單片機(jī)控制的智能化供熱監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文終稿

1、.PAGE . 完美WORD格式 專業(yè)整理分享 摘 要本系統(tǒng)介紹了由單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)。采用ATM89C51系列單片機(jī)作為CPU,設(shè)置AD590溫度傳感器、壓差傳感器、渦輪流量計(jì)等傳感器元件對(duì)供回水、補(bǔ)水、供熱蒸汽的溫度、壓力檢測(cè)；對(duì)回水、補(bǔ)水的流量檢測(cè),通過(guò)測(cè)量電路、A/D轉(zhuǎn)換后把數(shù)據(jù)傳送到CPU,CUP根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的溫度范圍進(jìn)行比較判斷,并發(fā)回命令調(diào)整供回水的壓力以及流量,最終達(dá)到自動(dòng)控制溫度的目的,這對(duì)于保證供熱品質(zhì)和節(jié)省能源都有著非常重要的意義。此外,本系統(tǒng)還安裝了鍵盤,顯示以及打印機(jī),方便了數(shù)據(jù)的讀取、切換和統(tǒng)計(jì),使管理層對(duì)供熱過(guò)程和供熱品質(zhì)有最直觀的了解。本設(shè)計(jì)應(yīng)用前景

2、廣闊,可應(yīng)用于城市或者小區(qū)的集中供熱方便快捷,節(jié)約能源而且安全可靠。關(guān)鍵詞：智能控制 集中供熱 監(jiān)控 信號(hào)采集AbstractThis paper present the general design and control conception of an intelligent heating control system in detail. ATM89c51 as the central intelligent unit in this system, which controls the temperature of each water-piping ways in-or-out

3、and surrounding the pressure of the out filter nets, the volume of offer-heat cycle water and so on. The temperature is changed by the pressure and volumes change ,so using this system first can make sure consumers temperature is not enough, another hand it also can resources. The system also has th

4、e keyboard, display unit and typewriter, which can give an obvious understanding to workers.This system would develop and apply expansive, we can apply it to the central heating of a community. It has the merits of secure, tidy and convenient. This control system is a successful example, which combi

5、ne theory automation with practice.Keywords：Intelligent Control, Central Heating, Monitor System, Collect Signal目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc342767189第一章緒論 PAGEREF _Toc342767189 h - 1 -HYPERLINK l _Toc3427671901.1 我國(guó)集中供熱的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc342767190 h - 2 -HYPERLINK l _Toc342767191熱源 PAGEREF _Toc

6、342767191 h - 2 -HYPERLINK l _Toc3427671921.1.2 熱用戶 PAGEREF _Toc342767192 h - 3 -HYPERLINK l _Toc3427671931.1.3 熱網(wǎng) PAGEREF _Toc342767193 h - 3 -HYPERLINK l _Toc3427671941.2 我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc342767194 h - 4 -HYPERLINK l _Toc342767195第二章方案論證 PAGEREF _Toc342767195 h - 7 -HYPERLINK l _Toc342767

7、1962.1 CPU的選擇 PAGEREF _Toc342767196 h - 7 -HYPERLINK l _Toc3427671972.2 控制方案 PAGEREF _Toc342767197 h - 8 -HYPERLINK l _Toc3427671982.2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)DDC系統(tǒng) PAGEREF _Toc342767198 h - 8 -HYPERLINK l _Toc3427671992.2.2 分布式控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng) PAGEREF _Toc342767199 h - 9 -HYPERLINK l _Toc3427672002.2.3 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) PAGEREF _

8、Toc342767200 h - 9 -HYPERLINK l _Toc3427672012.2.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC系統(tǒng) PAGEREF _Toc342767201 h - 10 -HYPERLINK l _Toc3427672022.2.5 確定方案 PAGEREF _Toc342767202 h - 11 -HYPERLINK l _Toc3427672032.2.6 補(bǔ)水前饋與熱量計(jì)算 PAGEREF _Toc342767203 h - 13 -HYPERLINK l _Toc342767204第三章硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342767204 h - 15 -HYPE

9、RLINK l _Toc3427672053.1 CUP PAGEREF _Toc342767205 h - 15 -HYPERLINK l _Toc3427672063.2溫度檢測(cè) PAGEREF _Toc342767206 h - 26 -HYPERLINK l _Toc342767207溫度傳感器AD590的特性和結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc342767207 h - 26 -HYPERLINK l _Toc3427672083.2.2 AD590的主特性參數(shù)如下： PAGEREF _Toc342767208 h - 27 -HYPERLINK l _Toc3427672093.2.3

10、 AD590的工作原理： PAGEREF _Toc342767209 h - 27 -HYPERLINK l _Toc3427672103.3 A/D轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc342767210 h - 29 -HYPERLINK l _Toc3427672113.3.1 MAX-1230的主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc342767211 h - 29 -HYPERLINK l _Toc342767212的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc342767212 h - 30 -HYPERLINK l _Toc3427672133.3.3 MAX-1230的引腳排列 PAGEREF _To

11、c342767213 h - 31 -HYPERLINK l _Toc3427672143.3.4 MAX-1230的工作過(guò)程 PAGEREF _Toc342767214 h - 32 -HYPERLINK l _Toc3427672153.4流量檢測(cè) PAGEREF _Toc342767215 h - 35 -HYPERLINK l _Toc3427672163.4.1 渦輪流量計(jì) PAGEREF _Toc342767216 h - 35 -HYPERLINK l _Toc3427672173.4.2 渦輪流量計(jì)的工作原理 PAGEREF _Toc342767217 h - 36 -HYPE

12、RLINK l _Toc3427672183.4.3 渦輪流量計(jì)檢測(cè)原理和方法 PAGEREF _Toc342767218 h - 36 -HYPERLINK l _Toc3427672193.5 壓力檢測(cè) PAGEREF _Toc342767219 h - 38 -HYPERLINK l _Toc3427672203.5.1 特點(diǎn)： PAGEREF _Toc342767220 h - 38 -HYPERLINK l _Toc342767221工作原理 PAGEREF _Toc342767221 h - 39 -HYPERLINK l _Toc3427672223.6 語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng) PAGER

