南方家庭供暖系统设计diy

武汉理工大学毕业设计（论文）南方家庭供暖系统DIY学院（系）机电工程学院专业班级机械工程及自动化专业0803班学生姓名张杰指导教师罗丹学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“”）作者签名年月日导师签名年月日武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要1ABSTRACT21绪论32方案设计421总体方案构想422方案介绍623方案详细设计123详细设计及选型1531数字温度传感器1532遥控器模块1733LCD显示模块1734控制芯片（单片机）选型1835理论计算及热水器选择1936暖气方式选择及参数2237分流器2638电磁阀2639小水泵27310地暖管材料27311暖气片材料284简易DIY设计2941硬件的选型2942单片机编程3043DIY回路的电、液回路32武汉理工大学毕业设计（论文）44经费表格335总结与展望34参考文献35附录36致谢49武汉理工大学毕业设计（论文）1摘要本文首先基于南方的天气特性，进行了暖气需求必要性和暖气应有特点的分析，并设计了几个版本的方案，供读者选择。本文中所设计的方案都是基于单片机的编程实现的，另外还包括暖气管道的设计、电路控制的设计以及程序的流程图。文中针对南方冬季寒冷和夏季炎热的特点进行了冷暖气的双重设计，通过程序和电路的控制，实现设计的功能。文章在最后描述了在DIY过程中所涉及到的器件选型、电路、液流回路及经费使用情况。本文的设计结果可以运用在南方家庭当中，但是要实现预想的结果还需要经过一些实验测试，这个条件是笔者不具备的。本设计的特色在于方案中的冷暖双供的设计可以很好的满足南方人民冬天需要暖气，夏天需要冷气的特点，而且都可以通过自家的热水器和自来水管供水，区别于北方的统一供暖，在工作时间上有很大的柔性，而且主要费用支出为电费。关键词南方家庭；暖气；温度控制系统武汉理工大学毕业设计（论文）2ABSTRACTTHISPAPERFIRSTANALYZETHENECESSITYOFTHENEEDOFHEATINGSYSTEMANDTHEFEATURETHATAHEATINGSYSTEMOUGHTTOHAVEONTHEBASEOFTHEFEATUREOFWEATHERINSOUTHERNCHINA,ANDINTHISPAPERTHEREARESOMEVERSIONSOFDESIGNFORREADERSTOCHOOSEALLVERSIONSINTHISPAPERAREBASEDONPROGRAMSOFSINGLECHIPMICROCOMPUTER,WHATSMORE,THEDESIGNSOFPIPELINEANDCIRCUITCONTROLANDTHEFLOWCHARTOFPROGRAMAREDESCRIBEDINTHISPAPERFORTHECOLDWINTERANDHOTSUMMERFEATURESOFWEATHERINSOUTHERNCHINA,THISPAPERGAVEADESIGNOFHEATINGCOOLINGSYSTEM,ITCANMAKETHEDESIGNEDFUNCTIONSCOMETRUEBYTHECONTROLOFPROGRAMSANDCIRCUITSTHISPAPERDESCRIBEDTHECHOICESOFDEVICES,CIRCUIT,THEFLUIDLOOPANDUSAGEOFRESEARCHBUDGETINTHEPROCESSOFDIYINTHEENDTHERESULTSOFTHISPAPERCANBEAPPLIEDTOHOUSESINSOUTHERNCHINA,HOWEVER,ITSNECESSARYTODOSOMETESTSIFYOUWANTTOSEETHERESULTHADALREADYBEENRECKONEDTOBE,ANDICANTDOTHISTHISPAPERISUNIQUEFORTHOSECONDITIONSTHEDESIGNOFHEATINGCOOLINGSYSTEMCANMEETTHENEEDSOFHEATINGSYSTEMINWINTERANDCOOLINGSYSTEMINSUMMERINSOUTHERNCHINA,ANDPEOPLEINSOUTHERNCHINACANGETWATERFROMTHEIROWNHOME,WHICHDIFFERSFROMHOUSESINNORTHERNCHINA,THEWORKINGTIMEISFLEXIBLE,ANDTHEMAINEXPENSEISELECTRICITYBILLKEYWORDSHOUSESINSOUTHERNCHINAHEATINGSYSTEMTEMPERATURECONTROLSYSTEM武汉理工大学毕业设计（论文）31绪论华尔街日报3月14日发表文章指出，在中国，供暖系统仍然停留在计划经济时代。20世纪50年代，政府制定政策，规定中国北方必须供暖，而为了节省，南方则不必供暖。结果，数十年来，北方人冬天在室内热得出汗，而南方人依然在严冬中冷的直哆嗦。现在，越来越多的中国南方人民开始对现状表示不满。报纸上随处可见读者关于冬季供暖的抱怨信。一些知识分子发表文章认为，供暖政策体现了社会资源的不公平分配。