【《基于单片机的家用供暖智能调节系统设计与实现》11000字】

基于单片机的家用供暖智能调节系统设计与实现摘要本文针对家用供暖智能调节系统进行了理论分析和实验研究,设计了一套基于单片机控制的家用供暖智能调节系统,不同的家庭有各不相同的供暖需求，此系统可以针对不同的需求进行自由设置，实现多种功能。在本系统中，该系统可以实时监测每个房间的环境温度，并且能手动设置温度的上下限，单片机通过对比环境温度和设置温度自动进行调节；当房间内无人存在时,系统将开启低温运行模式，以此提高能源利用率，做到节约资源。本文所设计的家用供暖智能调节系统,以AT89C51单片机作为主控部分,使用用红外传感器来检测房间内是否有人,当红外传感器检测到有人时,单片机就会向驱动电路发出信号,控制电磁阀的开度,以此调节热水的流量,最后通过散热器使房间温度升高,同时单片机与LED显示屏相连,用DS18B20温度传感器进行温度检测,实时显示房间内的温度。关键词：供暖智能调节目录TOC\o"1-3"\h\u13425第一章绪论 124719第二章智能供暖系统的总体设计方案 455992.1智能供暖系统简介 4108502.1.2智能供暖系统的工作原理 4274412.2智能供暖系统设计方案 468312.2.1智能供暖功能介绍 4121922.2.2供暖系统设计方案 5232942.2.3供暖连接介绍 6238102.3供暖系统硬件简介 7170372.3.1壁挂炉 7100682.3.1电磁阀 8287292.3.3安全阀 8188272.3.4分集水器 952532.3.5自动补水阀 1056232.3.6循环水泵 10299382.3.7散热器 11201602.3.8红外传感器 1115113第三章硬件设计 13120993.1主控部分选型 13298933.1.1单片机最小系统 1354653.2功能模块部分选型 1664673.2.1温度显示模块 16291293.2.2温度采集模块 18153173.2.3上下限控制 2085783.2.4报警模块 2010491第四章软件设计 2274894.1主程序 22173534.1.1主程序流程图 2271244.1.2主程序说明 23286044.2子程序 26253754.2.1温度采集函数 26292054.2.2温度显示函数 2798604.2.3延时函数 31202744.3中断程序 3213834.3.1按键中断程序 3229394.3.2定时器中断程序 344826第五章实验结果 36135275.1Protues仿真 36224655.2实物焊接 38209第六章总结 402789参考文献 41绪论1.1课题背景及意义冬季寒冷的天气会严重影响人们的日常生活,因此，在家庭之中我们就需要很好的保暖措施来抵御严寒,在以往有炕,炭火加热等取暖方式,但是这些方式在现代城市生活中就非常的不适合,所以就需要寻找更为合适的方式。现如今空调在城市中非常普及,夏天可以制冷,冬天可以加热,但是在冬天使用空调的成本过高,还会造成室内过于干燥，因此使用空调供暖不是一个很好的选择。因此，暖气也许是冬天的最佳之选。近年来，人们的生活品质越来越高，人们对暖气的使用也越来越广泛，尤其是我国北方大部分地区，多数都是采用集中供暖的方式来度过寒冷的冬季。而且，集中供暖大部分都是按供暖面积收费，并且供暖设备整个冬季都会打开，房间内无人时也不会自动关闭。因此，长此以往，不仅会加重家庭的财政压力，更会造成资源的严重浪费。所以，设计出一套方便、实用且节约资源的家庭供暖系统人们的日常生活和资源的节约都有非常重大的作用。家庭供暖系统就是不同于小区的集中供暖，通过燃气壁挂炉提供热源，烧热的热水会通过管道流向各个房间内的散热器中，散热器中的热水会逐渐降低温度，以此来达到供暖的目的。这种家庭独立的供暖方式能满足每个家庭不同的供暖需求，比如出差，旅行这种长时间不在家的情况下就可以关闭供暖系统，在一定程度上可以节约资源，并且家庭供暖系统可以对每个房间单独供热，房间无人时就不进行供暖，每个房间的供暖温度都可以自动设置，即舒适又方便，还能持续不断的提供生活用水，使日常生活更加方便。除此之外，家庭供暖系统清洁高效，成本较低，节约资源，对家庭和社会都有极大的意义,应用市场前景广泛。1.2国内外研究现状21世纪以来，世界各地的工业水平和经济水平快速发展，这就导致大量的自然资源使用过度，因此，越来越多的国家意识到节约资源和保护环境的重要性和急迫性。然而在冬季供暖方面，需要消耗大量的资源，造成严重的资源浪费，所以世界各国的专家学者对智能供暖做出了一系列的研究，下面我将详细介绍。