太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)內(nèi)容摘要隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，工業(yè)化自動(dòng)化程度加深，在進(jìn)步的同時(shí)能源矛盾也隨之加劇，各種新能源應(yīng)運(yùn)而生針對(duì)目前我國(guó)能源短缺和環(huán)境問(wèn)題,本文提出了利用太陽(yáng)能和其他輔助能源,既能為家庭提供生活熱水又能用于采暖的太陽(yáng)能采暖。本文以“北京安潤(rùn)通電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司”三河分廠太陽(yáng)能拱熱系統(tǒng)為例，詳細(xì)論述了大中型工廠太陽(yáng)能拱熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于儲(chǔ)能問(wèn)題，在小型工廠和家庭中采用該方案時(shí)必須添加輔助供熱裝置。本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，以工控機(jī)輔助調(diào)試和記錄。控制理論簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵字：太陽(yáng)能、拱熱、儲(chǔ)能、單片機(jī)、工控機(jī)目錄一、緒論1、課題研究背景及意義2、本文主要研究?jī)?nèi)容二、 供熱系統(tǒng)概況3、系統(tǒng)控制原理4、廠房概況三、供暖系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)5、積熱板6、管道7、儲(chǔ)能池8、溫度傳感器四、控制系統(tǒng)設(shè)置（1）、溫度信號(hào)采集（2）、電機(jī)及電磁閥驅(qū)動(dòng)（3）、單片機(jī)選擇及軟件設(shè)計(jì)（4）、工控機(jī)軟件設(shè)計(jì)五、設(shè)計(jì)總結(jié)正文一、緒論1、課題研究背景及意義先讓我們一起來(lái)看一組數(shù)據(jù)來(lái)了解一下我國(guó)能源現(xiàn)狀：我們形容祖國(guó)經(jīng)常會(huì)用到“地大物博”一詞，但事實(shí)表明我們的能源和資源總量并不豐富，由于我國(guó)人口眾多，人均資源能源的占有量從世界整體水平看存在著明顯的差距。嚴(yán)峻的形勢(shì)讓人觸目驚心。從能源總量來(lái)看，我國(guó)是世界第二大能源生產(chǎn)國(guó)和第二能源消費(fèi)國(guó)。據(jù)資料顯示，截止到2004年底，我國(guó)石油剩余可采儲(chǔ)量23億噸，占世界總量的1.4%；天然氣剩余可采儲(chǔ)量2.23萬(wàn)億立方米，占世界天然氣可采儲(chǔ)量總量的1.2%；煤炭剩余可采儲(chǔ)量1145億噸，占世界總量的12.6%等。就可采儲(chǔ)量而言，有關(guān)專家估計(jì)，若按目前的開(kāi)采水平，我國(guó)石油資源和東部的煤炭資源將在2030年耗盡，水力資源的開(kāi)發(fā)也將達(dá)到極致。就質(zhì)量而言，我國(guó)能源資源以煤炭為主，按各種燃料的熱值計(jì)算，在目前的探明儲(chǔ)量下，世界能源資源中，固體燃料和液體、氣體燃料的比例為4：1，而我國(guó)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于這一比值。目前，在世界能源產(chǎn)量中，高質(zhì)量的液、氣體能源所占比例為60.8%，而我國(guó)僅為19.1%。2004年，中國(guó)一次能源消費(fèi)總量19.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長(zhǎng)15.2%。其中，煤炭消費(fèi)量18.7億噸，原油2.9億噸，天然氣415億立方米。從人均水平來(lái)看，2004年中國(guó)人均一次能源消費(fèi)量1.08噸油當(dāng)量，為世界平均水平1.63噸油當(dāng)量的66%，是美國(guó)人均8.02噸油當(dāng)量的13.4%，日本人均3.82噸油當(dāng)量的28.1%。從能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，2004年一次能源消費(fèi)中，煤炭占67.7%，石油占22.7%，天然氣占2.6%，水電等占7.0%。這些只是部分能源消費(fèi)情況，其形勢(shì)不容樂(lè)觀。另外，做為一個(gè)公司，利潤(rùn)是其生存的根本。隨著煤炭、石油等不可再生能源的日趨枯竭，供暖費(fèi)用也居高不下，并且有逐年上長(zhǎng)的趨執(zhí)。因此開(kāi)發(fā)和使用綠色能源成為了當(dāng)今世界必然選擇。但就利用太陽(yáng)能供暖而言，雖然已提出多年，但理想的太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)和可行方案并不多。