在中国，无论南方和北方，许多酒店和为外国人、政府机构并不受现行供暖政策的制约，拥有他们自己的供暖系统。从上述的描述来看，中国南方的暖气系统已经是势在必行。在南方，需要用到暖气的时间不长，一般都在冬天的两到三个月里。因此，可以利用南方家庭普遍使用的热水器来改造暖气系统。通过这样一个暖气控制系统的研究制作，就将热水器的功能极尽发挥，不但可以满足日常家用热水，还可以在冬季为家庭提供暖气。鉴于目前市场上已经出现“水空调”这样的商品，所以可以采取“水空调”的取水方式，这样一来，暖气设施就可以加入冷气功能。针对我国南方的气候特点，这样的暖气系统如果可以应用到家庭中去，无论是对于人类还是环境来说，都是一个很好的选择。有条件的家庭可以采用地暖式的管道铺设方式，在客厅和卧室分别设置热水管道，而且不同房间的热水供应分别控制，这样可惜选择性的为房间供热同时最大程度地节省热水。管道系统统一由控制器件实现控制，利用温度传感器来获得温度信号，从而辅助控制器件实现各个房间的热水供应（即温度控制）。武汉理工大学毕业设计（论文）42方案设计21总体方案构想211总体方案的示意图如图21所示，热水器安装在卫生间里，出水管道通过分流器分为三向出水，分别供应三个房间的暖气。热水通过暖气管后降温，又返回到热水器中，重复利用。其中，在分流器后安装一个压力水泵，确保水压供应稳定，在分流器后的三个管道上都装上继电器控制的开关，分别用来控制三个房间的供暖。继电器开关由单片机来控制。图21房间管道示意图为了适应南方家庭的居住特点，在本设计中有必要加入降温系统。对于一个南方家庭来说，不仅冬天需要暖气，在进入夏天以后，热浪来袭也是一种煎熬。武汉理工大学毕业设计（论文）5所以在暖气设计的同时，可以在夏季的时候将自来水供入暖气管道，为室内散热。但是，用来降温的暖气管道要与普通的暖气管道区分开来，也可以将水管嵌入墙壁当中，这样通过水的流动，可以帮助散发室内的热量。当夏季来临时，自来水通入暖气管道降温并不实际，如何获得温度较低的水源是一个难题。目前市场上有一种叫做“水空调”的设备，采取地下水为冷水源，通入暖气管道，实现室内降温，为了不造成水源浪费，用完的水还要送入地下。这种采水方式的规模较大，而且如果只是单个家庭是不切实际的，所以可以在每个小区开一口冷水井，为小区的住户统一供水。212总体方案的原理图如图22所示，整个控制系统要有数字温度传感器、LCD显示屏、继电器、遥控器以及单片机芯片组成，根据测得的室内温度来控制继电器的断开或闭合，从而控制电磁阀和水泵的开关。图22控制系统构成213方案的详细介绍假设这个系统是用于一个两室一厅的南方家庭中，并假设需要供暖的房间是两个卧室和一个客厅，为了详细描述，标号为A、B、C三个房间。这三个房间的供暖是各自独立的，简单的说就是一个房间内的冷暖不会对其他房间有任何直接的影响。在冬季，假如A房间的室内温度到达了16以下，而其他两个房间在16以上，而这时系统处于工作状态，A房间内的传感器会监测到A房间的室内温度已经低于16了，因为传感器一直不断的向单片机发射数字温度信号，所以单片机接到低于16的信号以后，会将这个温度显示在LCD显示器和LED数码管上，并且将连接A房间电磁阀和水泵的继电器打开，这样控单片机AT89S52DS18B20遥控器继电器LCD显示器LED数码管武汉理工大学毕业设计（论文）6制A房间热水管道供水的电磁阀和水泵就会进入工作状态，热水进入A房间的散热器，A房间的温度开始升高，当单片机通过A房间内的温度传感器监测到A房间的室内温度高于24时，就会向连接A房间电磁阀和水泵的继电器关闭，这样控制A房间热水管道供水的电磁阀和水泵就会停止工作，从而在室外低温的作用下A房间的室内温度逐渐降低，当温度低于16时，系统将进行上述的同样地工作，总之，简单的说，系统的作用就是要维持室内温度在1624之间。每个房间热水管道的控制跟上面所讲的控制方式相同，不做赘述，每个房间都有独立的热水管道、水泵、电磁阀和继电器，但都由单片机统一编程控制，所以说整个系统是“同一控制，独立执行”。22方案介绍在本次课题中，针对南方家庭不同的需求，做出了几个不同版本的方案设计，在实际应用中，用户可以根据自身需求来选择不同的方案进行家庭暖气的安装。方案具体分为简单、普通、全面三个版本，以下是详细介绍。221方案一（简单版）如图23，在暖气系统工作时，要维持室内温度基本稳定，在问的上下限之间波动。这样的暖气工作方式可以保证室内温度稳定在人体感觉舒适的温度范围内，使南方的家庭可以通过自家的热水器来实现暖气的作用。图23控制系统温度控制曲线流程图如图所示，在这个方案一中，系统包括单片机控制器模块（其中包括温度测量模块、LCD显示模块、继电器控制模块）和液压回路模块（其中包括热水器、分流器、电磁阀、水泵、暖气管道）。本流程图只是示意一个房间的回路工作，若多个房间都要设计暖气管道，那么每个房间的工作方式相同。武汉理工大学毕业设计（论文）7图24方案一流程图正如图24所示，在该工作模式下，当系统通电后，温度传感器检测到的室内温度自动在LCD屏幕上显示出来。并在LCD液晶显示屏上显示出“AUTO/OFF”的字样，顾名思义是自动模式处于关闭状态。这样系统程序循环一次就会更新一次室内温度，当在循环过程中检测到遥控器按下“打开”键时，LCD液晶显示屏就会显示出“AUTO/ON”的字样，表示系统已经进入自动工作模式。