国外著名的研究例子有：1981年，德国颁布了有关热费的规定，非强制性规定在新建住所中安装分户热计量装置，按照每户所使用的热量进行分户缴费[1]。2003年，韩国首尔大学有人提出了一种人工神经网络的通用技术，并应用在供暖系统中，能很好地确定供暖系统的最优启动时间，也能提高用户的舒适性和能源的利用率[2]。2003年，一位意大利的教授AringhieriR.，他发现区域供热厂能节约成本，减少城市污染，据此他提出来一种线性规划模型，这种模型可以用于区域供热厂的资源管理，还能解决配电网络的设计问题，很好的提升了资源的利用率[3]。2004年，LLi和MZaheeruddin教授建立了直接区域供热系统的动态模型，这种供热系统的特点是长延时性，根据这种特点设计了一种控制策略，它可以使能源的控制达到最佳，并能大大的节约能源[4]。2005年，英国牛津大学的ZLiao和MSwainson等人利用计算机模块和实验研究回顾了英国当前的加热系统控制实践。研究表明，新开发的锅炉控制算法可以通过更适当地控制锅炉并减少恒温散热器阀使用不佳的影响，从而显着节省能源[5]。2008年，比利时的L.Peeters等人对住宅建筑供暖系统的控制现状进行了深入的研究。研究表明，现行的控制方式会导致严重的能量损失，使总效率低至30%，但是使用智能控制器可以很好地改善这种损失，达到最佳的节能效果[6]。国内著名的研究例子有：1、2006年，燕山大学的DZZheng等人研究了虚拟仪器在供暖系统中的应用。根据我国供暖行业的现状，设计出基于虚拟仪器的数据采集和处理系统，它可以实时采集数据，有着强大的数据处理能力[7]。2、2007年，重庆大学的熊文等人分析了当前供暖方面的热计量应用现状，进行了大量的调查，在原有的供暖方式的基础上，提出了针对不同的供暖系统使用不同的热计量方式，对供暖系统的热计量改造提出一些整改方案，为以后的热计量改造提供了极大的参考价值[8]。3、2008年，上海交通大学的叶瑶、刘世情等人提出了多户住宅供热或制冷成本分配的关键技术。主要讨论了加热或冷却测量方法的探索、热力计费计算模型的建立以及几种用于加热或冷却成本分配的典型系统的介绍。帮助了该领域的工程师更充分的了解供热或制冷成本分配的发展，对供暖系统节能起着重要的作用[9]。4、2009年，大庆石油大学的夏延丽等人对图强集中供暖系统的节能技术进行了深入的分析与研究，在充分了解图强供暖系统的当前状况后，针对产生的相关问题，提出了全新的监管系统，能实时采集热力站和锅炉房的各种数据，使生产运行更加方便简单，并对节能做出了很大的贡献[10]。5、2011年，清华大学的许宝平、林傅等人研究了由恒温阀控制的带有散热器的空间供暖系统在建筑物中的动态模拟，为了验证该模型，对两个不同空间的供暖系统进行了研究，并在三种运行模式下对该模型进行了验证，得出了室温，回水温度和流速的测量值和模拟值之间有很好的一致性[11][12]。1.3论文的内容与结构安排本文内容包括:家用智能供暖系统的背景和研究意义，确定了一套以单片机为主控模块的智能供暖系统的总体设计方案，并设计了系统的硬件部分和软件部分。本论文的具体结构为：第一章:绪论。第二章：智能供暖系统的总体设计方案。第三章：硬件设计。第四章：软件设计。第五章：实物演示。第六章：总结。2.1智能供暖系统简介2.1.1家庭供暖系统介绍家庭供暖系统就是不同于小区的集中供暖，通过燃气壁挂炉提供热源，烧热的热水会通过管道流向各个房间内的散热器中，散热器中的热水会逐渐降低温度，以此来达到供暖的目的。这种家庭独立的供暖方式能满足每个家庭不同的供暖需求，比如出差，旅行这种长时间不在家的情况下就可以关闭供暖系统，在一定程度上可以节约资源，并且家庭供暖系统可以对每个房间单独供热，房间无人时就不进行供暖，每个房间的供暖温度都可以自动设置，即舒适又方便，还能持续不断的提供生活用水，使日常生活更加方便。2.1.2智能供暖系统的工作原理本系统主要以AT89C51单片机作为主控部分，当红外传感器检测到有人时，单片机向驱动电路发出信号，控制电磁阀的开度，以此调节热水的流量，最后通过散热器使房间温度升高，同时单片机与LED显示屏相连，用DS18B20温度传感器进行温度检测，实时显示房间内的温度。