暖氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 目 錄 1 引言12 總體設(shè)計方案12.1 設(shè)計思路12.2 設(shè)計框圖23 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)23.1 數(shù)字溫度傳感器23.2 swc接口電路33.3 單片機與swc的連接電路44 流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)44.1 電磁流量計54.1.1 工作原理54.1.2 測量原理54.2 單片機與流量計的接口電路65 人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)75.1 鍵盤布局75.2 鍵盤接口電路76 溫度控制系統(tǒng)86.1 鍵盤控制模塊86.2 led顯示模塊86.2.1 led及控制芯片簡介86.2.2 led顯示系統(tǒng)硬件電路96.3 溫度調(diào)節(jié)模塊106.3.1 流量控制器106.3.2 pwm驅(qū)動電路116.3.3 比例電磁閥117

2、多個單片機串口通信127.1 波特率選擇127.2 89c51的串行口137.3 硬件連接電路圖148 軟件部分設(shè)計148.1 1號子機軟件流程158.2 2號子機軟件流程168.3 主單片機軟件流程17結(jié)束語19致謝20參考文獻21附圖 總電路圖221 引言 在北方的城市生活中，暖氣一直是冬天不可少的生活必需品，隨著現(xiàn)代化建設(shè)的進行，陳舊的暖氣管道以及，古老的供暖模式顯得與現(xiàn)代化的氣息有些格格不入。當然，要想完全改變這種供暖模式，所需要的資金量是龐大的，我們不得不考慮一種更經(jīng)濟，更實際的方法。那就是改變收費模式，改變室內(nèi)暖氣供應(yīng)的控制模式。我國暖氣收費一直是以用戶住房面積計算，這種方式有失公

3、平。現(xiàn)在，我們根據(jù)前人的經(jīng)驗，提出按熱量計費的方式。我國室內(nèi)暖氣供應(yīng)控制一般是手動閥門，有的住戶干脆沒有閥門。這樣的方式造成一旦暖氣開通，所有用戶都以最大模式運行，不管用戶家中是否有人。這樣造成了大量的熱量流失和浪費。新的控制系統(tǒng)的提出，可以改變這種大量浪費的情況，它具有人性化，智能化，自動化等特點，而且價格低廉，適合普通用戶。2008年，我國暖氣價格普遍上漲，這主要是因為暖氣供應(yīng)部門在供暖上投資過大，收益太少，入不敷出。造成這種情況的首要原因就是供暖模式的落后，以及燃料的價格上漲。暖氣價格的上漲使得用戶怨聲載道。由此，急需一種新的供暖模式和計費模式來解決這個問題，很多先進的設(shè)計因為造價太高而

4、未被采用，相信造價低，效率高的系統(tǒng)會更適合我國的現(xiàn)有國情。2 總體設(shè)計方案 2.1 設(shè)計思路 本系統(tǒng)以89c51單片機作為微處理器，該處理器具有功能強大，價格低廉等優(yōu)勢，該系統(tǒng)采用三個單片機協(xié)同工作的模式，其中一片單片機作為主機，主要負責根據(jù)其他兩片采集的數(shù)據(jù)驅(qū)動電磁閥，調(diào)節(jié)暖氣管道中的熱水流量從而調(diào)節(jié)溫度，并將之顯示在led顯示器上，該單片機還負責接收鍵盤數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，另外主機機還負責接收1號子機采集的溫度熱量等數(shù)據(jù)，顯示在led上，作為收費的根據(jù)。1號子機主要負責采集溫度，溫度傳感器3安裝在室內(nèi)中央，采集室內(nèi)溫度，傳感器1，2分別安裝在暖氣管道的進水口和出水口，采集兩處的