13、EF _Toc342767222 h - 41 -HYPERLINK l _Toc3427672233.6.1 ISD的引腳 PAGEREF _Toc342767223 h - 42 -HYPERLINK l _Toc342767224尋址方法 PAGEREF _Toc342767224 h - 43 -HYPERLINK l _Toc342767225硬件結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc342767225 h - 44 -HYPERLINK l _Toc3427672263.7與上位機(jī)的通訊 PAGEREF _Toc342767226 h - 45 -HYPERLINK l _Toc34276

14、72273.7.1 電氣特性 PAGEREF _Toc342767227 h - 45 -HYPERLINK l _Toc342767228電平轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc342767228 h - 46 -HYPERLINK l _Toc3427672293.8 鍵盤顯示 PAGEREF _Toc342767229 h - 47 -HYPERLINK l _Toc3427672303.8.1 8279的引腳說(shuō)明 PAGEREF _Toc342767230 h - 48 -HYPERLINK l _Toc3427672313.8.2 8279的工作方式 PAGEREF _Toc3427672

15、31 h - 50 -HYPERLINK l _Toc3427672323.8.3 8279的控制命令 PAGEREF _Toc342767232 h - 50 -HYPERLINK l _Toc3427672333.8.4 8279數(shù)據(jù)的輸入輸出 PAGEREF _Toc342767233 h - 52 -HYPERLINK l _Toc3427672343.9帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片IPM813L PAGEREF _Toc342767234 h - 53 -HYPERLINK l _Toc342767235第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342767235 h - 56

16、 -HYPERLINK l _Toc3427672364.1主程序： PAGEREF _Toc342767236 h - 56 -HYPERLINK l _Toc3427672374.2 中斷程序 PAGEREF _Toc342767237 h - 57 -HYPERLINK l _Toc3427672384.3 數(shù)字濾波子程序FILTER PAGEREF _Toc342767238 h - 59 -HYPERLINK l _Toc3427672394.4 PID計(jì)算程序 PAGEREF _Toc342767239 h - 60 -HYPERLINK l _Toc342767240致謝 PAG

17、EREF _Toc342767240 h - 61 -HYPERLINK l _Toc342767241參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc342767241 h - 62 -HYPERLINK l _Toc342767242附錄1：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc342767242 h - 13 -HYPERLINK l _Toc342767243附錄2：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)程序清單 PAGEREF _Toc342767243 h 14.PAGE .第一章 緒 論供熱業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的部分,作為重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施,其任務(wù)是合理有效地組織、制備熱能,并經(jīng)

18、濟(jì)可靠地把熱能送到熱用戶。城鎮(zhèn)供熱方式大體分為火爐采暖、分散鍋爐房供暖、區(qū)域鍋爐房供暖、城市集中供熱等幾種。其中,集中供熱特別是熱電聯(lián)產(chǎn)供熱,對(duì)于節(jié)約一次能源,改善環(huán)境污染,提高人民生活水平有著重要的意義。隨著城市大氣污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重,以及傳統(tǒng)已出現(xiàn)枯竭苗頭,集中供熱在越來(lái)越多的國(guó)家受到了廣泛的重視,并迅速發(fā)展。在世界上,北歐四國(guó),如芬蘭、瑞典、挪威和丹麥,因?yàn)槠涞乩憝h(huán)境的影響,發(fā)展集中供熱系統(tǒng)比較早,目前已經(jīng)發(fā)展的比較完善。其供熱的規(guī)模及供熱質(zhì)量都比較好。此外,受地理環(huán)境影響,俄羅斯是世界上集中供熱最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一。我國(guó)的集中供熱是在解放后才開(kāi)始的,由于各方面的原因,發(fā)展緩慢,都八十年代初

19、,我國(guó)的集中供熱比例仍然很小,尤其是城市的民用供熱比例更為偏低。據(jù)東北、西北和華北三個(gè)北方寒冷地區(qū)統(tǒng)計(jì),城市民用供熱系統(tǒng)中實(shí)行集中供熱的僅占2%,分散鍋爐房供熱占48%,家庭小爐灶占50%,即使是集中供熱發(fā)展較好的北京市,集中供熱的比重也只占8.2%。但自改革開(kāi)放以來(lái),隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人民的生活水平大幅度提高,集中供熱作為一項(xiàng)節(jié)能及改善城市環(huán)境的市政工程,得到了迅猛的發(fā)展,尤其是進(jìn)入90年代以來(lái),人們對(duì)于冬季供暖的要求及質(zhì)量提出了更高的要求。我國(guó)各地方的集中供熱規(guī)模越來(lái)越大,供熱網(wǎng)的覆蓋面積越來(lái)越廣,目前,全國(guó)已有近300個(gè)城市敷設(shè)了城市供熱管網(wǎng),三北地區(qū)集中供熱普及率達(dá)到30%左右,

20、熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)也逐步從小規(guī)模的樹(shù)支狀熱網(wǎng)向大規(guī)模的多源聯(lián)合運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)發(fā)展。因此,保證供暖的質(zhì)量及熱網(wǎng)的安全運(yùn)行是十分重要的。但在供熱規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)也出現(xiàn)了很多問(wèn)題,其中之一是隨著熱網(wǎng)的擴(kuò)大,先前小規(guī)模熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)已不實(shí)用,只能沿用以前的理論與方法,因此對(duì)它的運(yùn)行管理也越來(lái)越困難。加之我國(guó)熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)手段少,經(jīng)驗(yàn)成分過(guò)多,使得現(xiàn)在的運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)技術(shù)手段少,迫切需要一種新的技術(shù)方案來(lái)指導(dǎo)、調(diào)節(jié)熱網(wǎng)運(yùn)行。使之無(wú)論從技術(shù)上還是管理上都能達(dá)到一個(gè)更高的水平。1.1 我國(guó)集中供熱的現(xiàn)狀我國(guó)集中供熱發(fā)展到今天,經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大、從弱到強(qiáng)、艱苦奮斗、競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的歷程。如前所述,集中供熱系統(tǒng)就是將大量