有些系統(tǒng)材料價(jià)格昂貴，并且后期維護(hù)費(fèi)用高。而另一此設(shè)備則因期效率低，集熱效果不理想而無(wú)法被采用。本系統(tǒng)吸取教訓(xùn)，完全克服了以上不足之處。本文主要論述了安潤(rùn)通三河分廠太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，其中以自動(dòng)控制部分和集熱結(jié)構(gòu)為主。因其供水管路部分和傳統(tǒng)的供暖設(shè)計(jì)沒(méi)有明顯區(qū)別，因此不再重點(diǎn)論述。2、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益分析：龍創(chuàng)太陽(yáng)能+熱泵、熱水、夏季制冷的設(shè)計(jì)并施工，是國(guó)內(nèi)唯一太陽(yáng)能采暖方案成熟可靠的提供者，單體建筑從幾十平到幾萬(wàn)平都可方便的實(shí)行供暖，便于在國(guó)內(nèi)城市、縣區(qū)、牧區(qū)、山區(qū)推廣，按照目前國(guó)內(nèi)企業(yè)向國(guó)外企業(yè)出口的的“碳排放交易”每噸二氧化碳減排約810歐元以上計(jì)算，每1平方米太陽(yáng)能熱水器每年節(jié)約150公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，減少339公斤二氧化碳排放，龍創(chuàng)太陽(yáng)能供暖在同等造價(jià)下，相當(dāng)于其他太陽(yáng)能采暖產(chǎn)品節(jié)煤或節(jié)電減排效率的3倍左右，也就是10萬(wàn)平米的建筑如果采用1萬(wàn)平龍創(chuàng)太陽(yáng)能進(jìn)行供暖，則每年可以為用戶創(chuàng)造可交易的碳排放減排效益915300元，15年累計(jì)1372萬(wàn)元，即使按照太陽(yáng)能熱水器的效率計(jì)算，15年累計(jì)也有457萬(wàn)元。按照中國(guó)建設(shè)部與財(cái)政部2009年305、306號(hào)文件，中國(guó)從2009年開(kāi)始在國(guó)內(nèi)所有省份大面積推廣太陽(yáng)能供暖，每個(gè)省全年不少于400萬(wàn)平以上，所以使用太陽(yáng)能供暖符合國(guó)家節(jié)能減排的大政方針，也是人類與自然和諧相處，延緩地球溫室效應(yīng)、氣候暖化的最優(yōu)選擇。3、大面積使用太陽(yáng)能供暖的意義：采暖是我國(guó)的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億，至1996年底，共有各類建筑約310億。每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要的耗能占全國(guó)能耗總量的11.5。化石能源的大量消耗，使我國(guó)的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此研究使用清潔的可再生能源太陽(yáng)能進(jìn)行采暖具有重要意義。太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)適用于中國(guó)北方南方國(guó)外的氣候情況，對(duì)于家庭用戶、別墅、廠房、住宅樓、辦公樓等需要較大面積供暖的單位尤其適用。因?yàn)樾詢r(jià)比的優(yōu)勢(shì)，會(huì)成為太陽(yáng)能熱水器之后第二個(gè)太陽(yáng)能大面積應(yīng)用的領(lǐng)域?？傮w市場(chǎng)容量在每年1千億元以上。太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)目前每年在歐洲新裝10多萬(wàn)套，其技術(shù)也停留在太陽(yáng)能熱水簡(jiǎn)單循環(huán)或太陽(yáng)能四季蓄熱階段，太陽(yáng)能熱水簡(jiǎn)單循環(huán)其經(jīng)濟(jì)效益比較差，太陽(yáng)能利用率低，太陽(yáng)能四季蓄熱造價(jià)比房屋的價(jià)格還高，在國(guó)內(nèi)十年內(nèi)沒(méi)有推廣的可行性；而太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，造價(jià)低于太陽(yáng)能熱水簡(jiǎn)單循環(huán)，太陽(yáng)能利用率可達(dá)太陽(yáng)能熱水循環(huán)的3倍，如果大型太陽(yáng)能采暖項(xiàng)目能夠?qū)⑻寂欧诺臏p少量銷售出去，則太陽(yáng)能供暖項(xiàng)目不只保護(hù)了環(huán)境，而且還創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)不光可應(yīng)用于只在白天使用的建筑，如辦公樓或教學(xué)樓時(shí)，也可應(yīng)用于需要全天采暖的住宅等建筑。4、太陽(yáng)能采暖與其它供暖方式初始投資與后期費(fèi)用比較： 北京2005年取暖費(fèi)用說(shuō)明（摘自北京市政府門戶網(wǎng)站） 問(wèn)：北京2005年供暖的收費(fèi)政策是怎樣的？ 