在自动工作模式下，若室温低于16，系统则会启动继电器，从而电路中NNYYYY电源LCD显示AUTO/OFF检测温度并显示遥控器开低于16NN继电器开LCD显示AUTO/ON继电器开电磁阀、水泵开高于24关闭继电器电磁阀、水泵关武汉理工大学毕业设计（论文）8的电磁阀和水泵进入工作状态，热水器中的热水就在水泵的作用下进入暖气管道，为室内提供热能。因为程序每次循环都会检测室内温度，所以，当室内温度达到24的时候，系统则会向继电器发出停止信号，这时继电器就会断开，水阀和水泵就会关闭，室内温度就会停止升高。优劣分析优点这种方案可以实现家庭暖气的基本要求，成本稍低，而且程序开发相对简单；缺点本方案中只有暖气模式，这样在南方的夏天，管道就会被搁置，这样管道容易随坏，而且显得性价比不高。并且要在热水器事先有热水的情况下才能满足功能。222方案二（普通版）和方案一最大的区别在于，在本方案中，系统中不但包括暖气控制，而且还包含有简单的冷气功能，而这个冷气功能能否达到预想的效果还不得而知，如果家庭采用地暖管道铺设，而且铺设面积较大的话，冷气的功能还是可以有所体现，但毕竟冷水的凉爽效果不如空调来的舒服，但却比空调更为健康，更为自然，对环境的污染也少的多。如图25所示，是方案二的流程方框图，在本方案中，系统的工作模式包括暖气控制和冷气控制，而工作模式的选择需要人工通过遥控器来选择。实际上这种工作方式跟线型市场上的空调的工作方式很相似，但是它们之间还是存在很多不同的地方，比如说，空调的制冷效果更好而且更快，空调是通过吹风来实现热量的传递；而本方案的基础还是一个暖气系统，是通过热辐射来实现热量的传导，这里的制冷功能只是暖气系统的一个拓展，效果的好坏要视管道铺设密度大小和覆盖面积多少来定，但是这样的系统在制冷时有一个很大的优点大家都知道空调都是含有氟的，而这种元素对于大气的污染是非常严重的。空调的使用会使地球进入一个恶性的循环，就是温度升高了，人们会更多使用空调，这会进一步地污染大气，使大气温度升高；而如果采用这种制冷方式的话，对于大气层的污染会大大减少，而且这种制冷方式是辐射式的降温，如果在地板和墙面内都安装管道的话，就会将室内与室外通过冷水隔离开来，这样通过冷水的循环来吸收热量，便可以使室内的温度有一定的下降。武汉理工大学毕业设计（论文）9图25方案二流程图YNYYYNNYYN电源LCD显示AUTO/OFF检测温度并显示遥控器开制冷模式LCD显示AUTO/OFFHEATING低于16热继电器开热水阀、水泵开高于24热继电器开关闭热继电器热水阀、水泵关LCD显示AUTO/ONCOOLING高于24低于16冷继电器开冷水阀、水泵开关闭冷继电器冷继电器开冷水阀、水泵关关闭热继电器关闭冷继电器武汉理工大学毕业设计（论文）10在该方案中，当系统通电后，温度传感器检测到的室内温度自动在LED灯上显示出来，并在LCD液晶显示屏上显示出“AUTO/OFFHEATING”的字样，即自动状态关闭并默认为制热模式。系统程序每次一循环都会检测并更新室内温度值，当在循环过程中检测到遥控器按下“打开”键时，若遥控器未改变模式，则进行制热模式，LCD液晶显示屏显示“AUTO/ONHEATING”的字样，若室温低于16，系统则会启动继电器，从而电路中的电磁阀和水泵进入工作状态，热水器中的热水就在水泵的作用下进入暖气管道，为室内提供热能。因为程序每次循环都会检测室内温度，所以，当室内温度达到24的时候，系统则会向继电器发出停止信号，这时继电器就会断开，水阀和水泵就会关闭，室内温度就会停止升高。通过程序完善以后，当继电器开关状态时，LCD上也可以显示，当继电器开时，LCD的最后一个字符显示符号“”；当继电器关时，LCD最后一个字符显示“”。若在按下“打开”键以后，改变了工作模式，即切换到制冷状态，LCD显示器就会显示“AUTO/ONCOOLING”的字样。此时，若室温高于24，先关闭热继电器，然后制冷管道电路中的继电器打开，自来水进入暖水关，降低室内温度。当室内温度低于16时，冷继电器关闭，室内温度不再升高。优劣分析优点相比于简单方案中的功能，这个方案中增加了制冷工作模式，可以在夏季充分利用系统进行工作，将系统的利益发挥到最大化。缺点虽然增加了制冷模式，但是由于制冷源于自来水，如果在夏季很炎热的时候，效果不会很明显。同上一方案一样，本方案必须建立在事先热水器有热水的基础上。223方案三（全面版）在这个方案中，上述两个方案中的一些问题得到了解决，这个方案的电路将热水器的开关串联其中，可以控制热水器在需要的时候加热烧水，这要通过温度传感器测量热水器内热水温度来实现控制。本方案最大的特点在于，系统的工作方式可以自动选择；而且既然是精英版的方案，里面的各种硬件设施都比较高端，比如说电容触摸屏的控制面板、静音的水泵电机等。但这个方案中要实现的功能更多，所控制的器件和检测的元件也较多，所以使用到的接口就会更多，因此，若AT89S52单片机的引脚数不够的话，需要更换引脚更多的单片机。如图26所示，就是方案三的框图。