21、的熱用戶用熱力網(wǎng)連接起來(lái),由統(tǒng)一的熱源提供所需熱量的供熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般有三個(gè)部分組成：熱源、熱力網(wǎng)和熱用戶。大型集中供熱網(wǎng)一般均為間接式供熱網(wǎng),作為熱能輸送的管網(wǎng)可分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)兩個(gè)部分。下面從以上幾個(gè)部分出發(fā)對(duì)我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。1.1.1熱源我國(guó)傳統(tǒng)的集中供熱主要采取熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域聯(lián)合供熱和小區(qū)鍋爐房供暖等幾種方式。從我國(guó)北方采暖地區(qū)大城市來(lái)看,以分散鍋爐房供暖比重最大,據(jù)對(duì)29個(gè)大中城市統(tǒng)計(jì)顯示,目前,分散鍋爐房供熱占我國(guó)總供暖面積的84%,其中,90%以上的鍋爐房的容量一般只維持在7MW以下的水平,其效率低下,除塵設(shè)備落后或從未安裝除塵設(shè)備,這樣一來(lái),不僅造成了能源的

22、大量浪費(fèi),而且還嚴(yán)重污染了環(huán)境。就全國(guó)而言,目前我國(guó)供熱系統(tǒng)的能效只有30%左右,而我國(guó)是一個(gè)能源缺乏的國(guó)家,能源需求增長(zhǎng)率大大超過(guò)能源生產(chǎn)的增長(zhǎng)率。因此,如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高熱源的利用率,降低能源的浪費(fèi)。減少城市污染等諸多方面的問(wèn)題,已經(jīng)成為現(xiàn)今城市集中供熱系統(tǒng)急需解決的問(wèn)題。八十年代后,熱電聯(lián)產(chǎn)、熱交換站以及相配套的尖峰鍋爐房等集中供熱系統(tǒng)在許多城市相繼建成。特別是熱電聯(lián)產(chǎn)作為綜合、合理利用能源的一個(gè)重要途徑,逐漸受到重視,也得到了較快的發(fā)展。目前。許多城市的大型熱源已不止一個(gè),如：北京、XX等集中供熱系統(tǒng)較發(fā)達(dá)的城市已經(jīng)在實(shí)踐初級(jí)的多熱源并網(wǎng)運(yùn)行；另外,其他地區(qū),如：XX、XX、XX、X

23、X等市由于熱負(fù)荷的擴(kuò)大,也在近遠(yuǎn)期規(guī)劃了多熱源的格局。但這些系統(tǒng)大多是單獨(dú)承擔(dān)一個(gè)區(qū)域的集中供熱,單獨(dú)運(yùn)行,互不連接。有的城市雖然也把管網(wǎng)聯(lián)在一起,但在供熱時(shí)又都用閥門斷開(kāi),分別運(yùn)行。這樣,就各個(gè)熱源失去了互補(bǔ)性,同時(shí)在供熱初期和末期又都不能滿負(fù)荷工作,使其無(wú)法發(fā)揮全部的供熱能力。不但造成了能源和設(shè)備的浪費(fèi),而且多個(gè)熱源同時(shí)在低負(fù)荷下運(yùn)行,也加重了城市的污染。1.1.2 熱用戶我國(guó)的供熱系統(tǒng)型式落后,缺乏控制與節(jié)能手段,大部分用戶室內(nèi)無(wú)法進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和無(wú)熱量設(shè)備,普遍在低負(fù)荷、低效率下運(yùn)行,實(shí)際供暖面積只有設(shè)備能力的40%左右,采暖能耗為相近氣候條件國(guó)家的3-5倍左右,能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。同時(shí),

24、我國(guó)室內(nèi)熱環(huán)境差,發(fā)達(dá)國(guó)家室內(nèi)溫度是22攝氏度,而我國(guó)只有16攝氏度；供熱品質(zhì)也很差,室溫冷熱不均,室內(nèi)沒(méi)有控溫設(shè)備,用戶無(wú)法調(diào)節(jié)室溫。采暖收費(fèi)制度也不合理,按面積收費(fèi)使用戶無(wú)節(jié)能意識(shí),熱能浪費(fèi)嚴(yán)重,原有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多為上供下回單管順流式,不具備對(duì)欠費(fèi)的用戶采取強(qiáng)制措施的手段,使得供熱企業(yè)收費(fèi)難。隨著我國(guó)供熱體制的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變,供暖在不遠(yuǎn)的將來(lái)將不再作為 一項(xiàng)福利來(lái)實(shí)施,而是成為一個(gè)商品。1.1.3 熱網(wǎng)我國(guó)大型熱網(wǎng)普遍采用間連供熱方式。通常一個(gè)城市有幾個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng),一個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)有幾十到上百個(gè)換熱站。供熱電廠提供的高溫過(guò)熱蒸汽經(jīng)電廠換熱站汽-水換熱器形成供暖熱水由二次管網(wǎng)送至用戶。在

25、我國(guó)現(xiàn)有按供熱面積供熱體制下,用戶不能主動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,因此總供熱量?jī)H僅和室外溫度有關(guān),其總供熱量就可預(yù)先知道并且有熱源廠管理控制,熱源廠只要根據(jù)相應(yīng)的室外溫度控制一次網(wǎng)系統(tǒng)供回水溫度。一般供熱公司基本按定流量或分階段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方案運(yùn)行,即熱網(wǎng)流量在整個(gè)供暖期內(nèi)基本保持不變,平時(shí)只根據(jù)室外溫度高低來(lái)調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的供水溫度。因此,只要保證流量按供熱面積均勻分配并保證適合的供水溫度就可以滿足供暖的需要。其特點(diǎn)為：調(diào)節(jié)主動(dòng)權(quán)在供熱公司；2調(diào)節(jié)原則就是按供熱面積均勻分配流量。這種運(yùn)行調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單,且能保證供熱要求,因此被許多供熱公司所應(yīng)用。但其所具有的按照供熱面積收費(fèi)的許多弊端是無(wú)法避免的。1.2 我