5、溫度計算溫差并保存，再根據(jù)采集的流量數(shù)據(jù)計算溫差計算出熱量并保存。 2號子機主要負責根據(jù)裝在門內(nèi)外的兩個特殊的按鍵計算出房間內(nèi)人的數(shù)目，從而計算出房間內(nèi)的人數(shù)，把該數(shù)據(jù)傳送給主單片機并顯示在led顯示器上。房間內(nèi)無人時主單片機發(fā)送數(shù)據(jù)至電磁閥，關(guān)閉電磁閥，從而達到節(jié)約的目的。為盡量減少或者避免壓力傳感器采集數(shù)據(jù)有誤，房間外邊還應(yīng)安裝一個數(shù)據(jù)清零的按鈕。當室內(nèi)無人時，最后一個離開房間的人，按下清零按鈕，從而確保計數(shù)系統(tǒng)顯示為零，關(guān)閉房間內(nèi)的暖氣。2.2 設(shè)計框圖 設(shè)計框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)框圖3 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 單片機1號子機負責溫度數(shù)據(jù)的采集，要采集的溫度數(shù)據(jù)出自三處。一處來自暖氣片的

6、進水口，第二處來自暖氣片的出水口，這兩處的溫度數(shù)據(jù)將用于熱量的計算，用作暖氣收費的依據(jù)。還有一處來自房間中部，此處的數(shù)據(jù)將用作室內(nèi)溫度顯示和調(diào)節(jié)的依據(jù)。3.1 數(shù)字溫度傳感器 數(shù)字溫度傳感器1（簡稱swc），又稱集成數(shù)字式感溫探頭，是一種新型的三端溫度變送器件，該器件采用集成模塊化設(shè)計，可以直接將被測溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號輸出，具有傳送距離遠，抗干擾能力強，轉(zhuǎn)換精度高等優(yōu)點。它可以方便地與51系列單片機接口，而省去a/d轉(zhuǎn)換集成電路，降低成本，提高可靠性，縮小體積，可廣泛應(yīng)用于軍事，醫(yī)藥衛(wèi)生，食品及自動化測控系統(tǒng)中。swc三條引腳的名稱分別為控制線（k），信號線（s），公共線（g）。其引腳

7、信號波形如圖2所示。 圖2 swc 引腳信號波形其實k端實際上也是電源線，其工作方式為加電啟動或?qū)捗}沖觸發(fā)。當對其控制線加電壓或?qū)捗}沖時，經(jīng)復位時間tq之后信號線上便輸出一串脈沖。該脈沖的個數(shù)即表示被測溫度的數(shù)字量。這里還需要說明一點，輸出脈沖個數(shù)的多少不取決于加電脈沖的寬度，而取決于swc內(nèi)部正比于溫度的參考電壓的大小，即溫度的高低。利用swc這種特點，可以方便地與單片機配接。3.2 swc接口電路 swc與單片機配接的方案有兩種，一種是外加電方式，另外一種是采用軟件實現(xiàn)。本設(shè)計中，采用外加電配接方式。方案如下： 圖3 swc的外加電方式接口電路 此方案為外加電方式，即控制線k上所加寬脈沖為

8、一外接振蕩器，由振蕩器的脈沖寬控制swc啟動，如圖3所示。swc傳感器出廠均嚴格約定為每個脈沖0.1c的增量，而脈沖頻率為15khz左右。89c51單片機的p3.4 p3.5引腳為計數(shù)器時，對外部事件的最高計數(shù)速度為fosc/24。若晶振為6mhz，6mhz/2415khz，則計15khz左右的脈沖是沒有問題的，15khz脈沖的周期為0.067ms，swc傳感器的測量上限若為150c，則須計1500個脈沖，大約100ms。即在控制線k端加電的脈寬應(yīng)大于100ms，否則會引起誤差。重復對swc進行加電啟動，可實現(xiàn)對被測溫度的連續(xù)采樣。 若以p3.4為計數(shù)輸入端，則必須將8951特殊功能寄存器tm

9、od中的d3位即門控制位gate置為1.則只有當定時器運行控制位tr0=1，且int0引腳為高電平時，才啟動t0計數(shù)器計數(shù)，這種情況下，只要int0為高電平，計數(shù)便開始；int0為低電平，停止計數(shù)。t0計數(shù)受控于int0的高低電平，利用這一特點，讓swc的控制線k與int0相連，只要int0變?yōu)楦唠娖?，一方面給swc加電，其輸出為15khz的脈沖；另一方面使單片機計數(shù)器t0開放，開始計數(shù)，計數(shù)脈沖的多少就是溫度的數(shù)字量，圖3中ic1為施密特觸發(fā)器，它和電容c，電位器w1、w2一起構(gòu)成占空比和頻率均可多調(diào)的多諧振蕩器。w1、 w2可設(shè)定脈沖占空比，振蕩器輸出脈沖寬驅(qū)動三極管給swc加電，每加一次