武汉理工大学毕业设计（论文）11图26方案三流程图NYNYNYNYNNYYNNYNYNYNYYN电源AUTO/OFF检测温度并显示遥控器开当前温度低于16AUTO/ONHEATING有热水冷水阀开开热水阀关闭冷水阀高于27INPUTMODE输入模式暖气模式热水器加热到60度AUTO/ONCOOLING热水阀关闭热水阀打开冷水阀水阀、水泵开继电器开开继电器水阀、水泵开1624关继电器水阀、水泵关2723关继电器水阀、水泵关武汉理工大学毕业设计（论文）12此方案中，系统有两种工作模式，即制冷模式和制热模式。同前两个方案相同，当系统通电后，若未按下“打开”键，系统只在LED和LCD上显示室温和“AUTO/OFF”。当按下“打开”键后，系统进入工作状态，检测当前温度是否低于16，若低于16，则系统进入制热模式。在制热模式中通前两个方案的不同之处在于，在本方案中，会检测热水器是否有热水，若没有则快速加热两分钟，然后工作，之后的工作模式同前两个方案相同。若即时温度高于24，系统进入制冷模式，其工作方式同方案2相同。若即时温度在16和24之间，则LCD上显示出“INPUTMODE”，此状态下，室内的人可根据自身感觉来选择工作模式；也可以不选择，系统将会在温度低于16或者高于24时重新启动制热或者制冷工作模式。优劣分析优点此方案设计更加人性化，无需多少操作就可以实现工作模式的自动选择和切换，而且会自动检测热水器是否有热水，操作方便，只需控制总开关即可。缺点此方案的硬件设施同方案2中没有差别，但是主要难度集中在程序编制方面，而且要实现这样的功能会使程序的循环周期变长，这样温度的更新较慢，但无伤大雅。23方案详细设计231方案一设计1）电路设计电路采用继电器开关控制，由于在方案一中，每个房间的地暖管道都有各自的控制，所以方案中采用三个（数量与热水管道数相同）继电器分别控制每个房间的电磁阀和水泵，而这三个继电器又单片机程序统一控制，各自之间相对独立。如附图1，电路中的SB1开关由单片机控制，当室内温度达到设定值的时候，单片机程序会控制开关SB1打开，这是继电器KM1得电，电路通电，接在变压器另一端的电磁阀和水泵便进入工作状态。2）液压回路设计如附图2所示，是方案一的液压回路设计，经过热水器加热后的热水经过集分水器流入各个管道，当某个房间的室内温度低于16时，单片机便会控制这个房间内的电磁阀和水泵打开，热水进入这个房间的地暖盘管，这个房间的室内温度开始上升；当上升到24时，单片机控制电磁阀和水泵关闭，室内温度在武汉理工大学毕业设计（论文）13外在寒冷环境的作用下慢慢下降，如此往复，室内的温度会保持在大约1624的范围。232方案二设计1）电路设计相对于方案一中的电路，方案二的电路设计显得更加复杂。由于在方案二中有暖气和冷气两个功能，需要分别控制，同时要保证暖气和冷气不同时工作。如附图3所示，图中下面的电路中，两个变压器并联在220V的电源上边，这两个变压器的另一侧分别是热水管和冷水管的电磁阀开关。图中的SB1和SB2由单片机来控制开关，为了保证FR和FL不会同时工作，在并联的两个支线中，要设置互锁功能，即当打开热水阀时，要断开冷水阀，打开冷水阀时，要断开热水阀。在图中使用常开、常闭的继电器开关可以解决这个问题。如图中所示，当继电器KM1得电，常闭开关KM1断开，这样热水管道进入工作状态，而冷水管道则停止工作；相反，当继电器KM2得电，常闭开关KM2断开，这时冷水管道进入工作状态，而热水管道停止工作。在附图3中上边的电路中，可以看到与方案一中的电路类似，只是在电路中加入了KM3和KM4的两个常开的继电器开关，这样设计是为了保证当热水或者冷水总阀打开后，每个房间的电磁阀和管道才可以自由的进入或者停止工作状态，有效的防止因为总阀没打开而导致水泵过载的情况的发生。当FR通电进入工作状态，继电器KM3得电；当FL通电进入工作状态，继电器KM4得电，这两种情况下，各个房间的阀门和水泵开关都可以进入工作状态。2）液压回路设计方案二中的液压回路跟方案一相差不大，主要区别就是加入了冷水管，并且在冷热水的进口都加入了总阀门。最大的区别还是在于电路的设计和程序的编写来有效的控制冷热水的转换和每个房间供水的控制。233方案三设计1）电路设计该方案中的电路设计充分考虑了使用的安全性，更加有效合理的为电路加入了延时控制。如附图5所示，整个电路图和方案二中的电路图很相似，区别的地方在于，每个房间的电磁阀和水泵的控制电路中。电磁阀和水泵并联连接，电磁阀串联一个得电延时继电器和一个断电延时继电器开关，而水泵串联一失电延时继电器和一个得电延时继电器开关。这样的设计会实现的功能是当电磁阀打开，水泵会延时片刻再开启；而当水泵停止，电磁阀会延时片刻再关闭。这样的功能有效的武汉理工大学毕业设计（论文）14避免了水泵在开始和停止工作时可能出现的超负荷工作的情况。具体工作方式如下当热水或者冷水总阀打开以后，房间内达到设定的温度，单片机程序会控制房间内的电磁阀F1和水泵B1打开进入工作状态，由于电磁阀F1打开需要一个过程，这时水泵B1可能会进入超载运转，在加入延时装置以后，当通电后，得电延时继电器KT1得电，电磁阀F1马上打开，而由于水泵B1和得电延时继电器常开开关KT1串联，所以会延时片刻进入工作状态，这样就有效的避免了水泵B1超载的发生；当房间温度达到适合温度时，单片机程序控制房间内的电磁阀F1和水泵B1关闭，由于惯性，水泵B1的关闭要一些时间，而电磁阀F1的关闭时间较快，所以这时也可能会导致水泵B1进入超载状态，而在加入延时装置以后，当断开电源，失电延时继电器KT2失电，水泵B1会马上停止工作，而由于电磁阀F1和失电延时继电器常闭开关KT2串联，所以会延时片刻关闭，这样同样避免了水泵B1超载的发生。