吳敏

摘要：系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度傳感器來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度，以ZigBee為無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，用C8051F020單片機(jī)做為處理器，由溫度控制模塊發(fā)出指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)控制，以便將溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。該系統(tǒng)可以有效地降低能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：電采暖；溫控系統(tǒng)；ZigBee；溫度控制模塊現(xiàn)如今，隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境智能化和節(jié)能化的要求越來(lái)越高。相對(duì)于傳統(tǒng)的占地面積大、能源浪費(fèi)嚴(yán)重的供暖方式，地?zé)犭娎|輻射供暖(電采暖)方式因具有舒適、衛(wèi)生、環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，加之從下往上升溫的方式更符合人體生理學(xué)特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)使其受到越來(lái)越多現(xiàn)代人的青睞。其中，溫度控制作為影響其效果的主要因素，已成為暖通行業(yè)及控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。室內(nèi)溫度為22~27℃被普遍認(rèn)為是舒適區(qū)[1]。冬天，當(dāng)人們離開(kāi)室內(nèi)或?qū)κ覝匾蟛桓邥r(shí)仍保持溫度過(guò)高的現(xiàn)象，將造成大量沒(méi)必要的能耗。因此，電采暖方式具有的“按需供暖，按表計(jì)量”的特點(diǎn)，可以做到有人時(shí)啟動(dòng)，無(wú)人時(shí)調(diào)低溫度或關(guān)閉系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

1系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控模塊控制所有溫控單元，每個(gè)溫控單元處都有一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)。當(dāng)溫控單元監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)后需要傳送給監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊收到所有溫控單元的信息后，會(huì)統(tǒng)一發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)中心。主機(jī)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)的串行口的收發(fā)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信的控制，信號(hào)通過(guò)全雙工、高抗干擾的RS422接口總線(xiàn)進(jìn)行傳輸，總線(xiàn)結(jié)構(gòu)為分時(shí)巡檢式[2]?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

2系統(tǒng)硬件部分

系統(tǒng)硬件部分主要由主機(jī)、監(jiān)控模塊和溫控單元組成。在溫控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主機(jī)通過(guò)RS-232通信接口將接收到的信號(hào)發(fā)送給各區(qū)域的監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)控模塊的控制并進(jìn)行邏輯組網(wǎng)。監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)將信號(hào)傳給周?chē)娜δ茉O(shè)備FFD，再由FFD向下查找其范圍內(nèi)的精減設(shè)備RFD。位于各區(qū)域監(jiān)控模塊的溫控單元負(fù)責(zé)接收監(jiān)控模塊發(fā)來(lái)的命令，并根據(jù)命令調(diào)整其工作方式，實(shí)時(shí)對(duì)房間內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量控制及信息反饋。

2.1 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)控模塊是系統(tǒng)的主要組成部分，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集、緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，并根據(jù)來(lái)自主機(jī)的指令進(jìn)行相應(yīng)的通信處理和控制。其中根據(jù)系統(tǒng)要求選用符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz的CC2530作為射頻收發(fā)芯片，采用具有高速讀寫(xiě)、超低功耗、無(wú)限次寫(xiě)入、隨機(jī)存儲(chǔ)和非易失性存儲(chǔ)等特性的鐵電存儲(chǔ)器FRAM，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片選用美國(guó)DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電功能的，低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片—DS1302。

2.2 溫控單元設(shè)計(jì)

內(nèi)含美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫控單元以C8051F020單片機(jī)作為主控器，它是整個(gè)溫控系統(tǒng)的終端，通過(guò)控制地?zé)犭娎|工作實(shí)現(xiàn)控溫，可以由主機(jī)將它設(shè)置為溫控、手動(dòng)、關(guān)閉3種工作模式，LED數(shù)字顯示屏可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。由于本系統(tǒng)所控制的加熱器件往往是大功率的加熱電纜，所以不能用C8051F020直接控制，需要用繼電器的方式。所選的繼電器規(guī)格為直流12V控制交流220V。溫控單元主要負(fù)責(zé)接收主機(jī)的操作命令，根據(jù)這些命令設(shè)定溫控單元的參數(shù)、采集各區(qū)域溫度值、顯示溫控單元當(dāng)前狀態(tài)、當(dāng)線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)切換到手動(dòng)方式并報(bào)警、通過(guò)按鍵設(shè)定工作時(shí)間和加熱的溫度等。

2.3 ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

符合IEEE802.15.4協(xié)議且具有低功耗、低成本、低傳輸速率、時(shí)延短及優(yōu)秀的自組網(wǎng)功能等特點(diǎn)的ZigBee技術(shù)，采用的無(wú)基礎(chǔ)構(gòu)架無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)備數(shù)量不加限制，可隨時(shí)建起無(wú)線(xiàn)通信鏈路[3]。本系統(tǒng)中ZigBee節(jié)點(diǎn)是智能建筑電采暖溫控系統(tǒng)控制中心與溫控模塊的通信橋梁，主要負(fù)責(zé)主機(jī)與系統(tǒng)控制中心之間信息的無(wú)線(xiàn)傳輸和根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3系統(tǒng)軟件部分

系統(tǒng)的控制軟件安裝于主機(jī)中，主要通過(guò)控制主機(jī)串行口實(shí)現(xiàn)對(duì)地?zé)犭姴膳瘻乜叵到y(tǒng)硬件設(shè)備的控制，串行口信號(hào)線(xiàn)通過(guò)集線(xiàn)器向下級(jí)聯(lián)至溫控單元使主機(jī)與其通信，從而完成對(duì)智能建筑供暖情況的整體控制。

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的控制軟件是通過(guò)Visual Studio 2010中的C語(yǔ)言創(chuàng)建設(shè)計(jì)的，它可以使管理員方便地控制整個(gè)建筑的采暖情況。使用時(shí)，首先進(jìn)入主界面，通過(guò)主界面的菜單欄和信息欄調(diào)用所需的系統(tǒng)功能，通過(guò)索引欄查看硬件網(wǎng)絡(luò)連接情況，狀態(tài)欄可顯示系統(tǒng)的運(yùn)行信息。具體系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖3-1所示。

3.2 主界面設(shè)計(jì)

主界面是軟件運(yùn)行后顯示的第一個(gè)界面，該界面包括菜單欄、索引欄、信息欄、狀態(tài)欄4個(gè)欄目，這些欄目中包含調(diào)用系統(tǒng)功能所需的子菜單、按鈕、網(wǎng)絡(luò)索引及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息等。

4系統(tǒng)測(cè)試及性能分析

經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能模塊和工作狀態(tài)功能模塊的測(cè)試表明，系統(tǒng)現(xiàn)有的功能均能成功實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)目前有限數(shù)目的溫控器進(jìn)行精確控制，具有較高實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性，基本滿(mǎn)足樓宇智能化的要求。

5結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)充分的考察了解和對(duì)大量資料的研究基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)階段我國(guó)建筑能耗的實(shí)際情況，依據(jù)人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，給出了智能建筑電采暖溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)不僅具有地?zé)犭姴膳到y(tǒng)本身的節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)舒適等優(yōu)點(diǎn)，也具有智能化操作、性?xún)r(jià)比高及維護(hù)方便等特點(diǎn)，符合當(dāng)前建筑智能化的發(fā)展趨勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

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