26、國(guó)集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)從上述對(duì)我國(guó)集中供暖的當(dāng)前情況的總結(jié)和分析可知,隨著形式的不斷發(fā)展,我國(guó)與供暖有關(guān)的相關(guān)的體制和條件發(fā)生了很大的變化：隨著我國(guó)各項(xiàng)體制改革的不斷進(jìn)行,供暖事業(yè)按面積收費(fèi)的弊端日益突出,必將阻礙供暖事業(yè)的發(fā)展；我國(guó)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益嚴(yán)重,而供暖的能量消耗在我國(guó)經(jīng)濟(jì)占有很大的比重,并且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響；我國(guó)用戶生活水平近年來(lái)有了很大的提高,對(duì)供暖的舒適度有了更一步的要求。因此,原有傳統(tǒng)供暖方式的缺陷日益突出,尋求集中供暖的進(jìn)一步發(fā)展以滿足我國(guó)當(dāng)前多方面的要求勢(shì)在必行。在集中供熱發(fā)展最早的是西歐的丹麥、瑞典、芬蘭和原蘇聯(lián)等國(guó)家,從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始,就不斷采取措施

27、和相應(yīng)的技術(shù)有效提高供熱系統(tǒng)的節(jié)能和優(yōu)化,二十多年來(lái),歐洲國(guó)家在集中供熱的政策規(guī)范及技術(shù)在實(shí)踐中不斷補(bǔ)充完善,代表了當(dāng)今世界的先進(jìn)水平,提供了比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)借鑒。但由于我國(guó)的國(guó)情不同,我國(guó)的供暖系統(tǒng)有著自身特點(diǎn)：我國(guó)的供熱熱源結(jié)構(gòu)以及供熱負(fù)荷與歐洲國(guó)家存在很大的差異,從而決定了我國(guó)供熱系統(tǒng)的總體格局；經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,我國(guó)供暖已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模,而我國(guó)已形成的供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家有著很大的差異,我國(guó)在建立新型供暖系統(tǒng)的同時(shí),對(duì)原有系統(tǒng)如何進(jìn)行改造有著非常的意義；我們應(yīng)當(dāng)建立與我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)力發(fā)展相適應(yīng)的供熱系統(tǒng),也就是既要能滿足目前不斷發(fā)展的供熱需求,同時(shí)又要與我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)體制改

28、革相適應(yīng)；我國(guó)目前的普及率還不是很高,熱網(wǎng)以采暖為主,生活熱水所占比例不大。集中供暖有存在諸多節(jié)能和成本優(yōu)勢(shì),當(dāng)前,我國(guó)供暖面臨著巨大的發(fā)展前景。如何建立起既經(jīng)濟(jì)又符合供暖發(fā)展趨勢(shì)的供暖格局和供暖系統(tǒng)至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)我國(guó)供暖現(xiàn)狀的 總結(jié)和分析,結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家的供暖模式,適合我國(guó)供暖發(fā)展需要的主要趨勢(shì)為：實(shí)現(xiàn)分戶調(diào)節(jié)和熱量計(jì)量收費(fèi)。熱用戶的耗能量決定供暖負(fù)荷的大小,因此,促進(jìn)用戶自覺(jué)節(jié)能,可大大減少我國(guó)供暖系統(tǒng)的能源浪費(fèi),而促使用戶自覺(jué)節(jié)能的唯一有效手段,就是對(duì)使用熱量進(jìn)行計(jì)量,并根據(jù)計(jì)量結(jié)果來(lái)收費(fèi)。世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明,把大鍋飯式的采暖包費(fèi)制,改為按實(shí)際使用熱量向用戶收費(fèi),可節(jié)能20%至30%。這

29、種明顯的節(jié)能效果自70年代末起就已經(jīng)在西歐各國(guó)的節(jié)能措施中得到證明,而且近年來(lái)某些東歐國(guó)家的努力也說(shuō)明了這一點(diǎn)。而另一方面,解決目前日趨嚴(yán)重的供熱公司收費(fèi)難問(wèn)題的最根本有效的管理方法就是采用根據(jù)用戶的實(shí)際使用熱量來(lái)收費(fèi)?？梢哉f(shuō),對(duì)熱量進(jìn)行計(jì)量并據(jù)此來(lái)收費(fèi)是集中供熱領(lǐng)域行之有效的不可或缺的管理手段。多熱網(wǎng)逐漸聯(lián)網(wǎng),形成多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)。近幾年多熱源環(huán)網(wǎng)聯(lián)合供熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行已取得了非常明顯的效果,并充分顯露出其諸多優(yōu)點(diǎn)：、提高了整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與安全性。當(dāng)熱網(wǎng)中某一或某些熱源出現(xiàn)事故時(shí),各熱源可相互替代,相互補(bǔ)充。、可靈活調(diào)整供熱量,達(dá)到良好的節(jié)能效果。系統(tǒng)中多熱源可根據(jù)供熱負(fù)荷的具體

30、情況,制定出更為合理的供熱方案,并可隨時(shí)使全系統(tǒng)的供熱工況供熱量、供回水溫度和水力工況優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)較理想的節(jié)能措施。、系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性好。采用環(huán)狀網(wǎng)連接,熱網(wǎng)比摩阻較小,各換熱站的資用壓頭大,增強(qiáng)了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。、優(yōu)化水力工況,平衡供熱效果。、供熱系統(tǒng)熱源的可擴(kuò)充性強(qiáng)。發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)發(fā)形成了多熱源供熱格局,我國(guó)在不遠(yuǎn)的將來(lái),隨著多種技術(shù)的不斷成熟,必將發(fā)展出更多可利用的熱源,如：地?zé)帷⑻?yáng)能以及垃圾焚燒所產(chǎn)生的附熱等,多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)為更多新熱源的加入提供了必要的基礎(chǔ)。建立相應(yīng)的系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)機(jī)制。和傳統(tǒng)供熱方案不同,在新的供熱系統(tǒng)下,用戶可根據(jù)自身的需要來(lái)控制供熱溫度。當(dāng)眾多用戶調(diào)節(jié)自己