答：供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)與往年比沒(méi)有變化，民用市熱力集團(tuán)統(tǒng)一供暖價(jià)格是24元/建筑平方米、采暖季；民用燃油、燃?xì)?、電鍋爐供暖價(jià)格是30元/建筑平方米、采暖季；燃煤鍋爐直供民用供暖價(jià)格為16.5元/建筑平方米、采暖季；燃煤鍋爐間供民用供暖價(jià)格為19元/建筑平方米、采暖季。 問(wèn)：對(duì)不同的采暖單位室內(nèi)的溫度有哪些規(guī)定？ 答：北京市使用天然氣鍋爐(含直燃機(jī))采暖的商場(chǎng)、寫字樓等共建用戶的室內(nèi)溫度要控制在18攝氏度，賓館、飯店的室內(nèi)溫度要控制在20至22攝氏度。居民家中的室內(nèi)溫度不能低于16攝氏度。各種供暖方式運(yùn)行費(fèi)用比較：（以某戶100平方米計(jì)算）初始投資 采暖季運(yùn)行費(fèi)用燃?xì)獗趻鞝t 1500020000元 5000元/采暖季集中供暖 25000元 2600元/采暖季空調(diào)取暖 500010000元 5500元/采暖季地?zé)岵膳?1000015000元，另需熱源 根據(jù)熱源計(jì)算太陽(yáng)能供暖 2400030000元/100 10001500元/采暖季 燃?xì)獗趻鞝t：供暖系統(tǒng)有關(guān)人員測(cè)算，采用分戶燃?xì)獗趻鞝t平均5個(gè)月一套兩居室需要5000元左右，2溫差費(fèi)用差千元。集中供暖：但集中供暖的溫度、時(shí)間都不能自行調(diào)節(jié)，空置房間照常收費(fèi)?？照{(diào)取暖：巨額電費(fèi)成為最大負(fù)擔(dān)，如果使用冷暖空調(diào)取暖，一個(gè)采暖季下來(lái)大約要花費(fèi)5500元左右的電費(fèi)。 地?zé)岵膳褐劁伖艿莱杀拘枞f(wàn)元，地?zé)峁艿赖牟膳绞匠跗谕顿Y比較高昂，據(jù)介紹，將100平方米房子的暖氣改成地?zé)峁艿老到y(tǒng)需要15000元，此外，如果是接市政暖氣出水口還要同時(shí)交納每年的市政暖氣費(fèi)2400元，如果接壁掛爐，100平方米的房子一個(gè)采暖季則需要耗費(fèi)大約1500多個(gè)字的氣，4個(gè)月大概費(fèi)用為3800元左右，與普通小區(qū)供暖費(fèi)用相當(dāng)。太陽(yáng)能供暖：在住宅小區(qū)、學(xué)校、辦公樓房大面積應(yīng)用初始投資合100平方米約2400030000元。，后期使用費(fèi)用大部分是用太陽(yáng)能，用電補(bǔ)充一部分，一個(gè)采暖季4個(gè)月電費(fèi)是12001500元左右。 結(jié)論：全國(guó)各地供暖條件不同，初始投資和運(yùn)行費(fèi)用也不相同。而太陽(yáng)能供暖自身不需費(fèi)用，其它供暖方式費(fèi)用都逐漸提高。一般在同樣取暖效果下，對(duì)于個(gè)人用戶根據(jù)取暖面積和熱水用量，對(duì)比其他供暖方式36年太陽(yáng)能供暖可回收其他供暖方式投資及費(fèi)用，在之后的10年左右時(shí)間，使用太陽(yáng)能供暖費(fèi)用大大低于其他供暖方式投資與費(fèi)用（因?yàn)殄仩t與空調(diào)的壽命在58年，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)壽命在15年以上）太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)適用于中國(guó)北方南方的氣候情況，對(duì)于家庭用戶、別墅、廠房、住宅樓、辦公樓等需要較大面積供暖的單位尤其適用。因?yàn)樾詢r(jià)比的優(yōu)勢(shì)，會(huì)成為太陽(yáng)能熱水器之后第二個(gè)太陽(yáng)能大面積應(yīng)用的領(lǐng)域?？傮w市場(chǎng)容量在每年1千億元以上。 5、太陽(yáng)能采暖特點(diǎn)介紹：1太陽(yáng)能供暖適用性國(guó)內(nèi)第一：經(jīng)過(guò)山東、北京、山西、陜西、河北、遼寧、黑龍江、河南等幾百個(gè)家庭單位的應(yīng)用實(shí)踐，冬天環(huán)境溫度在10度零下40度之間，包括平房、樓房、別墅、幼兒園、廠房、辦公室、幾十萬(wàn)平方的小區(qū)都可以適用，根據(jù)用戶情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、安裝，使投資最低，效果最好。 2太陽(yáng)能供暖舒適性第一：人性化界面，操作簡(jiǎn)單，可根據(jù)用戶情況分時(shí)分流分室控制，集中了鍋爐供暖和空調(diào)采暖的優(yōu)點(diǎn)，使用者的舒適程度大大提高。3、太陽(yáng)能幾大優(yōu)點(diǎn)： 能夠?qū)崿F(xiàn)冬季太陽(yáng)能供暖氣（也可全年使用）和全年洗浴使用。這是太陽(yáng)能熱水器的革命性進(jìn)步，也是太陽(yáng)能應(yīng)用的重大技術(shù)突破。