其原理图如图2.1所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC1智能供暖系统的工作原理图2.2智能供暖系统设计方案2.2.1智能供暖功能介绍为实现以家庭为单位的整体供暖，本文设计了一套基于单片机控制的家用供暖智能调节系统,不同的家庭有各不相同的供暖需求，此系统可以针对不同的需求进行自由设置，也可以实时监测每个房间的环境温度，并且能手动设置温度的上下限，单片机通过对比环境温度和设置温度自动进行调节；当房间内无人存在时,系统将开启低温运行模式，以此提高能源利用率，做到节约资源。该系统结构简单，安装方便，控制灵活,适用于独立的家庭用户采暖。本系统一共分为五个模块，分别是主控模块（单片机最小系统）、温度采集模块、温度显示模块、报警模块和上下限控制模块，其系统功能模块图如图2.2所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC2家用智能供暖系统功能模块图2.2.2供暖系统设计方案本系统主要由壁挂炉、管道、电磁阀、燃气比例阀、安全阀、分集水器、自动补水阀、循环水泵、散热器、人体红外传感器和LED显示屏组成。壁挂炉的加热过程由AT89C51单片机进行控制。图2.3为某居民住宅的室内结构图，下面我将以此为例简要介绍本系统的装置安装情况。该住宅一共有6个需要供暖的房间，燃气壁挂炉安装在厨房的墙壁上，不占用空间，连接家里的天然气通过加热自来水以提供热源，热水通过管道流经住宅内的各个房间，循环过后的冷水再通过管道流回壁挂炉里，经过过滤可以循环使用，大大节约了水资源。每个房间门的对面都安装了红外传感器，当检测到房间内没人时，就启动低温运行模式，当检测到房间内有人时，就启动正常运行模式。每个房间内都装有显示屏，可以显示当前的温度和所设置的上下限，上下限可以手动设置。每个房间都安装了温度传感器，可以检测各个房间内的实时温度。每个房间内还设有散热器，每个散热器上都装有电磁阀，可以控制电磁阀的开度来控制温度的高低，实现对每个房间温度的独立控制。图2.SEQ图2.\*ARABIC3某居民住宅的室内结构图单片机通过对比环境温度和设定温度以及房间内是否有人来判断燃气阀的和散热器电动阀的开闭来调整整个房间的环境温度，使环境温度越来越接近设定温度，从而达到供暖的目的。单片机工作原理图如图2.4所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC4单片机工作原理图2.2.3供暖连接介绍图2.5为供暖连接示意图，其中以壁挂炉作为热源，用于加热自来水，热水通过管道流向分水器，分流到各个房间内的散热器中，其中，每个房间的散热器前都安装有一个电磁阀，通过单片机控制电磁阀的开度来调节温度，热水在散热器中降温，降温后的冷水流向集水器，流回自动补水阀，进行过滤后通过循环水泵流回壁挂炉，如此循环。图2.SEQ图2.\*ARABIC5供暖连接示意图2.3供暖系统硬件简介2.3.1壁挂炉燃气壁挂炉，又名燃气采暖炉，主要用于家庭的采暖和生活热水，一般是以天然气为主要能源，安装在厨房的墙壁上，一般有燃气接口，进水口和出水口；燃气接口连接天然气管道，进水口用于输入自来水和供暖回水，出水口用于输出热水。壁挂炉是家庭供暖中最重要的组成部分，它体积小，不占空间，安装简单，安全方便，大多数家庭供暖都是选用壁挂炉作为热源，很多没有集中供暖的地区和家庭会选择燃气壁挂炉来进行取暖。壁挂炉的实物如图2.6所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC6壁挂炉2.3.1电磁阀电磁阀，是一种自动化的基础元件，主要用于控制流体，在工业控制系统中被广泛应用，有调整流量、速度、介质的方向等参数的功能，电磁阀具有灵活性好、型号多、高精度、用途广泛等特点。不同种类的电磁阀可在控制系统的不同位置发挥不同的作用。本设计中使用电磁阀来控制热水的流量，以此控制房间的温度。电磁阀的实物如图2.7所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC7电磁阀2.3.3安全阀安全阀在正常情况下始终处于关闭状态，当管道内的流体介质压力高于规定的标准数值时，安全阀就会开启，主要起到止回和泄压得到功能，能够保障设备的正常运行，并且对人们的人身安全起到重要的保护作用。本设计中安全阀用于出现紧急情况时，保护设备和人身安全。安全阀的实物如图2.8所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC8安全阀2.3.4分集水器分集水器包括进水过滤阀，分水器，集水器，回水阀和自动排气阀几部分，在供暖系统中主要是将过滤后的热水分流到各个房间，等到热水流经各个房间后，就会流回集水器，再经过过滤流回回水管道中，这样就实现了循环。