室内暖气智能调节系统
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和实时时钟/源自文库日历，进而获取实时的日期和时间[5]。
CD4052是一种多路模拟选择开关，它最多可控制
四 条 电 路 ，并 且 只 允 许 其 中 一 条 电 路 导 通 或 者 没 有 电
路导通。
12864液晶显示屏是一种带中文字库的液晶显示模
块 ，它内部置有ASCII码和汉字，便于进行文字显示。
TA8050P是 一 个 能 驱 动 1.5 A 直流电动机的芯 片 ，它 的 两 个 输 入 端 口 受 TTL电 平 控 制 ，故能直接被
修改稿收到日期:2016 -01 - 18。 第 一 作 者 刘 琪 （1990— ) ，女 ，现 为 中 北 大 学 机 械 电 子 专 业 在 读 硕 士 研 究 生 ；主 要 从 事 机 电 控 制 技 术 的 研 究 。
图 1 系统设计原理图
Fig. 1 Principle of the system design
冬季供暖是我国北方地区必不可少的民生措施，目 制 ，可以手动调节供暖的时间和方式，以满足用户的不
前主要采用全天集中供暖的方式。但是在这种供暖形式 下 ，室内温度无法按照用户的需求设定，容易造成身体不 适;全天供暖能源利用率比较低，容易造成严重资源浪费。
同需求。 这四种工作模式解决了传统供暖存在的能源浪费
由欧姆定律可知，当恒定 的 电 流 流 过 PtlOOO热敏 电 阻 时 ，电 阻 两 端 电 压 与 电 阻 成 正 比 ，故 可 利 用
C8051F020单 片 机 中 的 A /D 转 换 器 直 接 读 取 PtlOOO
热敏电阻两侧的电压值。通 过 计 算 和 查 表 ，即可得出 此时热敏电阻的阻值及对应温度。
系统共分四种工作模式。
1 系统概述
1 . 1 系统设计原理
①
自动工作模式。它是针对用户上班的情况进行
的 控 制 ，在 上 班 时 间 段 按 舒 适 温 度 供 暖 ，保持舒 适 的 室
温;其余时间段进行低温供暖。
②
舒 适 工 作 模 式 。它 是 针 对 用 户 周 末 放 假 在 家 的
情 况 进 行 的 控 制 ，全 天 都 按 舒 适 温 度 供 暖 。
90
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 37 No. 9 September 2016
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
系 统 可 同 时 检 测 用 户 家 中 任 意 两 处 室 内 温 度 ，由 模 拟 开 关 对 两 路 温 度 进 行 切 换 ，通 过 液 晶 显 示 器 显 示 温 度 ，计算两路温度平均值，并与设定温度比较。根据 比 较 结 果 控 制 电 动 阀 开 度 ，最 终 将 室 内 温 度 控 制 在 设 定 温 度 ，存 在 0.2 K 的偏差[2]。 1 . 2 系统总体结构设计
2 系统硬件设计
2 . 1 硬件选择
C8051F020器 件 是 Cygnal公司推出的一种混合信 号系统级单片机。C8051F020内部集成了 A /D 转换
器 ，转换器内部还有增益放大器，使用非常方便[4]。
DS1302是一种涓细电流充电的实时时钟芯片，可 以通过与芯片的通信来访问芯片内的31 B 静 态 RAM
此电路可以作为一个恒流源。
单片机中断后，检 查 六 个 I/ O 便可知是哪个按键被按
③
模拟开关控制。模拟开关与两路温度传感器相下 ，最后作出相应的响应[9]。
连 ，是把两路温度转化到一条电路上的关键。C D 4052 芯 片 的 X 引 脚 和 Y 引脚共有四个，它 的 A 、B 两个引脚
和 ^ ：^的 输 入 端 提 供 电 压 。
设 计 原 理 如 下 。当 没 有 键 按 下 时 ，单 片 机 和 键 盘 相 连
②
恒流源。运 用 L M 3 5 8 芯片内的一个运放，由 1的2 六个输入/输出口接收到的电平都为高电平;一旦按
V 的电源为其供电。在电压电流转换电路中，/?4 要远 下某一按键，与此按键相连的输入输出口就会被下拉
外 ，DS1302的 S C L K 、SIO、C E 引 脚 分 别 与 单 片 机 的
P 3.5、P 3.6、P 3.7引脚连接。 2 . 2 . 2 温度采集电路设计
温度采集模块选择温度传感器PtlOOO热敏电阻， 0 T 时 ，其 阻 值 为 1 〇〇〇II，阻值随着温度上升而勻速 增 大 [7]。
temperature. Experimental results show that the system can accurately control the indoor temperature, and the system is achieving the purposes of
timesharing and on - demand heating for users as well as energy savings.