太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的一次性投資明顯低于集中供熱、燃油燃煤鍋爐等的初始投資，不需要審批，在同等供熱情況下日常運(yùn)行費(fèi)用大大低于集中供熱、燃油燃煤氣電鍋爐，甚至比土暖氣、空調(diào)還便宜很多，還可以實(shí)現(xiàn)全年的洗浴功能，解決了本系統(tǒng)春夏秋設(shè)備閑置，設(shè)備折舊加速的問(wèn)題。 每天24小時(shí)應(yīng)用，每年根據(jù)氣溫想用多少天就用多少天，不用象使用燃?xì)忮仩t或空調(diào)等擔(dān)心費(fèi)用高而只能一天開(kāi)上2個(gè)小時(shí)，其它時(shí)間硬撐著了。 太陽(yáng)能與電的完美結(jié)合，動(dòng)態(tài)智能運(yùn)行方式，日常費(fèi)用降到最低。太陽(yáng)能供暖洗浴系統(tǒng)由樓頂高溫太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)和室內(nèi)計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)組成。運(yùn)行設(shè)定簡(jiǎn)單，在很多地區(qū)晴朗天氣下，一天工作24小時(shí)全用太陽(yáng)能供熱即可。如果陰雨天或夜間感覺(jué)室內(nèi)需要更高溫度，則用電補(bǔ)充即可。太陽(yáng)能寬頻技術(shù)與電補(bǔ)變頻技術(shù)的應(yīng)用，使太陽(yáng)能在整套系統(tǒng)能源使用最高能夠達(dá)到60-95的比例。二、 供熱系統(tǒng)概況1、系統(tǒng)控制原理本系統(tǒng)控制原理為開(kāi)關(guān)式控制，通過(guò)帶變送器的溫度傳感器對(duì)集熱板、儲(chǔ)能池、供暖區(qū)等地進(jìn)行溫度采集，并以4到20ma電流送回。經(jīng)過(guò)采集電路的處進(jìn)后由高檔AVR單片機(jī)ATmega16進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。經(jīng)CPU分析處理后，通過(guò)光耦隔離，推動(dòng)大功率三極管TIP41，再由41驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器使接觸器導(dǎo)通。再由接觸器驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電磁閥來(lái)控制系統(tǒng)。控制算法為：當(dāng)集熱板溫度和儲(chǔ)能池中水溫差到達(dá)設(shè)定值時(shí)集熱板和儲(chǔ)能池之間開(kāi)始循環(huán)，當(dāng)溫差達(dá)到關(guān)斷值時(shí)循環(huán)停止。當(dāng)供暖區(qū)和設(shè)定溫差大于設(shè)定值并且儲(chǔ)能池中水溫高于供暖區(qū)時(shí)，供暖開(kāi)始循環(huán)，當(dāng)供暖區(qū)室溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)停止?？刂品娇驁D如下：2、廠房概況廠房平面圖如下圖中A、B、C為鋼結(jié)構(gòu)廠房，總面積約3600平米，其中A區(qū)設(shè)集熱器6排，每排16組，共96組；B區(qū)各C區(qū)各18排，每排3組，共108組，總計(jì)204組。別外還設(shè)有二個(gè)儲(chǔ)能池，每個(gè)儲(chǔ)能池長(zhǎng)25米，寬5米高3米。三、供暖系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)1、積熱板集熱板每塊長(zhǎng)1.5米，寬1米，采用鋁合金型材并涂有下正丁烷和碳粉配制而成的涂料。每五塊集熱板組成一個(gè)組，每排組數(shù)不一。2、儲(chǔ)能池經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在比熱大，階格低的材料沒(méi)有，相比之下水是比較理想的儲(chǔ)能材料。所以本系統(tǒng)采用兩個(gè)，每個(gè)儲(chǔ)能池長(zhǎng)25米，寬5米高3米的儲(chǔ)水池儲(chǔ)儲(chǔ)能。3、溫度傳感器若采用DS18B20做溫度傳感器可以使系統(tǒng)更加減化，但是由于其穩(wěn)定性不夠，并且所有傳感器在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)由于雷電等造成高壓侵入時(shí)，會(huì)造成整下網(wǎng)絡(luò)大部分器件被打壞，所以最終未被采用。本系統(tǒng)的溫度傳感器采用帶變送器的由24付電壓直接供電的傳感器做為本系統(tǒng)的傳感器。溫度采集電路圖該電路中TVS為高壓防護(hù)，當(dāng)發(fā)生雷擊等事故造成高壓侵入時(shí)首先由該管擊穿導(dǎo)通放電來(lái)起到保護(hù)電路中其它器件的作用。R2為濾波電阻，和C2組成高通濾波，使電采集的溫度平緩，便于處理。