31、的流量后,整個(gè)熱網(wǎng)的流量和供熱量也將隨之變化,此時(shí)熱網(wǎng)的總供熱量隨機(jī)變化增大；同時(shí),多熱源聯(lián)合供熱的結(jié)構(gòu)需要確定如何使得處于同一供熱網(wǎng)中的多熱源相互配合適應(yīng)供熱負(fù)荷的不斷變化,從而降低運(yùn)行費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果。第二章 方案論證2.1 CPU的選擇ATMEL89系列單片機(jī)簡(jiǎn)稱89系列單片機(jī)是ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)系列。89系列單片機(jī)是以8031為核心構(gòu)成的,它和8051系列單片機(jī)是兼容的,其最大特點(diǎn)是內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器。其功能如下：內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器由于內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器,因此在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易的進(jìn)行程序的修改,大大地縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)

32、,在系統(tǒng)工作過(guò)程中,能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息,即使外界電源損壞也不影響信息的保存。和8051系列單片機(jī)兼容89系列單片機(jī)的端子和8051系列是一樣的,因此,當(dāng)89系列單片機(jī)取代8051單片機(jī)時(shí),可以直接進(jìn)行代換。靜態(tài)時(shí)鐘方式89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式,可以節(jié)省電能。錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生一般的OTP產(chǎn)品,一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而89系列單片機(jī)內(nèi)部采用了Flash存儲(chǔ)器,所以,錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程,直到正確為止,因此不存在廢品?？煞磸?fù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用89系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng),可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。每次試驗(yàn)可以編入不同的程序,這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)到最優(yōu)。而且隨著用戶的需求和發(fā)展,還可

33、以進(jìn)行修改,使系統(tǒng)能不斷追隨用戶的最新要求。因此,綜上所述在本設(shè)計(jì)中采用ATMEL89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的智能控制器。2.2 控制方案計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為直接數(shù)字控制系統(tǒng),分布控制系統(tǒng),操作指導(dǎo)控制系統(tǒng),監(jiān)督控制系統(tǒng)。2.2.1 數(shù)字控制系統(tǒng)DDC系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDCDirect Digital Contral是單片機(jī)在工業(yè)控制中應(yīng)用最普通的一種方式。在這種方式中,單片機(jī)作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分或環(huán)節(jié),直接參與控制過(guò)程。一臺(tái)單片機(jī)可以對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè),并把檢測(cè)結(jié)果和給定值進(jìn)行比較,再按事先約定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算處理,然后通過(guò)D/A和反多路開(kāi)關(guān)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,從而產(chǎn)生過(guò)程始

34、終處于最佳狀態(tài)。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)。DDC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中,控制器一旦被選定,其控制方法也就確定了,要改變控制方法就必須改變硬件,這往往難度較大。而在DDC系統(tǒng)中由于微機(jī)代替了常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器,因此要改變控制方法,只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)了,無(wú)須對(duì)硬件線路做任何改動(dòng)。另外,計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng),可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制用來(lái)改善控制質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)控制回路較多時(shí),采用DDC系統(tǒng)比采用常規(guī)控制器控制系統(tǒng)要經(jīng)濟(jì)合算,因?yàn)橐慌_(tái)微機(jī)可代替多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器。2.2.2 分布式控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)DCSDistributed Contral Systems簡(jiǎn)稱DC

35、S系統(tǒng),它實(shí)際上是一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),是有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)主計(jì)算機(jī)和若干單片機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),所以也叫主從結(jié)構(gòu)或樹(shù)形結(jié)構(gòu),單片機(jī)絕大部分時(shí)間都是在并行工作的只是必要時(shí)才與主機(jī)通訊。該系統(tǒng)代替了原來(lái)的中小型計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng),它具有以下特點(diǎn)：可靠性高分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地理上和功能上分散的控制,使每臺(tái)危機(jī)的任務(wù)相應(yīng)減少,功能更明確,組成也更簡(jiǎn)單,因此可靠性提高了。速度快分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各級(jí)并行工作,很多采樣和控制功能都分散到各個(gè)子環(huán)節(jié)中,僅在必要時(shí)才通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道與監(jiān)督計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換,因此減少了數(shù)據(jù)集中串行處理時(shí)間,也減少了信息傳遞的次數(shù),所以速度提高了。結(jié)構(gòu)靈活,易于擴(kuò)展分布

36、式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是模塊化結(jié)構(gòu),即把任務(wù)相同的部分作成一個(gè)模塊,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活,可大可小,便于操作、組裝和調(diào)度,容易擴(kuò)展。設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、維護(hù)簡(jiǎn)便由于系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),且具有自診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)系統(tǒng),所以設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及維護(hù)都很方便,并且能實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜規(guī)律控制。2.2.3 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象,屬于開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對(duì)檢測(cè)到的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行處理,計(jì)算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值,供操作員參考,這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制靈活和安全可靠。缺點(diǎn)是要由人工進(jìn)行操作,操作速度受到人為的限制,并且

37、不能控制多個(gè)回路。該系統(tǒng)常用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試階段,進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)、處理及試驗(yàn)新的控制程序等。2.2.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC系統(tǒng)SCCSuperbisory Computer Control系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí)際情況,因?yàn)樵贒CC系統(tǒng)匯總計(jì)算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,系統(tǒng)不能進(jìn)行在最佳狀態(tài),而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制,并且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等,它是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。SCC系統(tǒng)有兩種形式：一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)；另種是SCC+DCC控制系統(tǒng)。CC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)SCC級(jí)微機(jī)的作用是收集檢測(cè)信號(hào)及執(zhí)

