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节能型供热温度控制器设计

时间:10-09 来源:互联网 点击:

建设部要求城镇新建公共建筑和居民建筑,凡使用集中供热设施的,均需设计、安装具有分户计量及室温调控功能的供暖系统。节能型供热温度控制器是利用自动控制技术,将节能措施与热计量功能融为一体,从以人为本的角度提出的一种新型节能理念和方法,使集中供暖用户既可通过控制器设定、调整并与配套设备共同完成对室内温度的自动控制和远程控制,又可随时了解室内温度、热消耗量,达到节约能源的目的。

1 系统总体结构及方案设计
一个完整的大型公建节能型供热温度控制器由两部分组成:温度测控系统和通信模块系统。系统总体结构如图1所示。系统温度测控的硬件包括:单片机、温度传感器、信号放大器、A/D转换器及D/A转换器、稳压器、显示驱动芯片和数码管等。系统通信模块的硬件包括CAN控制器和CAN收发器。

1.1 温度控制的工作原理
在温度测控系统中,稳压器完成对单片机的供电,数码管完成温度的显示。系统的被测参数是温度,被测温度首先由传感器测量后得到mV信号,再经放大器放大后变为0~5 V电压信号,送入A/D转换器转换后,将模拟信号变为数字信号供给单片机,在单片机内进行数据处理。一方面,与所设定的温度值进行比较产生偏差信号,单片机根据预定的PID算法计算出相应的控制量,用控制量控制电气阀的导通和关断,实现温度控制;另一方面,将实时测量得到的温度送至数码管显示,同时用户也可通过键盘来设定理想温度。
1.2 CAN通信模块的工作原理
当CAN总线上的一个节点发送数据时,其以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点而言,无论数据是否是发给自己的,均对其进行接收。每组报文开头有11位字符作为标识符,其规定了报文的优先级,这种格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置尤为重要。当一个站要向其他站发送数据时,该站的CPU要将发送的数据和自身的标识符传送给本站的CAN控制器,并处于准备状态;当收到总线分配时,转为发送报文状态。CAN控制器将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,此时网上的其他站点处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测,判断是否接收这些报文。通常每个CAN模块都是南不同的功能单元构成。CAN控制器与物理总线间需要一个接口CAN接收发送器,CAN接收发送器将来自CAN控制器的逻辑电平信号转换为总线上的物理电平。再将总线上的物理电平转换为CAN控制器能接收的逻辑电平信号。CAN接收发送器的上一层是CAN控制器,该控制器执行完整的CAN协议,包括信息缓冲和接收滤波。

2 各部分模块设计
2.1 主要芯片选择
系统单片机采用8位AT89C51,因控制器所需的单片机,无需在语音、图像进行大规模的数据处理,且对速度要求较低,无需高位单片机。温度传感器该产品采用美国Dallas公司生产的DS18B20数字式温度传感器。选用此类温度传感器可省去信号放大部分及A/D转换器,使得该温度控制器结构变得简单、清晰。稳压器采用三端LM7805供给单片机电源。LM7805为正稳压电路,TO-220封装,可提供多种固定的输出电压,应用范围广。D/A转换器选择DAC0832。其是8分辨率的D/A转换集成芯片与微处理器完全兼容。显示芯片采用PS7219,是一种新型的串行接口的8位数字静态显示芯片,可与任何单片机方便接口,并可同时驱动8位LED。
2.2 单片机温度采集电路
温控系统包括单片机最小系统和测温传感器。单片机最小系统中,复位电路采用12 MHz晶振,复位电路由复位按钮控制,同时提供单片机AT89C51、CAN控制器SJA1000和显示接口器件PS7219的复位信号。单片机温度采集电路如图2所示,从RST引出线,分别与各芯片的复位信号线相连采用上电复位模式。

2.3 数模转换电路
对输出信号进行数模转换中,DAC0832采用单缓冲工作方式。DAC0832的两级寄存器的写信号WR1和WR2均由单片机的WR引脚控制。当单片机的地址线选择DAC0832后,只要输出WR控制信号,便可同时完成数字阳的输入锁存和D/A转换输出。由于DAC0832是电流输出型,所以为了得到电压信号,需在DAC0832的输出端接入运算放大器。接入一级运算放大器可得到负的电压信号,接入二级运算放大器,得到正的电压信号。数模转换电路如图3所示。


2.4 CAN通信模块电路
SJA1000作为CAN的控制部分,在与单片机连接时,其数据线AD0~AD7与单片机的输入输出管脚P0口连接,片选信号CS接地,低电压允许访问,RST、1NT、WR、WD、ALE管脚分别与单片机的相应管脚连接,控制器的收发端RX0、TX0分别接收发器CTM1050的收发端RXD、TXD引脚相连。系统通信模块电路如图4所示。

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