因此，分集水器在智能供暖系统中是不可或缺的一个装置。分集水器的实物如图2.9所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC9分集水器2.3.5自动补水阀自动补水阀是减压阀、过滤器、截止阀和止回阀的组合体，自动补水阀带有减压稳压装置，压力值可配合压力表或根据补水阀刻度进行调节并自动持调节后系统压力，当系统的压力降低时，阀门就会自动打开，向回水管道补充水，直到达到设定压力后，阀门会自动关闭。自动补水阀带有止回阀功能，防止系统水在补水水压降低或停止时回流。自动补水阀带有手动截止阀功能，可通过旋入塑料旋钮关闭补水水源。如果需要中断自动补水，可手动关闭自动补水阀上的截止阀。在本设计中自动补水阀可以将流回来的水和自来水补回壁挂炉中，可以将水循环利用，节约资源。自动补水阀的实物如图2.10所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC10自动补水阀2.3.6循环水泵循环水泵在本设计中主要起到快速增加水流循环的作用，使冷热水快速循环，能够使室内的温度快速上升，缩短房间温度上升的时间，能让用户拥有更好的体验。循环水泵的实物如图2.11所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC11循环水泵2.3.7散热器如今供暖系统中的散热器一般分为壁挂式散热片和地暖两种，散热器在供暖系统中是非常重要的一部分，从分水器流出的热水会被分流到各个房间的散热器中，散热器中的热水会逐渐降低温度，以此来使房间温度提高，达到供暖的目的。散热器的实物如图2.12所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC12散热器2.3.8红外传感器红外传感器包括光学系统、检测元件和转换电路三大部分。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏检测元件中最常见的就是热敏电阻，热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。红外传感器是通过红外线反射原理，它具有一对红外线发射器和接收器，当人体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路将信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令控制阀芯。红外传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。在本设计中红外传感器用于检测房间内是否有人。人体红外传感器的实物如图2.13所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC13红外传感器第三章硬件设计3.1主控部分选型3.1.1单片机最小系统单片机最小系统,也称最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、电源、晶振电路、复位电路。其原理图如图3.1所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC1单片机最小系统单片机AT89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，并且AT89C51单片机具有可靠性高，读取数据速度快，实时性好，信息存储能力高，价格便宜，操作简单等优点。因此，本设计选用AT89C51单片机作为主控模块，用于整个系统的控制。其引脚图如图3.2所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC2AT89C51引脚图[13]本设计引脚说明：P0口：P0能用于外部程序数据\t"/item/AT89C51/_blank"存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在本设计中，P0.0～P0.7端口分别连接LCD1602的D0～D7端口，用于房间当前温度的显示。P1口：P1口可用作输入，在本设计中，P1.0端口连接温度提高模块，当实时温度低于下限时，此模块就会启动。P1.1端口连接温度降低模块，当实时温度高于上限时，此模块就会启动。P1.4端口连接报警模块的红色LED灯和一个蜂鸣器，当温度低于下限或高于上限时就会报警，此时红色LED灯亮，蜂鸣器响起。