38、行管理命令,然后按照一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算后,給定值與檢測(cè)到的被控參數(shù)進(jìn)行比較,其偏差經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出控制量給執(zhí)行機(jī)構(gòu),以使工作保持在最優(yōu)狀態(tài),從而達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)生過(guò)程的目的。當(dāng)SCC微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)立完成操作。該系統(tǒng)形式適合于老企業(yè)的技術(shù)改造,既用上了原有的模擬調(diào)節(jié)器,有實(shí)現(xiàn)了最佳給定值控制。SCC+DDC控制系統(tǒng)這是兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),一級(jí)為監(jiān)督級(jí)、計(jì)算機(jī)的作用與SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的SCC計(jì)算機(jī)一樣,進(jìn)行分析、計(jì)算,并且給出最佳給定值；另一級(jí)是直接數(shù)字控制DDC級(jí),用來(lái)將給定值與測(cè)量值進(jìn)行比較,其偏差有DDC計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制運(yùn)算,然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和多路開(kāi)關(guān)分別控制

39、各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)DDC級(jí)危機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可有SCC級(jí)微機(jī)完成DDC的控制功能,提高了系統(tǒng)的可靠性。SCC+DDC控制系統(tǒng)與SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點(diǎn),其控制規(guī)律可以改變,使用更加靈活,而且一臺(tái)DDC可以控制多個(gè)回路,使系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。總之,雖然SCC系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)有很多優(yōu)越性,但由于生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性,有時(shí)很難建立數(shù)學(xué)模型,所以SCC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難2.2.5 確定方案比較以上各種控制系統(tǒng),在考慮到本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要使供熱公司對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的供熱服務(wù),也就要求該控制系統(tǒng)可靠性高,速度快,結(jié)構(gòu)靈活,易于擴(kuò)展而且要便于維修。綜合以上要求,我選用分布式控制系統(tǒng)作

40、為該設(shè)計(jì)的方案。整個(gè)系統(tǒng)可以分布式結(jié)構(gòu),上位管理機(jī)最多可與255個(gè)供熱站控制裝置連接,每一控制又可接255個(gè)溫度巡測(cè)儀。供熱一般要保證用戶室溫為182。由于各用戶建筑面積、暖氣片性能及保溫質(zhì)量各不相同,很難確定一組典型的室內(nèi)溫度作為直接被控量,而供、回水的平均溫度從整體上反映了各個(gè)用戶暖氣片的平均溫度,因此本系統(tǒng)采用控制供、回水平均溫度的方法來(lái)見(jiàn)解控制用戶室溫?？刂圃砜驁D見(jiàn)下圖圖中T0表示室外大氣溫度5min內(nèi)的平均值,TS表示供、回水的溫度的設(shè)定值,T1表示供水溫度測(cè)量值,T2表示回水溫度測(cè)量值。供、回水溫度與室外大氣溫度應(yīng)是一個(gè)反向變化的量,當(dāng)大氣溫度降低時(shí),應(yīng)增加供熱量,反之則減少供熱

41、量。其近似關(guān)系式為：Ts = 18+ K18-T0 上式中K 為供熱系數(shù)。由于用戶的熱交換關(guān)系比較復(fù)雜,系統(tǒng)循環(huán)水泵的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)又是一個(gè)變值,因此供熱系數(shù)K應(yīng)根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。供、回水的壓力是熱網(wǎng)安全運(yùn)行的重要參數(shù)。供回水壓力過(guò)高可能造成熱水管道及用戶暖氣片破裂：循環(huán)熱水的流失會(huì)使水壓力過(guò)低,有可能形成熱水汽化,引起熱交換器的振動(dòng)。為此,采用自動(dòng)補(bǔ)水的控制方案?？刂七壿嫗椋?P1 595 kPa 且 P2 305 kPa或P1 605 kPa 且 P2 605 kPa 或 P2 305 kPa 停止補(bǔ)水 595kPaP1605kPa 且 295kPaP2305kPa 保持原狀態(tài)式中,P1表

42、示供水壓力,P2表示回水壓力。由于補(bǔ)水溫度較低,有時(shí)補(bǔ)水動(dòng)作還相當(dāng)頻繁,所以補(bǔ)水成為影響供、回水溫度的主擾動(dòng)。為了及時(shí)克服補(bǔ)水造成的供水溫度降低,提高調(diào)節(jié)品質(zhì),本系統(tǒng)采取了以補(bǔ)水為前饋量的靜態(tài)熱量前饋措施,以熱量平衡為基本出發(fā)點(diǎn),保持補(bǔ)水時(shí)供水溫度不變。2.2.6 補(bǔ)水前饋與熱量計(jì)算系統(tǒng)不補(bǔ)水時(shí),供水流量M1等于回水流量M2,此時(shí)瞬時(shí)供熱量為： q1 =供水量 回水熱量 =CpM2T1-T2 當(dāng)系統(tǒng)處于補(bǔ)水狀態(tài)時(shí),供水流量M1等于回水流量M2與補(bǔ)水流量M3之和,此時(shí)瞬時(shí)供、供熱量為： q1 =供水量 回水熱量 補(bǔ)水熱量 =CpM2T1-T2+M3T1-T3 上式中,T1為供水溫度,T2問(wèn)回水溫

43、度,T3為補(bǔ)水溫度,Cp為水的定壓質(zhì)量比熱。因?yàn)镻和T都不太高,為簡(jiǎn)化計(jì)算,取Cp=4.1868MJ/T,流量單位為t/h,熱量單位為MJ。比較以上兩式可以看出,如果要保持補(bǔ)水前后供熱溫度T1不變,需要在開(kāi)啟補(bǔ)水泵的同時(shí),加大蒸汽投放量,多提供：q3=q1-q2=CpM3的熱量。新增熱量占原供熱量的比例為：q3/q1 = M3 / M2 供水熱量是由供熱蒸汽提供的,蒸汽熱量與蒸汽流量基本上成正比關(guān)系,所以下式成立：Q / Q = q3 / q1 式中,Q為蒸汽流量增量,與熱水新增熱量q3為對(duì)應(yīng)；Q為原蒸汽流量,與原熱水熱量q1對(duì)應(yīng)。共熱蒸汽采用對(duì)數(shù)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。假設(shè)調(diào)節(jié)閥為理想流量特性,以補(bǔ)水為