R3為采集電阻，將4到20毫安電流傳化為0.512V到2.56V電壓。R1和C1再次組成RC濾波，W1為最后一級(jí)限壓保護(hù)。4、 驅(qū)動(dòng)為了使繼電器產(chǎn)生的電磁干擾不影響單片機(jī)的運(yùn)算，接觸器和控制部分不設(shè)在一個(gè)控制柜中，繼電器和單片機(jī)也不設(shè)在一塊PCB上。驅(qū)動(dòng)電路圖中R2、R3為防誤動(dòng)作電阻，D1為續(xù)流二級(jí)管。四、 單片機(jī)選擇及軟件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)的選擇AVR單片機(jī)是 Atmel 公司 1997 年推出的 RISC 單片機(jī)。ATMEL公司新推出的90系列單片機(jī)內(nèi)含高速閃存FLASH，是基于增強(qiáng)精簡(jiǎn)指令RISC （Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR單片機(jī)，該系列單片機(jī)在吸收PIC及8051單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做出了重大的改進(jìn)。RISC精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）是相對(duì)于CISC（復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）而言的。RISC 并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是通過(guò)使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理而提高運(yùn)算速度的。RISC 優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令：并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運(yùn)行速度。由于 AVR 采用了 RESC 的這種結(jié)構(gòu)，使AVR系列單片機(jī)都具備了1MIPS/MHz（百萬(wàn)條指令每秒/兆赫茲）的高速處理能力。AVR單片機(jī)吸收了 DSP 雙總線的特點(diǎn)，采用 Harvard 總線結(jié)構(gòu)，因此單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分離的，并且可對(duì)具有相同地址的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行獨(dú)立的尋址。在 AVR單片機(jī)中，CPU 執(zhí)行當(dāng)前指令時(shí)取出將要執(zhí)行的下一條指令放入寄存器中，從而可以避免傳統(tǒng) MCS51 系列單片機(jī)中多指令周期的出現(xiàn)。傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機(jī)所有的數(shù)據(jù)處理都是基于一個(gè)累加器的，因此累加器與程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就成了單睛機(jī)的瓶頸；在 AVR 單片機(jī)中，寄存器由32個(gè)通用工作寄存器組成，并且任何一個(gè)寄存器都可以充當(dāng)累加器，從而有效地避免了累加器的瓶頸效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的性能。AVR單片機(jī)具有良好的集成性能。AVR 系列的單片機(jī)都具備在線編程接口，其中的 Mega 系列還具備JTAG仿真和下載功能；都含有片內(nèi)看門狗電路、片內(nèi)程序 Flash、同步串行接口 SPI；多數(shù) AVR 單片機(jī)還內(nèi)嵌了 AD 轉(zhuǎn)換器、EEPROM、摸擬比較器、PWM 定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能；AVR 片機(jī)的 I/O 接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。AVR單片機(jī)采用低功率、非揮發(fā)的 CMOS 工藝制造，除具有低功耗、高密度的特點(diǎn)外，還支持低電壓的聯(lián)機(jī) Flash，EEPROM 寫入功能。AVR單片機(jī)還支持 Basic、C 等高級(jí)語(yǔ)言編程。采用高級(jí)語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)是單片機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單片機(jī)用高級(jí)語(yǔ)言編程可很容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)移植，并加快軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。