2）液压回路设计如附图6所示，该方案中的液压回路和方案二中的区别就是在每个房间中的电磁阀和水泵之间连接一个安全阀到回路出水口处，这样的话，一旦程序发生错误或者硬件损坏，造成电磁阀关闭，而水泵仍然工作的情况，当管道内的压力达到安全阀设定值的时候，安全阀就会自动打开，防止水泵因为过载而损坏了管道系统中的任何部件而造成安全上的威胁。武汉理工大学毕业设计（论文）153详细设计及选型31数字温度传感器311数字温度传感器优点在本设计中采用的温度传感器型号为DS18B20，这种传感器在使用时较普通的温度传感器有很多优点1具有3引脚TO92小体积封装形式在其内部使用了在板ON2BOARD专利技术,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内2温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度,测温分辨率可达00625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。3其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。4独特的单线接口方式DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。5DS18B20支持多点组网功能多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现多点测温,可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20温度传感器的误差范围在005之间，其误差曲线如图31所示图31温度传感器误差武汉理工大学毕业设计（论文）16312温度信号与单片机传输介绍由于DS18B20与单片机只是通过单个引脚直接相连，却要输送16位的温度信号，所以在单片机内有特殊的程序来完成对温度信号的读取和显示。读取温度传感器数字信号的程序要按照严格的循环顺序来执行，即1）DS18B20的初始化。图32初始化时序图2）DS18B20的写操作图33写时序图3）DS18B20的读操作图34读时序图武汉理工大学毕业设计（论文）1732遥控器模块如图35所示，是遥控器芯片WD6122的结构框图，从图中可以看出控制芯片由键盘扫描输入/输出电路、振荡电路、输出控制电路等组成。图35WD6122模块构成如图36所示，WD6122所发送的一帧码含有一个引导码，16位的用户编码和8位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。引导码由一个9MS的载波波形和45MS的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式（PPM）。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1”。每次8位的码被传送之后，它们的反码也被传送，减少了系统的误码率。图36WD6122发送的一帧码33LCD显示模块331LCD芯片及硬件电路本设计中采用的LCD芯片型号为LCD1602，共有16个引脚，其中八个为数据传送引脚，LCD1602有自己独特的工作方式，所以在程序编制的时候要注意按照其要求的工作模式去编写。在本设计中，LCD显示的内容分上下两行，第一行显示“AUTO/OFF”或者武汉理工大学毕业设计（论文）18“AUTO/ON”，用来表示暖气系统的工作模式是否打开；第二行显示的是房间内的即时温度。332LCD的显示控制LCD显示的内容包括自动模式的开关和即时的室内温度，所以需要遥控器和温度传感器协同工作，其具体控制方式是当单片机接通电源，根据程序的设置，LCD的第一行显示“AUTO/OFF”的字样，温度传感器DS18B20进入工作状态，测得的温度经由单片机程序处理以后，转换成人们经常见到的十进制数字，显示在温度的第二行，例如“TEMP250”；当认为按下遥控器的开关键以后，系统的自动模式进入工作状态，LCD显示屏的第一行显示“AUTO/ON”的字样，第二行的显示温度不变。34控制芯片（单片机）选型控制芯片在选型的时候有三种选择AVR单片机、51单片机和ARM单片机，考虑到ARM单片机的价格较高，从经济性上考虑，就排除ARM单片机；而虽然AVR单片机的工作更稳定，而且处理速度更快，但是关于51单片机更加通用，而且，现在的51单片机性能都有了很大程度上的提升，所以最终选择用51单片机来完成本次课题。在本课题中，使用到的控制芯片为ATMEL公司生产的AT89S52芯片，属于“51单片机”的一种。AT89S52具有以下标准功能8K字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ图37AT89S52静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。