P1.5端口连接DS18B20温度传感器的DQ端口，用于检测实时温度。P2口：P2口也可作为输入。P2.0，P2.1，P2.2三个端口分别连接一个按键开关，其中P2.0端口连接的开关用于选择上下限，P2.1端口连接的开关用于减温，P2.2端口连接的开关用于加温。P2.4，P2.5，P2.6端口分别连接LCD1602显示屏的RS，RW，E端口用于读写数据。P3口：P3口当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表3.1所示：表3.1管脚功能说明口管脚备选功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2/INT0外部中断0P3.3/INT1外部中断1P3.4T0计时器0外部输入P3.5T1计时器1外部输入P3.6/WR\t"/item/AT89C51/_blank"外部数据\t"/item/AT89C51/_blank"存储器写选通P3.7/RD外部数据存储器读选通RST：复位输入。连接复位电路，用于整个系统的总复位键。ALE：在FLASH编程期间，此\t"/item/AT89C51/_blank"引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。/PSEN：外部\t"/item/AT89C51/_blank"程序存储器的选通信号。/EA：电源接口，用于连接电源，在本设计中，/EA端口连接+5V电源，为系统提供电能。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。电源电源部分是在/EA端口连接5V电源。电源电路原理图如图3.3所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC3电源电路原理图晶振电路所谓晶振电路，就是在XTAL1引脚和XTAL2引脚两端分别连接一个补偿电容，并在两个引脚之间跨接一个石英晶体，系统的晶振电路结构如图3.4所示，在本设计中，选用的是11.0592M的石英晶体和30pF的补偿电容。图3.SEQ图3.\*ARABIC4晶振电路原理图复位电路复位电路的主要作用就是使整个系统进行初始化，也就是回到初始设置的状态。复位电路由一个复位按键，一个10uF的电容和一个10KΩ的上拉电阻组成，它与AT89C51单片机的RST口相连。复位电路是单片机最小系统中不可或缺的一部分。复位电路结构如图3.5所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC5复位电路原理图3.2功能模块部分选型3.2.1温度显示模块LCD1602是一种字符型的液晶显示模块，它具有显示质量高，数字式接口，体积小、重量轻，功耗低等优点。因此，在本设计中，温度显示装置选用LCD1602显示屏来显示实时温度和上下限，其原理图如图3.6所示，其实物图如图3.7所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC6LCD1602原理图图3.SEQ图3.\*ARABIC7LCD1602实物图[14]LCD1602显示屏引脚介绍LCD1602分为带背光和不带背光两种，本设计选用的是带背光的，便于观察实验结果。引脚功能说明：LCD1602L采用标准的16脚(带背光)接口，各引脚接口说明如表3.2所示:表3.2引脚接口说明表编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VEE液晶显示偏压4RS数据/命令选择5RW读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据9D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极2.LCD1602显示屏引脚连接介绍第1脚:VSS接地。第2脚:VDD接+5V电源。第3脚:VEE接一个10K的电位器，用于调整显示屏的对比度。第4脚:RS为寄存器选择，连接单片机P2.4端口。第5脚:R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作，连接单片机P2.5端口。第6脚:E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令，连接单片机P2.6端口。第7~14脚:D0~D7为8位双向数据线，分别连接单片机P0.0～P0.7端口。