处理。单片机通过对模拟量输入AI和设备状态输入DI的运算处理来对设备进行的启停进行控制。上图由12个光藕隔离器AQYZ10EH、5个光祸隔离器PC817及6个欧姆龙继电器构成。AQY21O输出外接现场。输出DOI~6经由插口后控制风机、空调和窗等设备。继电器触点规格3路250V/8A，3路25OV/O.SA。光继电器采用NAIS公司光MOS继电器AQYZ10EH(12个)，用于报警输出。4.6串行通信模块的设计RS-232C接口的发送器和接收器之间有公共信号地，只能传送单端信号，这样共模噪音就会祸合到系统中，因而存在数据传输不高、距离不长、信号易干扰等缺点，不能直接与多个单片机相连。RS-485是美国电工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行输：最大传输距离可以到达1.2km;最多可连接32个驱动器和收发器;接收器最小灵敏可达±200mv;最大传输速率可达2.5Mb/s。由此可见，RS-485协议正是针对远距离、灵敏度、多点通讯制定的标准。RS-232C串行通信接口有25针和9针两种形式。现在流行的PC机绝大多数采用9针的连接器，其引脚定义为:DCD为载波检测、RXD为接收数据、TXD为发送数据、DTR为数据终端准备就绪、GND为信号地、DSR为数据装置准备就绪、RTS为请求发送、CTS为去除发送、租为振铃指示。PC机和单片机之间的串行通信通常采用RXD、TXD、GND3条线即可。在设计通信接口时，必须根据需要选择接口，并考虑传输介质、电平转换和通信控制芯片等问题，以保证通信的可靠性、通信速度、通信距离和抗干扰能力。目前，常用的标准接口有RS-232、RS-422、RS-485。本系统是基于跳线选择RS-232或者RS-485接口标准。由于RS一2犯或者RS一485电平和TTL电平不兼容，故两者接口时，必须进行电平转换。常用的转换芯片是M尤心32和MAX485，其作用除了电平转换外，还实现正负逻辑电平的转换，只需要一个+5V的供电电源。5系统软件设计本章将介绍软件的总体设计，有了各个功能块的软件实现方法，软件的总体设计就变得清晰了，软件设计中一个重要的思想就是采用模块化设计，把一个大的任务分解成假设干个小任务，分别编制实现这些小任务的子程序，然后将子程序按照总体要求组装起来，就可以实现这个大任务了。这种思路对于可重复使用的子程序显得尤为优越，因为不仅程序结构清晰，而节约程序存储空间。系统整体软件设计包括管理程序和控制程序两局部，管理程序包括LED显示的动态刷新、控制指示灯、处理键盘的扫描和响应。进行掉电保护的处理、执行中断效劳操作等。控制程序是对被控对象进行采样、数据处理、根据控制算法进行计算和输出等。控制程序包括A/D转换，数据采样，数字处理、上下限报警处理等。下位机程序主要包括主程序、A/D转换程序、定时器中断效劳程序、键盘扫描程序、显示程序和串口通信程序，这些程序主要由KeilC5l实现。5.1主程序软件流程初始化程序系统初始化程序是为了在进入主程序循环之前，做好必要的准备工作。在整个系统设计中，用到了4个单片机根本功能模块:时钟模块、外部中断模块、串口通信模块以及普通FO模块。根据系统实际需求，对各个模块进行了初始化配置，通过对相应数据存放器或状态存放器的读写，实现相应的功能。主程序在系统进行一系列的准备工作即初始化之后，程序就进入主循环，主循环的工作是进行采样时间控制、控制测量过程、LED显示循环、按键检测并且处理、数据查表处理、数据显示，然后周而复始地进行主循环程序。在主程序循环的过程中随时响应按键中断，进入中断响应。主程序见附录主程序模块包含的主要函数定义及功能:1、初始化局部:函数定义:voidInitial(void);功能:对SST89E58RD2的特殊功能存放器和全局变量赋初值，串口初始化.2、中断处理局部;函数定义:void**(void)interrupt;3、数据采集局部:A/D转换函数定义:unsignedcharADconvert(unsignedcharaddress);功能:读AI、DI，启动A/D转换，将模拟信号转换成数字量。数据采集局部的作用是将表示温湿度等模拟电压信号转换成数字信号输入单片机，在对TLC2543编程时，将选择通道的地址送入AINO.11，最后启动A/D转换，当EOC=O时表示转换结束，此时可将数字信号从TLC2543中读出，其中TLC2543有11个通道。4、数据存储局部:向E2PROM存储数据函数定义:voidDataStore(address，unsignedcharsch);功能:向EZPROM存储一个字节的数据。从EZPROM中取数据函数定义:unsignedcharDataRestore(address);在本系统中当一路通道的温度被转换出来后，如果只保存在RAM里，其值很容易因为电磁干扰等原因而改变，因此需要把这个量存储到稳定性高得多的片内FLASH里，以提高系统的稳定性。5.2围设备接口程序外围设备接口程序主要包括:初始化并行口程序，AI处理程序，DI输入数据处理程序DO输出处理程序，DO报警输出处理程序及ADC采样转换。MCU在采集真实世界的模拟信号时离不开前向通道中的A/D转换器。TLC2543提供各类A/D转换器，包括积分方式，逐次逼近方式，闪电方式(并行方式)，艺一△方式和流水线方式的A/D转换器，TLC2543的A/D转换器具有优异的动态特性和令人满意的低功率消耗以及很小的芯片尺寸，采用串行接口结构可以减小体积和占用MCU的FO口线，单电源工作电压可低至2.7V，使系统功耗进一步降低，如果降低采样速率或使用其关断功能，系统功耗将更低。A/D转换的根本原理是:将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参考电平的比例来求得输入电平的测量值(V测=V参*(AD量化值/AD转换的最大值))。Void