在本课题中，单片机是控制系统的核心器件，主要工作任务有从DS18B20获取温度信号并且将其16位的温度信号转化为BCD码，然后存储起来，以供显示使用；另外单片机控制LCD1602的读写操作，以及显示的内容；将转换过后的温度数值与设定的温度上下限进行比较，然后实现继电器的开关控制，从而控制液压回路的流通和断开。如图37所示，是AT89S52单片机的引脚图。武汉理工大学毕业设计（论文）1935理论计算及热水器选择351房屋散热计算公式1）建筑物热损失建筑物内部和外部之间的温差导致了热量通过房屋向两个温度之间较低的温度处流动，从而造成热量散失现象。热量通过墙壁、地板和屋顶进行传热，我们了解通过每个表面散失的热量是多少就非常重要了，这样就能够进行计算以便让建筑物达到理想的温度。热量传导采用“U”值进行计算，就是部件两侧每一摄氏度的温度差所导致的部件每平方米以瓦为单位的散热速率。“U”值随后代入下列公式建筑物热损失（瓦）U值W/MCX面积MX温度差C，即，在设计的冬季条件下的房间温度与室外温度之间的差别。2）通风热损失热量也会通过通风而散失。通过房屋的空气流动会导致热量散失，我们可以用房间本身的容积除以每小时流经房间的空气体积来计算此比率。这样可以得到每小时的换气率。幸运的是，已经有人提供了推荐数值且可以在网上找到。典型的起居室和餐厅存在约15的换气率，而厨房、浴室和盥洗室的换气率约为20。拥有开放式水道的房间的换气率约为40。当然，这个数值确实取决于与所估算的房屋类型。漏心、老旧的房屋的换气率会比较现代的房屋高。在空气比热下所选择的通风系数为033W/MC，并用于计算由于渗透或机械通风所导致房间内换气所对应的热量散失。为了计算通风热量损失，上述信息将代入下列公式通风热量损失（瓦）房间容积MX换气率数量X温度差CX通风系数W/MC3）房间总热量散失总房间热量散失（瓦）如下计算建筑物热量散失通风热量散失。这表明了将房间保持在理想设计温度下所需要输送到房间的热量。这个数据可以随后用于确定房间内所需要的散热器的大小。房屋范围内的每个房间和采暖空间均必须重复执行上述流程。352热水器选型以一套两室一厅的房为例，如图38，设其房间总面积为100，顶楼，其中大卧室为25，小卧室为15，客厅为25，其余为35。武汉理工大学毕业设计（论文）20初始条件为武汉的冬季纬度东经1134111505，北纬29583122冬季采暖室外日平均温度8的天数100天冬季日平均温度8期间的平均温度38冬季室外平均风速16M/S根据人体舒适性设计温度为18（实际在16到24之间）图38户型实例查表的房屋各个墙面的传热系数及各部分面积（设房屋高为3M）南北外墙K10548W/M2F1133278分户墙K21557W/M2F2739348分户楼板K31048W/M2F3100顶板K40461W/M2（限制小于045W/M2，故取045W/M2）F4100不采暖公共部分隔墙K50728W/M2F5133312计算个部分墙面的“建筑物热损失”南北外墙Q1K1F1TNTW054878183860696W分户墙Q2K2F2TNTW1557481838106125W武汉理工大学毕业设计（论文）21分户楼板Q3K3F3TNTW10481001838148816W顶板Q4K4F4TNTW0451001838639W不采暖公共部分隔墙Q5K5F5TNTW072812183812405W故房屋的总“建筑物热损失”为QJQ1Q2Q3Q4Q56069610612514881663912405391942W计算房屋的“通风热损失”热量也会通过通风而散失。通过房屋的空气流动会导致热量散失，我们可以用房间本身的容积除以每小时流经房间的空气体积来计算此比率。这样可以得到每小时的换气率。幸运的是，已经有人提供了推荐数值且可以在网上找到。典型的起居室和餐厅存在约15的换气率，而厨房、浴室和盥洗室的换气率约为20。拥有开放式水道的房间的换气率约为40。当然，这个数值确实取决于与所估算的房屋类型。漏心、老旧的房屋的换气率会比较现代的房屋高。在空气比热下所选择的通风系数为033W/MC，并用于计算由于渗透或机械通风所导致房间内换气所对应的热量散失。为了计算通风热量损失，上述信息将代入下列公式通风热量损失（瓦）房间容积MX换气率数量X温度差CX通风系数W/MC卧室和客厅Q1653151420331370655W其他Q2353214203398406W故房屋的“通风热损失”为QTQ1Q21370655984062354715W所以房屋总的散热功率为QJQT39194223547156274135W假设热水器的工作方式为水温达到90停止加热，水温达到60开始加热，按照理想状况，即热水器没有热能泄露的情况下，若要在10MIN之内将房间温度升高，可以计算出所需要的热水器容积V6274135600/（4210301）299L市场上一般家庭用的热水器容积为4050L，即热式的热水器功率在60008000W，但储水式的热水器功率一般只有10002000W，所以使用储水式的热水器的家庭必须在暖气系统工作前将热水器中的热水加热到所需温度，方可使用。武汉理工大学毕业设计（论文）2236暖气方式选择及参数361散热器1）散热式暖气介绍散热式暖气就是我们通常见到的北方家庭普遍使用的暖气片，暖气片的材质有很多种，从最初的铸铁散热器到现在的钢制散热器、铜铝复合以及钢制内搪瓷的散热器，近几年市场上还出现了一种新的“免抽真空超导暖气片”。