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。温度显示模块原理图如图3.8所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC8温度显示模块原理图3.2.2温度采集模块DS18B20温度传感器是一种常用的数字温度传感器，它可以在现场采集温度信号，测温范围一般来说为为-55C~+125C，而且在-10~+85C范围内，精度为0.5C，除此之外此数字温度传感器还可以直接将温度信号转换为数字信号然后进行输出。它具有体积小，成本低，使用方便，抗干扰能力强，封装形式多样，精度高等优点。因此，本设计选用DS18B20温度传感器来检测实时温度，其原理图如图3.9所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC9DS18B20温度传感器原理图主要特性（1）电压范围为3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2）采用单总线的接口方式。（3）在使用中不需要其他任何外围元件。（4）测温范围为－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。（5）可编程的分辨率为9～12位，可实现高精度测温。（6）负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但也不能正常工作。（7）测量结果直接输出数字温度信号，具有极强的抗干扰纠错能力。2.内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其封装图如图3.10所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC10DS18B20封装图[15]DS18B20引脚定义：（1）DQ为数字信号输入/输出端；（2）GND为电源地；（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3.DS18B20温度传感器引脚连接介绍VCC:连接+5V电源。DQ:连接单片机P1.5端口。GND:接地。温度采集模块原理图如图3.11所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC11温度采集模块原理图3.2.3上下限控制单片机的P2.0、P2.1、P2.2端口分别连接key1、key2、key3，其中key1用于选定上下限，key2用于减温，key3用于加温，实现温度的上下限控制。上下限控制模块原理图如图3.12所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC12上下限控制模块原理图3.2.4报警模块单片机P1.4口连接蜂鸣器和红色LED灯，当温度高于上限或低于下限时，红色LED灯亮起、蜂鸣器响起。报警模块原理图如图3.13所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC13报警模块原理图软件设计目前，51单片机的程序设计语言主要是汇编和C语言。在大学期间，大部分实验和课设都是使用C语言进行编程，所以对C语言更熟悉，并且C语言应用广泛，易于编写，结构清晰，容易修改。因此本设计就是采用C语言编写的。4.1主程序4.1.1主程序流程图图4.SEQ图4.\*ARABIC1主程序流程图如图4.1所示，本设计通过红外传感器检测房间内是否有人，如果房间内无人，就启动低温运行模式，如果房间内有人，就启动加热装置，单片机外部连接显示屏，能显示当前房间内的实时温度和上下限，然后判断是否有设定温度上下限，如果没有就启动正常供热模式，如果有设定的上下限，就加热到设定温度并保持在设定区间内。4.1.2主程序说明端口定义图4.SEQ图4.\*ARABIC2端口定义程序第1-5行：包头文件。第10-14行：定义引脚，key1连接P2.0口，key2连接P2.1口，key3连接P2.2口，key4连接P3.6口，LED连接P2.7口。第16-18行：定义外部变量，加热模块连接P1.0口，制冷模块连接P1.1口，蜂鸣器连接P1.4口。第20-21行：定义无符号整数，设置下限为25，上限为30。第22-23行：定义无符号字节，将更新显示标志和设置参数标志均设为1。第25-26行：定时计数，蜂鸣器计时报警。