家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì)

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院鄭州輕工業(yè)學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 _ 家庭供暖控制系統(tǒng) _ _ 無線溫控器設(shè)計(jì) _ 學(xué)生姓名 * 專業(yè)班級(jí) 通信工程 05-1 班 學(xué) 號(hào) 20050704012727 院 （系） 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) *（講師） 完成時(shí)間 2009 年 6 月 5 日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目題目 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì)家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 專業(yè)專業(yè) 通信工程通信工程 學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 2005070401272727 姓名姓名 * 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 一一主

2、要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1熟悉基于 mcu 的電子系統(tǒng)開發(fā)方法; 2掌握 keil uvision 軟件的使用方法； 3應(yīng)用 stc 公司的 stc89c51 系列單片機(jī)； 4設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件。 二基本要求：二基本要求： 1調(diào)節(jié)水溫范圍：5-60； 2預(yù)留 rf 或 plc 接口； 3能實(shí)現(xiàn)溫度的分時(shí)段控制； 4用 c51 語言編制系統(tǒng)程序； 三主要參考資料：三主要參考資料： 1有關(guān) keil c51 集成開發(fā)環(huán)境使用方面的資料； 2有關(guān)溫度傳感器 ds18b20 方面的資料； 3有關(guān)液晶顯示模塊 lcd 的資料； 4有關(guān) stc89c51rc/rd+系列單片機(jī)的資料； 完完 成成 期期 限：限

3、： 2009 年 6 月 5 日 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師簽簽名名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年年 月月 日日 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) i 目錄 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 摘要 本文從當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)溫控器的發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，首先介紹了溫控器的基本原理和 概念。文章對(duì)無線溫控器系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析，提出了利用 stc89c51rc/rd+單片 機(jī)為核心的無線溫控器設(shè)計(jì)方案。本文所設(shè)計(jì)的無線溫控器，是以 stc89c51rc/rd+單片機(jī)為基礎(chǔ)，并結(jié)合溫度傳感器 ds18b20、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 ds1302、eeprom 存儲(chǔ)器、12864 液晶屏顯示和 rfm12b 無線傳輸?shù)饶K綜合設(shè)

4、計(jì)的一款適合學(xué)習(xí)和研究使用的無線溫控器。 本文還從研究的角度討論了 pid 控制算法，并對(duì) pid 的控制原理做了簡(jiǎn)單的介 紹。在軟件實(shí)現(xiàn)階段的最后，實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的增量式 pid 控制算法。 關(guān)鍵詞溫控器；ds18b20；pid 控制；增量式 pid 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 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 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 3 1緒論 1.1課題研究背景 隨著人們對(duì)家居生活舒適性、節(jié)能性的追求，國(guó)內(nèi)外對(duì)智能家居系統(tǒng)的研 究逐漸升溫。作為智能家居的重要一環(huán)，家庭供暖系統(tǒng)對(duì)家居環(huán)境的舒適性有 著至關(guān)重要的作用。 家庭供暖系統(tǒng)，是以單個(gè)家庭為單位，通過供暖爐產(chǎn)生熱水，經(jīng)過終端散 熱裝置（地暖管、散熱器）來進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，達(dá)到居室供暖效果的綜合系統(tǒng)。 作為一套高效、節(jié)能、環(huán)保的供暖形式，家庭供暖系統(tǒng)為我們提供很好的供暖 解決方法。使用家庭供暖系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)供暖時(shí)間和溫度。 而且，由于它獨(dú)特的設(shè)計(jì)，能夠使運(yùn)行大大節(jié)省能源，帶來了巨大的使用價(jià)值 和社會(huì)意義1。 家庭供暖的控