10、電采樣一次，swc傳感器的信號線s經(jīng)兩級施密特觸發(fā)整形后送至單片機的計數(shù)端t0，完成一次溫度采樣。 由swc的工作原理可知，所謂swc的應(yīng)用，就是對swc的控制線加電后，緊接著檢測信號線上輸出脈沖的個數(shù)，從而得到被測溫度的數(shù)字量。89c51內(nèi)部有兩個相同的16位計數(shù)器，如果要檢測三點或者以上的溫度，或者計數(shù)器已被占用，我們也可以采取單片機的偶同i/o口用查詢法實現(xiàn)溫度的采樣。3.3 單片機與swc的連接電路 在本文的設(shè)計中，將采用單片機1的p2.1-p2.6實現(xiàn)三點的溫度采樣，為了防止外接電路對單片機的正常工作產(chǎn)生干擾，用光耦進行隔離。硬件電路圖如圖4所示。 圖4 單片機與swc的硬件連接電路

11、4 流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 單片機1號子機除了負責溫度數(shù)據(jù)的采集以外，還負責流量數(shù)據(jù)的采集。本系統(tǒng)中，流量的采集用電磁流量計實現(xiàn)。4.1 電磁流量計電磁流量計簡單說是由流量傳感器和變送器組成的。流量傳感器是把流過管道內(nèi)的導電液體的體積流量轉(zhuǎn)換為線性電信號。其轉(zhuǎn)換原理就是著名的法拉第電磁感應(yīng)定律，即導體通過磁場，切割電磁線，產(chǎn)生電動勢。流量傳感器的磁場是通過勵磁實現(xiàn)的，分直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁?，F(xiàn)在大多流量傳感器采用低頻方波勵磁。變送器是由勵磁電路、信號濾波放大電路、a/d采樣電路、微處理器電路、d/a電路、變送電路等組成。4.1.1 工作原理電磁流量計2（eletromagnetic fl

12、ow meters，簡稱emf）是20世紀5060年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，電磁流量計用來測量導電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點，電磁流量計目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過程中各種導電液體的流量測量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；電磁流量計各種漿液流量測量，形成了獨特的應(yīng)用領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在工業(yè)過程管道上，它的作用是將流進管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號，并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠的地方，它將傳感器送來的流量信號進行放大，

13、并轉(zhuǎn)換成流量信號成正比的標準電信號輸出，以進行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。4.1.2 測量原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強度b，導體在磁場內(nèi)的長度l及導體的運動速度u成正比，如果b， l，u三者互相垂直，則有 eblu 與此相仿在磁感應(yīng)強度為b的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為d的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速u流動時，導電流體就切割磁力線如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極，如圖5所示，則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢： ebdu 式

14、中，u為管道截面上的平均流速由此可得管道的體積流量為： 由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動勢e和測量管內(nèi)徑d成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度b成反比，為固定量，可視為與qv無關(guān)。只需測量e，b這兩個變量就可得出通過流量計的液體流量，這就是電磁流量計的測量原理 。 圖5 電磁流量計原理簡圖4.2 單片機與流量計的接口電路 為了防止流量計對單片機信號的干擾，本系統(tǒng)中單片機與電磁流量計也采用光電耦合的方式進行隔離驅(qū)動，由于本系統(tǒng)與溫度采集系統(tǒng)共用一個單片機，故采用1號子機的p2口中剩余的p2.0 p2.7口進行驅(qū)動，其電路圖如圖6所示。 圖6 單片機與流量計接口電路單片機根據(jù)溫度傳感器1 2采樣的數(shù)據(jù)