暖气分为水水暖和气暖，通常我们所说的暖气片指的是水暖，就是利用壁挂炉或者锅炉加热循环水，再通过管材链接到暖气片，最终通过暖气片将适宜的温度输出，形成室内温差，最后进行热循环使整个室内温度均匀上升。而气暖则是在制热设备（锅炉）中加热经过水处理设备处理过的水，使其蒸发，采用蒸发的水蒸气来通过暖气片给房间供热。水蒸气在暖气片中以对流的形式将热量传给暖气片，暖气片通过自身的导热，将热量从内壁传到外壁，外壁以对流的方式加热空间的空气，同时以辐射的形式加热空间中包含的壁（墙体，家具，人体等）。使房间的温度升高到一定的温度。2）暖气片选择国内外许多散热器均用BAR作为单位，大多数工作压力均为10BAR以上，1BAR可承受相当于10M水柱的压强，10BAR即100M水柱压强，对于广大用户来说10BAR或以上的散热器应该是合理的选择。选型选型时自己应明了进出口水温、要求室温、居室热负荷、窗台高和宽、自家所用的采暖系统是单管还是双管等因素，这里有一选型公式QKTS（T进口温出口水温室温；Q居室热负荷，K散热器与空气的传导系数；S居室面积）。这就是说散热器散热量要与居室热负荷相当，才能满足我们自己取暖要求，故根据求得的热负荷值对应商家的选型表即查出散热器的相应型号。是选择板式还是柱型散热器。对于面积小的空间，例如卫生间，可以选择柱型散热器，因其采用壁挂式，可节省室内空间；横柱上还可挂毛巾或烘烤小件衣物；对于面积较大的居室，则建议购买板式散热器，因其内部增加对流板，辐射加对流的散热方式可使室内在最短时间内达到最佳散热效果，并能节约大量能源。散热量与进出口水管的尺寸并无实际关系，主要是要看水在暖气中的流速，只要水流速能够达到标准，散热量同样会得到保证。认为暖气水管进出口尺寸大，散热性能就好的观点是错误的。3）暖气片数的选择算面积计算卧室、起居室、卫生间等面积，作为测算的基础数据。武汉理工大学毕业设计（论文）23算瓦数（W）“W”（瓦）是暖气的供暖量，多大“W”可以温暖多大面积的房间有计算依据，我们可根据以下民用建筑供暖热指标测算参考数据，来计算出应购暖气的数量。住宅4570，办公室、学校4080，医院、幼儿园6580，单层住宅80105，食堂、餐厅115140（单位W/平方米）。以上仅为理论数值，实际生活中可能还会有所变化。一般情况下，把边、阴面、顶楼、底楼要冷一些，在计算供暖量的时候要考虑富裕量。可再适当加上1020作为富裕量，以免暖气在冷天时热量不够。供热不足也要适量增加。算片数当需要的总瓦数计算出来后，就可以换算出需要购买暖气的片数，进而可以计算出需要购买暖气的组数。（购买暖气都有散热功率的）。安装注意不要影响暖气的散热空气对流实例计算20平米客厅（阴面）按照住宅热值中间值60W/平暖气选用7575/400的柱形铜铝暖气（散热功率107W/柱）暖气组数N206012/1071345取整数14柱如果选用7575/1600的柱形铜铝暖气（散热功率366W/柱）暖气组数N206012/36639取整数4柱。362地暖1）地暖介绍水地暖是指把水加热到一定温度，输送到地板下的水管散热网络，通过地板发热而实现采暖目的的一种取暖方式。低温地面热媒在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度梯度，从而给人以脚暖头凉的舒适感。地面辐射供暖符合中医“温足顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。从热媒介质上分为水地暖和电地暖两大类，从铺装结构上分为湿式地暖和干式地暖两种，干式地暖不需要豆石回填（属于超薄型）；从表面饰材上分为地板型地暖和地板砖型地暖；从功能上分为普通地暖和远红外地暖。图39地暖层分解图武汉理工大学毕业设计（论文）242）地暖系统应注意的问题地板表面的平均温度人员经常停留的地面，宜采用2426，温度上限值28。人员短期停留的地面，宜采用2830，温度上限值32。无人员停留的地面，宜采用3540，温度上限值42。供回水温度供水温度的上限值60、65、70、75等。从安全和使用寿命考虑，民用建筑的供水温度不应超过60。供回水温差宜小于或等于10。热负荷地暖的热负荷，应按有关规范进行。对计算出的热负荷乘以09095修正系数或将室内计算温度取值降低2均可。局部采暖的热负荷，应再乘以附加系数。有效散热面计算有效散热量时，必须重视室内设备、家具及地面覆盖物对有效散热面积的影响。填充层填充层的厚度不应小于5CM（包括面层）。当面积超过30或长度超过6M时，填充层宜设置间距小于或等于6M，宽度大于或等于8MM的伸缩缝。地暖加热管穿过伸缩缝时，宜设长度不大于200MM的柔性套管。压力工作压力不宜大于08MPA。如超过应采取措施。流速地暖加热管内水的流速不应小于025M/S，不超过05M/S。同一集配装置的每个环路加热管长度应尽量接近，一般不超过100M，最长不能超过120M。每个环路的阻力不宜超过30KPA。绝热层楼板结构层间应设地暖绝热层，宜采用聚苯乙烯板，表观密度20KG/M3，厚度不宜小于20MM。3）地暖优缺点介绍地暖的优点舒适、卫生、保健地面辐射供暖是最舒适的供暖方式，室内地表温度均匀，室温由下而上逐渐递减，给人以脚温头凉的良好感觉；不易造成污浊空气对流，室内空气洁净；改善血液循环，促进新陈代谢。