摘 要 ：针 对 现 有 供 暖 系 统 不 能 根 据 室 内 温 度 变 化 、用 户 供 暖 需 求 来 灵 活 设 置 供 热 方 式 及 供 暖 时 间 段 而 造 成 能 源 严 重 浪 费 这 一 问
题 ，设 计 了 一 套 基 于 程 序 控 制 暖 气 流 量 且 具 有 自 动 、低 温 、舒 适 和 手 动 四 种 工 作 模 式 的 室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 。该 系 统 能 够 不 断 采 集
温度采集模块电路设计如图2 所示。
图2 温度采集模块电路设计图
Fig. 2 Principle of temperature acquisition module
《自动化仪表》第 3 7 卷 第 9 期 2016年 9 月
91
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
下文具体介绍温度采集模块每一部分的电路设计 2 . 2 . 4 人机交换模块
的 问 题 ，使 供 暖 更 加 合 理 ，最 大 限 度 地 降 低 了 暖 气 的 耗
目前，国内外对暖气节能的研究较多，但是成本高、单一 化 ，不能满足不同用户的需求。为了解决暖气系统存在
费 。此 外 ，系统采用闭环回路控制，对室内温度的控制 更 加 准 确 [1]。
的上述问题，本文设计了一种温度控制准确、功能齐全、成 本低、操作简单的分时按需智能调节系统。
单 片 机 的 I/O 口控制。 2 . 2 主要硬件设计 2 . 2 . 1 时间电路设计
使用时间芯片DS1302时 ，引 脚 \ 和 X 2 需要外接 32.768 k H z 晶 振 ，GND接数字 地 [6]。V%接 +5 V 电
源 。为了使时间芯片在V %断电后 仍 能 正 常 运 行 一 段 时 间 ，系统在器件的V %引 脚 接 了 一 个 大 的 电 解 电 容 。 当正常工作时，电 解 电 容 处 于 充 电 状 态 ，一旦电源断 电 ，电解电容便会慢慢放电，以维持芯片继续工作。此
系统设计原理如图1 所示。
用户设定温度
控制系统
V
室内温度检测
③
低 温 工 作 方 式 。它 是 针 对 用 户 出 游 不 在 家 、公
司放假等室内无人的情况进行的控制，即 全 天 24 h 都
热源通入
循环供水
散 热
片
热源流出
循环回水
中 北 大 学 研 究 生 科 技 基 金 资 助 项 目 （编 号 =20151204)。
关 键 词 ：温 度 传 感 器 供 暖 系 统 暖 气 流 量 温 度 控 制 闭 环 控 制 温 度 采 集 智 能 调 节
中 图 分 类 号 ：TH7;TP271 + .5
文献标志码： A
DOI：10.16086/j. cnki. issn 1000 -0380.201609023
Abstract ：The existing heating systems cannot flexibly setup the heating mode and heating period according to the interior temperature change
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
室内暖气智能调节系统 Intelligent Regulation System of Indoor Heating
糾 琪 1 王 糾 1 (条 左2 (中北大学机电工程学院\山西太原0 3 005 1;济南输油管理处2, 山 东 济 南 250000)
temperature, comfortable, and manual operations. This system can continuously collect the indoor temperature, regulate opening of the micro -
electric valve, adjust heating flow of the indoor pipeline, and realize the control and regulation of indoor temperature and set point of
Keywords ：Temperature sensor Heating system Heating flow Temperature control Closed - loop control Temperature acquisition
Intelligent regulation
〇 引言
以较低的温度供暖，维持管道内水的循环。 ④ 手 动 工 作 方 式 。它 是 针 对 特 殊 情 况 进 行 的 控
远大于负载电阻阻值。由于负载电阻约为2 kll，故可 成低电平。此时八位与非门芯片74H C 3 0 只要接收到