DoADC(unsigned

char

adcnum){

register

unsigned

char

data

j;

unsignedintxdataAinMax，AinMin，SecMax，SecMin;unsignedlongxdatasum;unsignedintxdataAinBak[20];unsignedchardataDEAD;DEAD=0x02;for(j=0;j<20;j++){

AinBak[j]=GetAiValue(adcnum);

delayl(l);

}

AinMax=AinBak[0];

AinMin=AinBak[0];

SecMax=0;

SecMin=0x00fff;

for(j=0;j<20;j++){

if(AinBak[j]>AinMax){

SecMax=AinMax;

AinMax=AinBak[j];

}else

if(AinBak[j]>SecMax){

SecMax=AinBak[j];

}

if(AinBak[j]<AinMin){

SecMin=AinMin;

AinMin=AinBak[j]:

}else

if(AinBak[j]<SecMin){

SecMin=AinBak[j]:

}

}for(j=0,sum=0;j<20;j++){

sum=sum+AinBak[j]

sum=sum-AinMax-AinMin-SecMin-SecMax;

LastestAdc_In[adcnum]=LasterAdc_In[adcnum];

LasterAde_In[adcnum]=LastAdc_In[adcnum];

LasterAde_In[adcnum]=NextAdc_In[adcnum];

NextAdc_In[adcnum]=(unsigned

int)(sum/16)

if(fStart[adcnum]==l){

fStart[adcnum]=O;

LastAde_In[adcnum]=NextAdc_In[adcnum];LasteAdc_In[adcnum]=LastAde_In[adcnum」;LastestAde_In[adcnum]=LasteAdc_In[adcnum]}

Ade_In[adcnum]=((NextAdc_In[adcnum]*4+LastAdc_In[adcnum]*4

+LasterAde_In[adcnum]*4+LastestAde_In[adcnum]*4)/16)if(Ade_In[adcnum」<=DEAD)Adc_In[adcnum]=0;}5.3通信程序模块单片机的串口收发信号经驱动及光电隔离后与MAX4SS/MAx232的数据收发引脚对应相连，其通信协议可根据实际情况自行定义。为提高通信效率，通信协议可定义为:l位起始位，8位数据位，1位停止位，波特率设为9600b/s，无奇偶校验。传输数据格式ASCH码，发送一次数据为20B的数据块。PC与单片机之间是双向通信，两个方向通信的功能不同，传输的数据也不相同:PC向单片机发送控制命令和测试数据块;单片机那么向PC反应工作状态并执行功能函数。单片机的数据通信由串行口完成，定时器T1作为波特率发生器，其波特率与PC相同，采用中断方式接收数据。定时器T1设置为工作模式2，串行口设置为工作方式l，以上设置在单片机初始化程序中完成。当PC向单片机发送数据时，引起单片机中断并开始接收数据。假设正确接收到起始码，那么继续接收随后的功能码;否那么跳出通信，中断效劳程序。通信设置为9600N81。5.4上位机界面及系统参数设置本系统的上位机局部采用VisualBasic语言编写，它是一种面向对象的程序设计语言。编程语言可分为过程语言和非过程语言。相应地，面向过程的程序设计关心的是程序表达对问题的求解过程，用户可以显式地指明一系列可执行指令(或语句)来表达程序的处理过程。传统的编程方法都是面向过程的程序设计。此方法以问题的处理过程为中心，对问题的求解步骤是根据问题所依据的数据结构来确定算法，编制程序，求得结果。面向对象程序设计与传统的面向过程的程序设计完全不同，面向对象程序设计将数据和对数据的操作封装在“类”中，这样说明抽象数据类型比拟自然，对实际问题的描述、对信息的隐蔽性、结构性和可读性等都比面向过程程序设计好，对象间通过消息互相联系，显然面向对象程