第28-30行：读取温度初始值，实际温度值，定义读时间标志。第32-33行：定义显示区域临时存储数组。第35行：进行计数。主程序图4.SEQ图4.\*ARABIC3主程序图4.SEQ图4.\*ARABIC4主程序图4.SEQ图4.\*ARABIC5主程序第42-45行：将加热部分、制冷部分和蜂鸣器赋0，将LED灯赋1。第47-50行：初始化LCD1602液晶屏，延时100毫秒，并将LCD1602清屏。第52-54行：将加热部分、制冷部分和蜂鸣器赋1。第56-112行为主循环程序。第58行为检测按键的中断程序。第59-64行：读取当前温度值，并进行温度值转换，转换精度为0.0625。第65-95行：更新显示标志，当显示标志赋0时，如果温度大于0或者小于150，就打印温度值并显示；如果当前温度值小于所设定的最低值，就开启升温模块，关闭降温模块；如果当前温度值大于所设定的最高值，就关闭升温模块，开启降温模块；如果当前温度值在所设定的上下限内，就关闭升温模块，关闭降温模块，此时蜂鸣器不报警；当温度低于下限或高于上限时，蜂鸣器计时超过2秒，就会打开蜂鸣器，否则关闭蜂鸣器。第96-110行：首先初始化LCD1602显示屏，如果没有按按键，LCD1602显示屏的上下限数值前就不会显示字母；如果按了一次按键，LCD1602显示屏的下限数值前就会显示字母S，上限数值前不会显示字母，这时可以调节下限的数值；如果按了两次按键，LCD1602显示屏的上限数值前就会显示字母S，下限数值前不会显示字母，这时可以调节上限的数值。4.2子程序4.2.1温度采集函数图4.SEQ图4.\*ARABIC6温度采集程序第1-2行：包头文件。第3-18行：DS18B20传感器进行初始化，先把DQ端口进行复位，然后进行延时，再利用单片机将DQ拉低，使延时更精确，在480us-960us之间，然后拉高总线，在15～60us后接收60～240us的存在脉冲，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败，然后稍作延时就返回。第19-33行：向DS18B20温度传感器读取一个字节。图4.SEQ图4.\*ARABIC7温度采集程序第35-49行：向DS18B20温度传感器写入一个字节。第50-70行：启动温度转换，读取温度寄存器的温度数值。4.2.2温度显示函数图4.SEQ图4.\*ARABIC8温度显示程序图4.SEQ图4.\*ARABIC9温度显示程序第23-40行：先初始化LCD1602，让显示屏从某个位置起连续显示一个字符串，其中x表示位置的列坐标，y表示位置的行坐标，ptr表示指向字符串存放位置的指针。图4.SEQ图4.\*ARABIC10温度显示程序第42-55行：让显示屏从某个位置起连续显示N个字符，其中x表示位置的列坐标，y表示位置的行坐标，n表示字符个数，ptr表示指向字符串存放位置的指针。图4.SEQ图4.\*ARABIC11温度显示程序第57-68行：向液晶屏输入显示字符位置的坐标信息，其中x表示位置的列坐标，y表示位置的行坐标。图4.SEQ图4.\*ARABIC12温度显示程序第70-76行：在某个位置显示一个字符，其中x表示位置的列坐标，y表示位置的行坐标，data表示显示的字符数据。第77-92行：对LCD1602液晶模块进行复位操作。图4.SEQ图4.\*ARABIC13温度显示程序第95-101行：清屏函数，用于LCD1602的清屏。第102-119行：向LCD1602液晶模块写入命令，其中cmd表示命令，cnk表示是否判忙的标志，1表示判忙，0表示不判忙。图4.SEQ图4.\*ARABIC14温度显示程序第121-138行：向LCD1602液晶显示的当前地址写入显示数据，其中data表示显示的字符数据。图4.SEQ图4.\*ARABIC15温度显示程序第139-159行：等待LCD1602液晶显示完成内部操作。4.2.3延时函数图4.SEQ图4.\*ARABIC16延时函数程序第2-5行：us延时函数，含有输入参数unsignedchart,无返回值，其中unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0-255,使用的晶振是12M，大致延时长度为T=tx2+5us。第6-16行：ms延时函数，含有输入参数unsignedchart,无返回值，其中unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是0-255,使用的晶振是12M。