以选择 阻 值 为 1 M i l 的电阻。流 过 R 23的电流是恒定 的 ，为 0.5 m A ;流 过 R 2 的电流很小，可以忽略不计，故
一 个 低 电 平 ，就会向外输出高电 平 ;经 两 位 与 非 门 芯 片 74H C 0 0 转变后变成低电平，由此触发单片机的中断。
室 内 温 度 ，控 制 微 型 电 动 阀 开 度 ，调 节 流 入 室 内 管 网 热 流 量 ，实 现 室 内 温 度 与 设 定 温 度 的 调 节 控 制 。试 验 结 果 表 明 ，该 系 统 能 精 准 地
控 制 室 内 温 度 ，达 到 了 为 用 户 分 时 按 需 供 热 、节 约 能 源 的 目 的 。
and the heating requirements of users,thus cause serious energy wastage. To solve these problems,a set of intelligent regulation system of indoor
heating is designed. The system controls the heating flow by programming, and offers four kinds of working modes, including automatic, low
原理。
人机交换模块的电路设计主要是按键电路部分。
①
恒 压 源 。运 用 L M 336Z - 5 . 0 稳 压 二 极 管 ，从按键电路设计中可使用的单片机I/O 口很多，且按键
12 V 的 电 源 中 提 取 出 5 V 电 压 ，为 运 算 放 大 器 （R A
数 非 常 少 ，为 使 编 程 简 单 化 ，可 采 用 独 立 式 键 盘 。具体
系 统 主 要 包 括 温 度 采 集 模 块 、人 机 交 换 模 块 、时间 模块 、微型电动阀控制模块和电源模块。人机交互换 模块包括按键模块和液晶显示模块[3]。
采 用 单 片 机 C8051F020作为主要控制单元，通过
温度 传 感 器 PtlOOO热 敏 电 阻 ，把 采 集 到 的 温 度 （模拟 量 ）经 过 单 片 机 内 部 的 A / D 转换器转换成数字量;然 后 再 由 单 片 机 根 据 采 集 到 的 温 度 值 来 控 制 其 他 量 ，并 将结果传送到单片机控制的主控器件上;温度通过液 晶显示屏显示，并可以通过按键来调整。
CD4052是一种多路模拟选择开关，它最多可控制
四 条 电 路 ，并 且 只 允 许 其 中 一 条 电 路 导 通 或 者 没 有 电
路导通。
12864液晶显示屏是一种带中文字库的液晶显示模
块 ，它内部置有ASCII码和汉字，便于进行文字显示。
TA8050P是 一 个 能 驱 动 1.5 A 直流电动机的芯 片 ，它 的 两 个 输 入 端 口 受 TTL电 平 控 制 ，故能直接被
修改稿收到日期:2016 -01 - 18。 第 一 作 者 刘 琪 （1990— ) ，女 ，现 为 中 北 大 学 机 械 电 子 专 业 在 读 硕 士 研 究 生 ；主 要 从 事 机 电 控 制 技 术 的 研 究 。
图 1 系统设计原理图
Fig. 1 Principle of the system design
冬季供暖是我国北方地区必不可少的民生措施，目 制 ，可以手动调节供暖的时间和方式，以满足用户的不
前主要采用全天集中供暖的方式。但是在这种供暖形式 下 ，室内温度无法按照用户的需求设定，容易造成身体不 适;全天供暖能源利用率比较低，容易造成严重资源浪费。
同需求。 这四种工作模式解决了传统供暖存在的能源浪费
由欧姆定律可知，当恒定 的 电 流 流 过 PtlOOO热敏 电 阻 时 ，电 阻 两 端 电 压 与 电 阻 成 正 比 ，故 可 利 用
C8051F020单 片 机 中 的 A /D 转 换 器 直 接 读 取 PtlOOO
热敏电阻两侧的电压值。通 过 计 算 和 查 表 ，即可得出 此时热敏电阻的阻值及对应温度。
系统共分四种工作模式。
1 系统概述
1 . 1 系统设计原理
①
自动工作模式。它是针对用户上班的情况进行
的 控 制 ，在 上 班 时 间 段 按 舒 适 温 度 供 暖 ，保持舒 适 的 室
温;其余时间段进行低温供暖。
②
舒 适 工 作 模 式 。它 是 针 对 用 户 周 末 放 假 在 家 的
情 况 进 行 的 控 制 ，全 天 都 按 舒 适 温 度 供 暖 。
90
PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 37 No. 9 September 2016
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