AVR 單片機(jī)具有多個(gè)系列，包括 ATtiny、AT90、ATmega。每個(gè)系列又包括多個(gè)產(chǎn)品，它們?cè)诠δ芎痛鎯?chǔ)器容量等方面有很大的不同，但基本結(jié)構(gòu)和原理都類似，而且編程方也相同。選擇AVR單片機(jī)的原因、速度快AVR單片機(jī)在單一時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行功能強(qiáng)大的指令，每MHz可實(shí)現(xiàn)階段MIPS的處理能力，是具有最高M(jìn)IPS/mW能力的確良8位單片機(jī)。 AVR單片機(jī)采用了大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令。其快速存取RISC寄存器文件由32個(gè)通用工作寄存器組成。AVR用32個(gè)通用寄存器代替累加器，避免了傳統(tǒng)的累加器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令來(lái)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，代碼效率比常規(guī)CISC微控制器快十倍。AVR單片機(jī)是用一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令的，即在執(zhí)行前一條指令時(shí)就取出下一條指令，然后以一個(gè)周期執(zhí)行指令（與DSP類似），是8位單片機(jī)中第一種真的RISC單片機(jī)。 （2）、性能價(jià)格比高 AVR單片機(jī)中既有引腳少的器件（8腳），也有存儲(chǔ)容量較大、引腳較多的器件，給用戶以充分的選擇佘地。 AVR單片機(jī)采用Harvard結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開(kāi)的，可以直接訪問(wèn)8M字節(jié)程序存儲(chǔ)器和8M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 AVR單片機(jī)片內(nèi)資源豐富。包括：1K-128K字節(jié)可下載的Flash存儲(chǔ)器、64-4K字節(jié)EEPROM、128-4K字節(jié)RAM、5-32條通用的I/O線，32個(gè)通用工作寄存器、摸擬比較器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)、可編程異步串行口、內(nèi)部及外部中斷、帶內(nèi)部晶振的可編程看門狗定時(shí)器、為下載程序而設(shè)計(jì)的SPI串行口、10位AD轉(zhuǎn)換器、以及閑置摸式和掉電摸式2個(gè)可選擇的省電摸式等。 AVR單片機(jī)具有高度保密性。程序存儲(chǔ)器FLASH具有多重密碼保護(hù)鎖死（LOCK）功能，絕不可能解密。 （3）、系統(tǒng)內(nèi)從新編程（ISP In-System Programming) 功能 AVR單片機(jī)片內(nèi)可下載FLASH存儲(chǔ)器，可以通過(guò)SPI串行接口或一般的編程器進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)重新編程（ISP In-System Programming)，給新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、老產(chǎn)品的 級(jí)和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。 4、工作電壓范圍寬（2.7-6V）、抗干擾能力強(qiáng) 總之，AVR單片機(jī)在一個(gè)芯片內(nèi)將增強(qiáng)性能的RISC 8位CPU與可下載的FLASH相結(jié)合使其成為適合于許多要求、具有高度靈活性和低成本的嵌入式高效微控制器。2、 軟件設(shè)計(jì)為了使得開(kāi)發(fā)周其短，經(jīng)濟(jì)合理，穩(wěn)定性好，本系統(tǒng)的工控機(jī)軟件采用VB6.0設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。由于VB自身的特點(diǎn)（串口通信速度相對(duì)VC而言要慢很多，并且訪問(wèn)Mscomm控件要占用很多時(shí)間）使得通信不得不采用詢問(wèn)式。當(dāng)工控機(jī)處理數(shù)據(jù)空閑時(shí)向單片機(jī)發(fā)送詢問(wèn)口令“0Xa5”，單片機(jī)收到后向工控機(jī)發(fā)送一組數(shù)據(jù)來(lái)拱工控機(jī)處理使用。程序其它部分和一般單片機(jī)程序沒(méi)有明顯區(qū)別，因此不再詳述。