9、制核心是溫度控制器。溫控器是集成編程器與軟件并實(shí)現(xiàn)智 能化控制溫度的開關(guān)，可以自由調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，并能按用戶要求設(shè)定各種時(shí)間 段的開關(guān)和各種預(yù)設(shè)好的模式下自動(dòng)運(yùn)行調(diào)節(jié)室溫；使之達(dá)到舒適的溫度2。 真正達(dá)到方便、節(jié)能、舒適溫暖的理想生活環(huán)境。適用于中央空調(diào)、單戶取暖、 地暖及各種燃油、燃?xì)忮仩t（壁掛爐）等設(shè)備的使用，是理想的溫度控制產(chǎn)品 及節(jié)能產(chǎn)品。 在整個(gè)家庭供暖系統(tǒng)中，溫度是控制過程中普遍而且最重要的物理參數(shù)之 一。在控制過程中，為了使控制更高效，必須對(duì)房間的主要參數(shù)，如溫度、壓 力、流量等進(jìn)行有效的控制。溫度控制在控制過程中占有相當(dāng)大的比例，其關(guān) 鍵在于測(cè)溫和控溫兩方面。溫度測(cè)量是溫度控制的

10、基礎(chǔ)，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。 由于控制對(duì)象越來越復(fù)雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。如何更好地 提高控制性能，滿足不同系統(tǒng)的控制要求，是目前科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課 題3。 1.2溫度控制器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1溫控器的研究現(xiàn)狀 溫度控制是個(gè)古老的問題，早在工業(yè)社會(huì)發(fā)展的初期，就有人嘗試去設(shè)計(jì) 控制它。其中溫度控制的精準(zhǔn)問題，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界爭(zhēng)論的控制問題。眾 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 4 所周知，溫度是一個(gè)非常敏感的量，很容易受到外部環(huán)境特別是環(huán)境濕度的影 響。因此對(duì)溫度控制問題在全國(guó)己至于全世界都是一個(gè)很值得研究的控制的課 題。 在溫度研究的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外高校發(fā)表過很多關(guān)于這方

11、面的文章，但是大部 分都停留在理論研究與仿真階段，具體做到真正實(shí)現(xiàn)的不多4。而且使用的控 制器基本上為 8 位的 51 單片機(jī)，單片機(jī)在內(nèi)外部 flash 容量、計(jì)算速度方面達(dá) 不到智能算法的要求。適合單片機(jī)使用的算法主要是單回路控制方法。 目前在單回路控制方法上，除了傳統(tǒng)的 pid 控制或改進(jìn)的 pid 控制，還存 在存在以下幾種控制方法: (1) 單純的模糊控制。 模糊控制有許多優(yōu)點(diǎn)，如動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，上升時(shí)間快，超調(diào)小，魯棒性強(qiáng)， 但是卻存在著一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是其穩(wěn)態(tài)精度低，并且在穩(wěn)態(tài)有振蕩。因此， 采用單純的模糊控制器難以獲得較高的單回路控制精度。 (2)、p-fuzzy-pid 多模態(tài)

12、控制。 p-fuzzy-pid 多模態(tài)控制器誤差的大小分為不同的控制模式。當(dāng)誤差較小 時(shí)，采用專家整定式 pid 控制，實(shí)現(xiàn)精確控制；誤差較大時(shí)，直接使用比例控 制，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度;其它，則采用模糊控制。這種多模態(tài)控制比單純的 pid 控制及模糊控制效果要好，但要依靠專家的經(jīng)驗(yàn)確定 pid 參數(shù)，并且三種控制 的轉(zhuǎn)折點(diǎn)較難確定。 (3)采用預(yù)測(cè)控制 預(yù)測(cè)控制需要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型來對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算量大，算 法復(fù)雜，并不適合單片機(jī)采用。 在溫度控制器設(shè)計(jì)的領(lǐng)域來講，國(guó)外的美國(guó) honeywen（霍尼韋爾）公司的 溫度控制器、德國(guó) siemens（西門子）和意大利 imit(伊米特)的溫