系 统 可 同 时 检 测 用 户 家 中 任 意 两 处 室 内 温 度 ，由 模 拟 开 关 对 两 路 温 度 进 行 切 换 ，通 过 液 晶 显 示 器 显 示 温 度 ，计算两路温度平均值，并与设定温度比较。根据 比 较 结 果 控 制 电 动 阀 开 度 ，最 终 将 室 内 温 度 控 制 在 设 定 温 度 ，存 在 0.2 K 的偏差[2]。 1 . 2 系统总体结构设计
2 系统硬件设计
2 . 1 硬件选择
C8051F020器 件 是 Cygnal公司推出的一种混合信 号系统级单片机。C8051F020内部集成了 A /D 转换
器 ，转换器内部还有增益放大器，使用非常方便[4]。
DS1302是一种涓细电流充电的实时时钟芯片，可 以通过与芯片的通信来访问芯片内的31 B 静 态 RAM
此电路可以作为一个恒流源。
单片机中断后，检 查 六 个 I/ O 便可知是哪个按键被按
③
模拟开关控制。模拟开关与两路温度传感器相下 ，最后作出相应的响应[9]。
连 ，是把两路温度转化到一条电路上的关键。C D 4052 芯 片 的 X 引 脚 和 Y 引脚共有四个，它 的 A 、B 两个引脚
和 ^ ：^的 输 入 端 提 供 电 压 。
设 计 原 理 如 下 。当 没 有 键 按 下 时 ，单 片 机 和 键 盘 相 连
②
恒流源。运 用 L M 3 5 8 芯片内的一个运放，由 1的2 六个输入/输出口接收到的电平都为高电平;一旦按
V 的电源为其供电。在电压电流转换电路中，/?4 要远 下某一按键，与此按键相连的输入输出口就会被下拉
外 ，DS1302的 S C L K 、SIO、C E 引 脚 分 别 与 单 片 机 的
P 3.5、P 3.6、P 3.7引脚连接。 2 . 2 . 2 温度采集电路设计
温度采集模块选择温度传感器PtlOOO热敏电阻， 0 T 时 ，其 阻 值 为 1 〇〇〇II，阻值随着温度上升而勻速 增 大 [7]。
temperature. Experimental results show that the system can accurately control the indoor temperature, and the system is achieving the purposes of
timesharing and on - demand heating for users as well as energy savings.
摘 要 ：针 对 现 有 供 暖 系 统 不 能 根 据 室 内 温 度 变 化 、用 户 供 暖 需 求 来 灵 活 设 置 供 热 方 式 及 供 暖 时 间 段 而 造 成 能 源 严 重 浪 费 这 一 问
题 ，设 计 了 一 套 基 于 程 序 控 制 暖 气 流 量 且 具 有 自 动 、低 温 、舒 适 和 手 动 四 种 工 作 模 式 的 室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 。该 系 统 能 够 不 断 采 集
温度采集模块电路设计如图2 所示。
图2 温度采集模块电路设计图
Fig. 2 Principle of temperature acquisition module
《自动化仪表》第 3 7 卷 第 9 期 2016年 9 月
91
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
下文具体介绍温度采集模块每一部分的电路设计 2 . 2 . 4 人机交换模块
的 问 题 ，使 供 暖 更 加 合 理 ，最 大 限 度 地 降 低 了 暖 气 的 耗
目前，国内外对暖气节能的研究较多，但是成本高、单一 化 ，不能满足不同用户的需求。为了解决暖气系统存在
费 。此 外 ，系统采用闭环回路控制，对室内温度的控制 更 加 准 确 [1]。
的上述问题，本文设计了一种温度控制准确、功能齐全、成 本低、操作简单的分时按需智能调节系统。
单 片 机 的 I/O 口控制。 2 . 2 主要硬件设计 2 . 2 . 1 时间电路设计
使用时间芯片DS1302时 ，引 脚 \ 和 X 2 需要外接 32.768 k H z 晶 振 ，GND接数字 地 [6]。V%接 +5 V 电
源 。为了使时间芯片在V %断电后 仍 能 正 常 运 行 一 段 时 间 ，系统在器件的V %引 脚 接 了 一 个 大 的 电 解 电 容 。 当正常工作时，电 解 电 容 处 于 充 电 状 态 ，一旦电源断 电 ，电解电容便会慢慢放电，以维持芯片继续工作。此
系统设计原理如图1 所示。
用户设定温度
控制系统
V
室内温度检测
③
低 温 工 作 方 式 。它 是 针 对 用 户 出 游 不 在 家 、公
司放假等室内无人的情况进行的控制，即 全 天 24 h 都
热源通入
循环供水
散 热
片
热源流出
循环回水