44、前饋量,保持供水溫度不變時(shí),閥門相對(duì)開(kāi)度的增量為：1/L =1/LnRLn 式中,1/L表示閥門相對(duì)開(kāi)度,R表示閥門理想可調(diào)比。考慮到系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的復(fù)雜性,閥門實(shí)際相對(duì)開(kāi)度的增量比上式計(jì)算略小為宜。系統(tǒng)的瞬時(shí)供熱量,分補(bǔ)水和不補(bǔ)水兩種情況,分別按q1式和q2式計(jì)算。對(duì)瞬時(shí)供熱量進(jìn)行累計(jì),就得出供熱總量。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 CUPAT89C51單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的8位CMOS單片機(jī)。其片內(nèi)含4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器EPROM,128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)、并兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)

45、置有通用的8位CPU和Flash存儲(chǔ)單元?？伸`活運(yùn)用于各種控制領(lǐng)域,且其性價(jià)比較高。AT89C51芯片引腳圖AT89C51單片機(jī)的主要性能參數(shù)：與MCS-51系列產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)的可重復(fù)擦寫(xiě)的FLASH存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦寫(xiě)10000次；全靜態(tài)操作：0Hz-16MHz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；內(nèi)部有128字節(jié)的RAM；32個(gè)可編程的I/O口線；2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；可編程串行URAT通道；空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容；功能特性概述：AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器、128字節(jié)的內(nèi)部RAM、32個(gè)I/O口線、2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)

46、器、1個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí),AT89C51單片機(jī)可降置0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。空閑方式停止CPU的工作,但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其他所有的工作,直到下一個(gè)硬件復(fù)位。89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳說(shuō)明：Vcc:電源引腳；GND:地；P0口P0.0-P0.7：是一組8位的開(kāi)漏雙向I/O口,即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口使用時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路,對(duì)斷口寫(xiě)1可作為高阻抗輸入端來(lái)使用。在訪問(wèn)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí),這組線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址低

47、8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí),P0口接受指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié)。在校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。P1口P1.0-P1.7: 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路。向端口寫(xiě)入1的時(shí)候,P1口被內(nèi)部上拉為高電平,此時(shí)可用做輸入口,當(dāng)作為輸入腳的時(shí)候,外部拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P1口接受低8位地址。P2口P2.0-P2.7:是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。當(dāng)向P2口寫(xiě)入1時(shí),P2口被內(nèi)部上拉為高電平,可作為輸入口。當(dāng)作為輸入引腳 的時(shí)候,

48、被外部拉底的P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOVX DPTR指令時(shí),P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行 MOVX Ri指令時(shí),P2口上的內(nèi)容也即特殊功能寄存器SFR區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容,在整個(gè)訪問(wèn)期間不變。在Flash編程和程序校驗(yàn)期間,P2口接受高位地址和其他控制信號(hào)。P3口P3.0-P3.7：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門電路。向端口寫(xiě)入1的時(shí)候,P3口被內(nèi)部上拉為高電平,此時(shí)可用做輸入口,當(dāng)作為輸入腳的時(shí)候,外部拉低的P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流

49、。P3口除了做一般的I/O口線使用外,更為重要的是它的第二功能,如下表所示：端 口 引 腳第 二 功 能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出后P3.2外中斷0P3.3外中斷1P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通P3口還可接受一些用于Flash存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。Rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),Rst引腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平,使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG非：當(dāng)訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí),ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位。即使單片機(jī)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器,ALE也仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖

50、信號(hào),因此可對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)作用。并且,當(dāng)單片機(jī)每訪問(wèn)一次片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)都將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳還用于編程脈沖PROG非。PSEN非：程序存儲(chǔ)器允許輸出是片外程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào),當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器指令或數(shù)據(jù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期2個(gè)PSEN非有效,即輸出2個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這2次有效的PSEN非信號(hào)不出現(xiàn)。EA非/Vpp :外部訪問(wèn)允許。當(dāng)CPU僅訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)地址為0000H-FFFFH,EA非端必須得保持低電平接地。需要注意的是：當(dāng)加密位LBI被編程時(shí),復(fù)位后單片機(jī)會(huì)內(nèi)部鎖存EA非端狀態(tài)。若EA非端為高電平接Vcc

51、時(shí),CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。當(dāng)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp。當(dāng)然前提是該器件使用+12V的編程電壓Vpp。時(shí)鐘振蕩器 ：AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器,振蕩電路如圖。外接石英晶體或陶瓷振蕩器及電容C1、C2在防地器的反饋賄賂中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路,雖然對(duì)電容C1、C2并沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求,但電容容量的大小會(huì)輕微的影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。若使用石英晶體

52、,則電容容量最好為+30PF-10PF,而若使用陶瓷振蕩器,則電容容量最好是+40PF-10PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘方式,其電路如下圖所示。在這種時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端,即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端,XTAL2管腳則懸空。石英晶體 ：C1,C2=30pF10pF陶瓷諧振器：C1,C2=40pF10pF空閑節(jié)電模式：AT89C51有兩種可用軟件編程的節(jié)電模式,它們是空閑模式和接電模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON即電源中指寄存器中的PDPCON.1和IDLPCON.0位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PD是掉電模式,當(dāng)PD=1時(shí),激活掉電工作模式,單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式,當(dāng)IDL=1時(shí),

53、激活空閑工作模式,單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若要同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式,即PD和IDL同時(shí)為1,則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài),CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)保持激活狀態(tài),這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí),片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或者硬件復(fù)位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種：其一是任何一條被允許的中斷的事件被激活,IDL被硬件清除,即可中斷空閑工作模式,程序會(huì)先響應(yīng)中斷,進(jìn)入中斷服務(wù)程序,執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI指令后,下一條要執(zhí)行的程序就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式指令后面的那一條。其二是通過(guò)硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是,當(dāng)有