13、度控制器 都走在國(guó)際領(lǐng)先前列。從技術(shù)資料上來看，基本采用的是 pid 調(diào)節(jié)的技術(shù)。 目前國(guó)內(nèi)溫控器生產(chǎn)企業(yè)較少，僅廣東、江蘇、遼寧、江西各有一家規(guī)模 稍大一點(diǎn)的生產(chǎn)廠家，他們的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電子溫控器市場(chǎng)的需求。 1.2.2溫度控制器的發(fā)展趨勢(shì) 目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能化溫控器系列產(chǎn)品。智能溫控器內(nèi)部都包 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 5 含溫度傳感器、a/d 轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有 的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)和只讀存儲(chǔ) 器(rom)。智能溫控器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各 種微控制器(mc

14、u)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試控制功能的， 其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，溫控器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及 安全性、開發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方 向迅速發(fā)展。主要可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)5： 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 6 致謝 在鄭州輕工業(yè)學(xué)院度過的 4 年大學(xué)求學(xué)生涯，是我人生中一段難忘的回憶， 它見證了我成長(zhǎng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。感謝母校對(duì)我的培養(yǎng)和教育，使我在各方面都有 了很大得提高，為以后的人生積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在此，謹(jǐn)向給予我指導(dǎo)、 關(guān)心、支持和幫助的老師、同學(xué)和朋友表示忠心的感謝! 首先要特別感

15、謝我的導(dǎo)師*老師，他在學(xué)習(xí)和生活上給了我極大的關(guān)心和 幫助。吳老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的學(xué)術(shù)風(fēng)范，是我工作、 學(xué)習(xí)的榜樣。導(dǎo)師平易近人，處處為學(xué)生著想的無私精神，讓我倍感親切。導(dǎo) 師的諄諄教誨，讓我終生難忘，謹(jǐn)致以最衷心的感謝和最誠(chéng)摯的敬意。 感謝我現(xiàn)在實(shí)習(xí)崗位的主管劉建新工程師在論文的研究和寫作過程中對(duì)我 的指導(dǎo)和幫助，他的寶貴意見給予我極大的啟發(fā)。感謝我的同窗好友王偉科、 李應(yīng)國(guó)、葉先亮、崔繼鍇等在工作、學(xué)習(xí)和生活中所給予的鼓勵(lì)和支持。 最后，我要感謝我的家人。在多年的求學(xué)路途上，他們對(duì)我一如既往的支 持和鼓勵(lì)，是我人生不斷奮斗向上的動(dòng)力。對(duì)于他們這么多年的關(guān)懷和愛護(hù)， 我

16、只能以更加努力的學(xué)習(xí)和工作作為回報(bào)。 * 2009 年 5 月 家庭供暖控制系統(tǒng)無線溫控器設(shè)計(jì) 7 參考文獻(xiàn) 1 李慧，劉毅.溫室控制技術(shù)的發(fā)展方向j1.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2004 年第 5 期:4-7 2 張菁，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案的研究，上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007 年 1 月第 1 期：144 3 陳煥新，周雄輝.智能建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)控制方法初探.暖通空調(diào)，2003，33(3):30 4 張永志，溫室智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究d.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文，2005:23 5 沙占友，智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，j.電子技術(shù)應(yīng)用 2002.5：6-7 6 stc89c51rc/rd+系列單片機(jī)

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18、 13 128x64-0402 使用說明，江蘇：藍(lán)科電子科技有限公司 14 shi cong wu. optics and nonlinear of liquid crystalsingpare：world scientific publishing co.pte.lt4，1997（05）：23-25 15 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(6).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998, 283-286 16 keil c51 中文幫助手冊(cè)，keil software 公司 17易繼揩，侯媛彬，智能控制技術(shù)m，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2004 18鄧璐娟，馮巧玲，李淑君，牛月蘭，李寶珍，智能溫室環(huán)境控制的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方 向，鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)j，2003，5(4):22-23 19孫增沂等，智能控制理論與技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2006，3-8 20david sellers.an o