中 北 大 学 研 究 生 科 技 基 金 资 助 项 目 （编 号 =20151204)。
关 键 词 ：温 度 传 感 器 供 暖 系 统 暖 气 流 量 温 度 控 制 闭 环 控 制 温 度 采 集 智 能 调 节
中 图 分 类 号 ：TH7;TP271 + .5
文献标志码： A
DOI：10.16086/j. cnki. issn 1000 -0380.201609023
Abstract ：The existing heating systems cannot flexibly setup the heating mode and heating period according to the interior temperature change
室 内 暖 气 智 能 调 节 系 统 刘 琪 ，等
室内暖气智能调节系统 Intelligent Regulation System of Indoor Heating
糾 琪 1 王 糾 1 (条 左2 (中北大学机电工程学院\山西太原0 3 005 1;济南输油管理处2, 山 东 济 南 250000)
temperature, comfortable, and manual operations. This system can continuously collect the indoor temperature, regulate opening of the micro -
electric valve, adjust heating flow of the indoor pipeline, and realize the control and regulation of indoor temperature and set point of
Keywords ：Temperature sensor Heating system Heating flow Temperature control Closed - loop control Temperature acquisition
Intelligent regulation
〇 引言
以较低的温度供暖，维持管道内水的循环。 ④ 手 动 工 作 方 式 。它 是 针 对 特 殊 情 况 进 行 的 控
远大于负载电阻阻值。由于负载电阻约为2 kll，故可 成低电平。此时八位与非门芯片74H C 3 0 只要接收到
以选择 阻 值 为 1 M i l 的电阻。流 过 R 23的电流是恒定 的 ，为 0.5 m A ;流 过 R 2 的电流很小，可以忽略不计，故
一 个 低 电 平 ，就会向外输出高电 平 ;经 两 位 与 非 门 芯 片 74H C 0 0 转变后变成低电平，由此触发单片机的中断。
室 内 温 度 ，控 制 微 型 电 动 阀 开 度 ，调 节 流 入 室 内 管 网 热 流 量 ，实 现 室 内 温 度 与 设 定 温 度 的 调 节 控 制 。试 验 结 果 表 明 ，该 系 统 能 精 准 地
控 制 室 内 温 度 ，达 到 了 为 用 户 分 时 按 需 供 热 、节 约 能 源 的 目 的 。
and the heating requirements of users,thus cause serious energy wastage. To solve these problems,a set of intelligent regulation system of indoor
heating is designed. The system controls the heating flow by programming, and offers four kinds of working modes, including automatic, low
原理。
人机交换模块的电路设计主要是按键电路部分。
①
恒 压 源 。运 用 L M 336Z - 5 . 0 稳 压 二 极 管 ，从按键电路设计中可使用的单片机I/O 口很多，且按键
12 V 的 电 源 中 提 取 出 5 V 电 压 ，为 运 算 放 大 器 （R A
数 非 常 少 ，为 使 编 程 简 单 化 ，可 采 用 独 立 式 键 盘 。具体
系 统 主 要 包 括 温 度 采 集 模 块 、人 机 交 换 模 块 、时间 模块 、微型电动阀控制模块和电源模块。人机交互换 模块包括按键模块和液晶显示模块[3]。
采 用 单 片 机 C8051F020作为主要控制单元，通过
温度 传 感 器 PtlOOO热 敏 电 阻 ，把 采 集 到 的 温 度 （模拟 量 ）经 过 单 片 机 内 部 的 A / D 转换器转换成数字量;然 后 再 由 单 片 机 根 据 采 集 到 的 温 度 值 来 控 制 其 他 量 ，并 将结果传送到单片机控制的主控器件上;温度通过液 晶显示屏显示，并可以通过按键来调整。