五、 工控機(jī)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇本系統(tǒng)采用綠環(huán)保節(jié)能設(shè)置，工控機(jī)在系統(tǒng)穩(wěn)定并無(wú)特殊監(jiān)控和設(shè)置要求時(shí)可以停機(jī)，但是系統(tǒng)循環(huán)控制不能一次而停止，因此中心運(yùn)算單元不是工控機(jī)而是上位單片機(jī)。經(jīng)過(guò)需求分析和查詢資料最后決定采用VC、VB、或者組態(tài)王中的一個(gè)做工控機(jī)界面。這三種軟件特點(diǎn)如下：VC+6.0是Microsoft公司推出的一個(gè)基于Windows系統(tǒng)平臺(tái)、可視化的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它的源程序按C+語(yǔ)言的要求編寫，并加入了微軟提供的功能強(qiáng)大的MFC(Microsoft Foundation Class)類庫(kù)。MFC中封裝了大部分Windows API函數(shù)和Windows控件，它包含的功能涉及到整個(gè)Windows操作系統(tǒng)。MFC不僅給用戶提供了Windows圖形環(huán)境下應(yīng)用程序的框架，而且還提供了創(chuàng)建應(yīng)用程序的組件，這樣，開(kāi)發(fā)人員不必從頭設(shè)計(jì)創(chuàng)建和管理一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用程序所需的程序，而是從一個(gè)比較高的起點(diǎn)編程，故節(jié)省了大量的時(shí)間。另外，它提供了大量的代碼，指導(dǎo)用戶編程時(shí)實(shí)現(xiàn)某些技術(shù)和功能。因此，使用VC+提供的高度可視化的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具和MFC類庫(kù)，可使應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單。采用VC或者C+都能開(kāi)發(fā)出實(shí)用高效的軟件，但是我雖然有C語(yǔ)言基礎(chǔ)，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索發(fā)現(xiàn)用VC寫軟件和用C語(yǔ)言寫單片機(jī)程序根本不是一回事。而FMC的入門對(duì)于我來(lái)說(shuō)在短時(shí)間內(nèi)難以做到，因此最終未采用。“組態(tài)王”是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以Windows 98/Windows 2000/ Windows NT4.0中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，具有圖形功能完備，界面一致友好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器(TouchExplorer)、畫面運(yùn)行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。TouchExplorer是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可完成對(duì)畫面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫的連接等工作。TouchVew是“組態(tài)王”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)與I/O服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換,通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理從一組工業(yè)控制對(duì)象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來(lái)，同時(shí)完成報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。在TouchExplorer的畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在TouchVew運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。由于組態(tài)王擁有以上特點(diǎn)，所以我最初決定采用此方案。但是遺憾的是組態(tài)并不是一款免費(fèi)軟件，處于經(jīng)濟(jì)原則，最終未采用該軟件。Visual Basic,簡(jiǎn)稱VB，是Microsoft公司推出的一種Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。是當(dāng)今世界上使用最廣泛的編程語(yǔ)言之一，它也被公認(rèn)為是編程效率最高的一種編程方法。無(wú)論是開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大、性能可靠的商務(wù)軟件