武汉理工大学毕业设计（论文）25节约空间、美化居室室内取消了暖气片及其支管，增加使用面积，便于装修和家居布置，减少卫生死角。高效节能辐射供暖方式较对流供暖方式热效率高，热量集中在人体受益的高度内；传送过程中热量损失小；低温地面辐射供暖可实行分层、分户、分室控制，用户可根据情况进行调控，有效节约能源。热稳定性好地面供暖地面层及混凝土层蓄热量大，热稳定性好，在间歇供暖的条件下，室内温度变化缓慢。运行费用低较其它供暖设备节能约20,可充分利用低温热水资源或利用电价政策,降低运行费用。使用寿命长低温地面供暖中塑料管材或发热电缆埋入地下，稳定性好、不腐蚀，无人为破坏，使用寿命与建筑物同步。较对流供热节约维护和更换费用。适应性强设备不受室外温度的影响，大大延长采暖系统的寿命。地暖的缺点对层高有38厘米左右的占用（选用保温材料、地暖管材不同，施工方案、方法不同，对层高的影响不同）。地采暖可维修性差地板采暖属隐蔽性工程，不易维修，装修时要选择耐压耐温耐腐蚀，热稳定性能好的高科技环保管材。铺设木地板会有干裂的麻烦，最好选用复合地板、地砖或大理石。不便于二次装修由于地采暖的热管道都铺设在地下，二次装修改造地面时，容易损图310两种暖气方式坏地下管道。并且，地板上不宜铺设地毯之类的装饰品，否则容易影响采暖效果。设定温度不能太高，否则将大大降低输送管道的使用寿命。卫生间使用受限，由于地采暖的送热管道比较复杂，出于防水考虑，铺设地暖盘管前后都要做防水，由于卫生间铺设范围小（比如要预留坐便、浴盆、下水口等），室温往往达不到采暖标准，还需辅以背篓（暖气片）做辅助。地暖系统在运行24年时，地暖管路产生水垢，需要专业设备进行清洗，不然直接影响采暖效果。363暖气种类的选择从上述的两种暖气来看，地暖虽然安装较为麻烦，但是使用安全稳定，而且其表现出来的暖气效果要由于散热片式的暖气。所以在我的方案中，建议有条件武汉理工大学毕业设计（论文）26的家庭在客厅、卧室中尽量使用地暖式暖气供暖。而在卫生间中如果使用地暖则会显得更加复杂，而且没有必要，所以在卫生间还是尽量使用暖气片供暖。如图311所示，便是暖气的安装方式。图311某管道公司安装实例37分流器它一方面将供暖主干管的水按建筑供暖需要进行流量分配，保证各区域分支环路的流量满足供暖负荷需要。同时，还要将各分支回路的水流汇集，并输入供暖回水主干管中，实现循环运行。市场上的分流器口径型号一般为DN20DN40，一般家庭地暖中使用的为DN25的管口直径，即25MM；管口数一般是5个或者8个，如果家庭中需要供热的房间较多，比如说别墅中，可以选择管口数为8的分流器，一般的居民家庭使用管口数为5个的分流器；一般分流器的材质为铜或者铜铝合金，安装时尽量使用这两种材料的分流器。38电磁阀电磁阀安装在分流器的热水管出口处，和单片机系统中的电磁继电器连接在同一个电流回路中，即由单片机来控制电磁阀的开关。武汉理工大学毕业设计（论文）27由于分流器的出水管口都是DN25，所以为了配套起见，电磁阀的进水管口选择DN25；由于暖气中的热水属于高温流体，所以要选择采用耐高温的不锈钢材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞型原理结构的；最好选择其中带有过滤网的电磁阀，可以防止水中的少数杂质进入暖气管道，造成管道的堵塞；由于用于暖气系统中，所以并不需要有特殊的功能，故选择最简单的直动式电磁阀。电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。39小水泵流量是水泵选择的重要数据之一，它直接关系到整个装置的生产能力和运输能力，所以在选水泵时要进行计算地暖加热管内水的流速不应小于025M/S，不超过05M/S，若选择直径为20MM的管道，那么流量计算公式Q3600VS3600VR/4最小流量QMIN3600025314002/402826M/H最大流量QMAX360005314002/405652M/H若暖气管采用直径为25MM的管道，那么最小流量QMIN36000253140025/404416M/H最大流量QMAX3600053140025/408832M/H水泵的扬程也是一个选型的重要数据，由于在暖气管道回路中，水泵一般位置都高于暖气管道，所以扬程没有一个明确的规定，主要还是按照流量要求来选取。310地暖管材料管道直径可以选择20或者25的管道，管道材料有多种选择交联聚乙烯铝塑复合管（XPAP）中间的铝层具有阻氧功能，也能一定程度上提高管材的耐内、外压性能，施工时弯曲后能保持形状，但弯曲半径比较大，在安装时或受到瞬间高温时，可能会发生脱层，而且价格也较高。PPR管价格低，耐高温性能好，可焊接，但管壁较厚，在地暖施工时弯曲困难，回弹力较大，而且导热性较差。PEX管包括PEXA和PEXB两类，低温韧性好，比PPR更耐高温，抗应力开裂性好，但是原材料发生了交联，不能回收利用，也不能使用热熔连接，一般使用铜管件连接，长期使用易发生漏水。PERT管保留了PEX管的优点，但是没有发生交联，管材仍然可以通过热熔连接，接头可靠，不易发生渗漏，柔韧性和耐低温性能也较好。PB管PB材料性能优异，有“塑料黄金”的美誉。PB管重量轻，耐压、武汉理工大学毕业