54、硬件復(fù)位來(lái)重置空閑工作模式時(shí),CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的,要完成內(nèi)部復(fù)位操作,硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有效,在這種情況下,內(nèi)部禁止CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM,而允許訪問(wèn)其它端口,為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入,即或空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入命令。掉電模式：在掉電模式下,振蕩器停止工作,進(jìn)入掉電模式的指令是后一條被執(zhí)行的指令,片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器SFR的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位,復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不是RAM中的內(nèi)容,在RAM恢復(fù)到正常電平前,復(fù)位是無(wú)效的,并且必須

55、保持一定時(shí)間使振蕩器重新啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。程序存儲(chǔ)器的加密：AT89C51可使用對(duì)芯片上的3個(gè)加密位LB1,LB2,LB3進(jìn)行編程P或不編程U來(lái)得到如下表瑣事的功能程序加密保 護(hù) 類 型LB1LB2LB31UUU沒(méi)有程序保護(hù)功能2PUU禁止從外部程序存儲(chǔ)器中執(zhí)行MOVC指令讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容3PPP除上表功能外,還禁止程序校驗(yàn)4PPP除以上功能外,同時(shí)禁止外部執(zhí)行注：表中的U-表示未編輯,P-表示編輯當(dāng)加密位LB1被編程時(shí),在復(fù)位期間,EA非端的邏輯電平被采樣并保存,如果單片機(jī)上電后一直沒(méi)有復(fù)位,則所存儲(chǔ)的初值是一個(gè)隨機(jī)數(shù),并且這個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)一直到真正復(fù)位為止,為單片機(jī)能正常工作,被鎖存的E

56、A非電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致。此外,加密的位只能通過(guò)整片的方式擦除。Flash閃速存儲(chǔ)器的編程：AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有4K字節(jié)的Flash的EPROM,這個(gè)Flash陣列出廠時(shí)已經(jīng)處于擦除狀態(tài)即所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為FFH,用戶隨時(shí)可對(duì)其編程。編程接口可接受高電壓+12V或者低電壓Vcc的允許編程信號(hào),低電壓變成模式適合于用戶在線編程系統(tǒng),而高電壓變成模式可與通用EPROM編程器兼容。AT89C51單片機(jī)中,有些屬于低電壓編程方式,而有些則是高電壓編程方式,用戶可從芯片上的型號(hào)讀取芯片內(nèi)的字節(jié)獲得該信息。VPP =12VVPP =5V芯片頂面標(biāo)識(shí)AT89C51XXXXYYWWA

57、T89C51XXXX-5YYWW簽名字節(jié)030H=1EH031H=51H032H=FFH030H=1EH031H=51H032H=05HAT89C51的存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫(xiě)入方式編程的,每次寫(xiě)入一個(gè)字節(jié),要對(duì)整個(gè)芯片EPROM程序存儲(chǔ)器寫(xiě)入一個(gè)非空字節(jié),必須用片擦除的方式將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清除。編程前,須按設(shè)置好地址,數(shù)據(jù)及控制信號(hào),編程單元的地址加在P1口和P2口的P2.0P2.311位地址范圍為0000H0FFFH,數(shù)據(jù)P0口輸入,引腳P2.6、P2.7和P3.6,P3.7的電平設(shè)置見(jiàn)上表,PSEN非端低電平,RST保持高電平,EA非/Vpp引腳是編程電源的輸入端,按要求加上編程電源,A

58、LE/PROG引腳輸入編程脈沖負(fù)脈沖。編程時(shí),可采用4-20MHZ的時(shí)鐘振蕩器。AT89C51編程方法如下：1. 在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)；2. 在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)；3. 激活相應(yīng)的控制信號(hào)；4. 在高電壓編程方式時(shí),將EA非/Vpp端加上+12V編程電壓；5. 每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位,加上一個(gè)ALE/PROG編程結(jié)束。每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的,通常約為1.5ms。數(shù)據(jù)查詢：AT89C51單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫(xiě)周期是否結(jié)束,在一個(gè)寫(xiě)周期中,如需要讀取最后寫(xiě)入的哪個(gè)字節(jié),則讀出的數(shù)據(jù)的最高位P0.7是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)最高碼的反碼,

59、寫(xiě)周期完成后,可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。Ready/Busy：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)測(cè),編程期間,ALE變成高電平H后P3.4 端電平被拉低,表示正在編程狀態(tài)忙狀態(tài)。編程結(jié)束后,P3.4變?yōu)楦唠娖綔?zhǔn)備就緒狀態(tài)。程序校驗(yàn)：如果加密位LB1,LB2 沒(méi)有進(jìn)行編程,則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù),用下圖的電路,程序存儲(chǔ)器的地址由P1口和P2口的P2.0-P2.3輸入,數(shù)據(jù)由P0口讀出,P2.6、P2.7、P3.6和,P3.7的控制信號(hào)見(jiàn)表3.1.4。PSEN非端保持低電平,ALE,EA非和RST保持高電平,檢驗(yàn)時(shí),P0口必須接上10K左右的上拉電阻。Flash存儲(chǔ)

60、器編程真值表方式RSTALE/ VPPP2.6P2.7P3.6P3.7寫(xiě)代碼數(shù)據(jù)HLH/12VLHHH讀代碼數(shù)據(jù)HLHHLLHH寫(xiě)加密Bit-1HLH/12VHHHHBit-2HLH/12VHHLLBit-3HLH/12VHLHL片檫除HLH/12VHLLL讀簽名字節(jié)HLHHLLLL編程電路：校驗(yàn)電路：芯片擦除：利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳10ms的低電平脈沖寬度即可將EPROM陣列4K字節(jié)和3個(gè)加密位整片擦除,代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫(xiě)如1,這個(gè)步驟需要在編程之前進(jìn)行。讀片內(nèi)簽名字節(jié)：AT89C51單片機(jī)片內(nèi)有3個(gè)簽名字節(jié),地址為030h,031h和032h。