4.3中断程序4.3.1按键中断程序图4.SEQ图4.\*ARABIC17按键中断程序图4.SEQ图4.\*ARABIC18按键中断程序第115-170行：首先检测按键是否按下，如果检测到key1按键被按下，就选择设置，其中设置1代表温度下限，设置2代表上限；如果检测到key2按键被按下，当处于设置1时，下限温度就减1，当处于设置2时，上限温度就减1；如果检测到key3按键被按下，当处于设置1时，下限温度就加1，当处于设置2时，上限温度就加1；如果检测到key4按键被按下，就控制绿色LED灯灭。4.3.2定时器中断程序图4.SEQ图4.\*ARABIC19定时器中断程序第174-184行：定时器初始化程序，先给定初值，然后打开总中断开关、定时器中断、定时器开关。图4.SEQ图4.\*ARABIC20按键中断程序第189-203行：定时器中断子程序，重新赋值20ms，然后检测按键，如果显示标志更新，就读取当前温度，读取标志位置1。第五章实验结果5.1Protues仿真为了使设计结果更加直观，并且提高实物焊接的成功率，我采用先用Protues仿真，再调试修改原理图和程序，最后焊接实物的方法。图5.1为仿真结果，LCD1602显示屏能成功显示当前温度和设置的温度上下限。图5.SEQ图5.\*ARABIC1Protues仿真结果图5.2为温度高于上限的仿真结果，当温度高于上限时，蓝色LED灯亮，散热风扇启动，报警模块的红色LED灯亮，蜂鸣器响起。图5.SEQ图5.\*ARABIC2温度高于上限的仿真结果图5.3为温度低于下限的仿真结果，当温度低于下限时，黄色LED灯亮，加热电阻启动，报警模块的红色LED灯亮，蜂鸣器响起。图5.SEQ图5.\*ARABIC3温度低于下限的仿真结果图5.4为模拟红外传感器检测到人体的仿真结果，当key4开关打开时，模拟红外传感器没有检测到人体，此时绿色LED灯亮，表示低温运行模式。图5.SEQ图5.\*ARABIC4模拟红外传感器检测到人体的仿真结果图5.5为模拟红外传感器检测到人体的仿真结果，当key4开关关闭时，模拟红外传感器检测到人体，此时绿色LED灯灭，表示低温运行模式关闭，启动正常运行模式。图5.SEQ图5.\*ARABIC5模拟红外传感器检测到人体的仿真结果5.2实物焊接本设计的实物演示基本按照Protues仿真图来进行焊接，所需要的元件有由AT89C51单片机，总开关，复位按键，晶振，电容，排阻所构成的单片机最小系统，以及LCD1602液晶显示屏，DS18B20温度传感器，按键开关，红外传感器，蜂鸣器，PNP和若干LED小灯，不同阻值的电阻。图5.6所示为实物连接图，其中LCD1602液晶显示屏的第一行显示房间当前温度，第二行显示所设定的温度的上限和下限；三个按键分别为设置键、减温键、加温键，用于调节温度的上下限；DS18B20温度传感器用于检测当前温度，当温度低于下限时，黄色LED灯亮，红色LED灯亮，蜂鸣器响起，当温度高于上限时，蓝色LED灯亮，红色LED灯亮，蜂鸣器响起；红外传感器用于检测是否有人，当无人时，绿色LED灯亮，当有人时，绿色LED灯灭。图5.SEQ图5.\*ARABIC6实物演示图第六章总结通过本次的论文，我复习了以前学习的C语言、单片机的知识，也学习了很多新知识。在本次设计中，我通过查找相关文献资料，参考书资料，以及指导教师的悉心指导，从头开始设计家用智能供暖系统的原理图，并且仿真成功，其具体功能为LCD1602液晶显示屏可以显示当前房间温度和所设定的上下限，上下限温度可手动调节，当温度低于下限或高于上限时会报警。然后再按照原理图进行实物的焊接，检查电路是否有断路、短路、虚焊等等情况，锻炼了我的动手操作能力。还进行了程序设计，参考学习优秀的代码风格，培养自己的逻辑思路。在本次设计，把书本上的知识和实践牢牢的结合在一起，使我收获颇丰。本次论文基本完成，但家用智能供暖系统还可以设计出更多功能，使人们生活的更舒适，使资源进一步节约。但是由于时间有限，现阶段只能用一些电气元件进行演示，希望在以后的学习中能进一步学习这方面的知识。参考文献BohmB,DanigPO.MonitoringtheenergyconsumptioninadistrictheatedapartmentbuildinginCopenhagen,withspecificinterestinthethermodynamicperformance[J].Energy&Buildings,2004,36(3):229-236.YangIH,YeoMS,KimKW.Applicationofartifi