15、算出暖氣進水口和出水口的溫度差，并保存溫差數(shù)據(jù)，再根據(jù)電磁流量計采集的流量數(shù)據(jù)按公式 計算出流經(jīng)暖氣片的熱水質(zhì)量，再根據(jù)公式 計算出暖氣片的熱量消耗，保存在1號子機的數(shù)據(jù)存儲器中，并累加，當1號子機接收到主機發(fā)送的接收熱量數(shù)據(jù)的指令時將數(shù)據(jù)通過串口傳至主機，并顯示在led顯示屏上。另外，本部分中溫度傳感器3采集的數(shù)據(jù)也將存儲在數(shù)據(jù)存儲器中，在接收到主機發(fā)送的接收溫度數(shù)據(jù)的指令時，將通過串行口傳至單片機主機。5 人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)5.1 鍵盤布局 本部分設(shè)計中可以采用壓力傳感器實現(xiàn)，也可采用另外一種方法實現(xiàn)，本部分主要負責室內(nèi)人數(shù)的統(tǒng)計，可以用鍵盤代替壓力傳感器。如圖7所示，我們可以在室內(nèi)外各裝一個大

16、型的鍵盤，當有人從室外進入室內(nèi)時，先踩下門外的鍵盤，后踩下室內(nèi)鍵盤，單片機計數(shù)為1，當有人從室內(nèi)出門時，先踩下室內(nèi)鍵盤，后踩下室外鍵盤，單片機計數(shù)為-1，兩者相加，可以計算出室內(nèi)現(xiàn)有的人數(shù)，另外，室外還裝有一個手動的按鍵，室內(nèi)最后一人出門時，按下此鍵，單片機計數(shù)清零。確保室內(nèi)人數(shù)為零。室內(nèi)人數(shù)為零時，2號子機發(fā)送數(shù)據(jù)至主單片機，主單片機根據(jù)此數(shù)據(jù)，關(guān)閉流量控制閥，關(guān)閉房間內(nèi)的暖氣。 圖7 鍵盤布局示意圖 5.2 鍵盤接口電路 鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。通?？梢苑譃楠毩⑦B接式和行列式兩類，每一類按其譯碼方式又都可分為編碼及非編碼兩種類型。這里只介紹獨立式，非編碼鍵盤。獨立式按鍵是指各個按鍵

17、相互獨立地連接一條數(shù)據(jù)線，如圖8所示，這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。 圖8 計數(shù)鍵盤接口電路當任何一個按鍵按下時，與之相連的輸入數(shù)據(jù)線即被清零，而平時該線為1，要判斷是否有鍵按下，用單片機的位處理指令非常簡單。這種鍵盤的結(jié)構(gòu)有點是，電路簡單；缺點是當鍵數(shù)較多時，要占用較多的i/o接口。在該系統(tǒng)中，由于只須用三個按鍵就可實現(xiàn)功能，故采用獨立非編碼接口。6 溫度控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)為設(shè)計的核心部分，其功能均由主單片機實現(xiàn)，本文將分三個模塊介紹這一系統(tǒng)，分別為鍵盤模塊、led顯示模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊。6.1 鍵盤控制模塊 鍵盤控制模塊由于按鍵較少，也采用獨立非編碼鍵盤原理同人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)，這里

18、不再贅述。6.2 led顯示模塊 顯示模塊3是人機對話的一個重要部分，本著節(jié)約成本又達到目的的原則，本文設(shè)計中采用6個led組成的動態(tài)顯示的系統(tǒng)，由主單片機串口控制，負責顯示室內(nèi)溫度，室內(nèi)人數(shù)以及熱量消耗等數(shù)據(jù)。6.2.1 led及控制芯片簡介 本系統(tǒng)采用單片機中普遍使用的7段led顯示器來顯示數(shù)據(jù)，單片機中通常使用的7段led構(gòu)成字形“8”，另外還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字，符號，以及小數(shù)點。如圖9所示。這種顯示器有共陰和共陽兩種。 圖9 led針腳圖 89c51的串行口rxd和txd為一個全雙工串行通信口，但工作方式0下可用作同步移位寄存器用，其數(shù)據(jù)由rxd（p3.0）端串行輸出或

19、輸入；而同步移位時鐘由txd（p3.1）端串行輸出，在同步時鐘作用下，實現(xiàn)由串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場合利用串行口加外圍芯片74hc164就可以構(gòu)成一個或多個并行輸入輸出口，用于串并轉(zhuǎn)換，并串轉(zhuǎn)換，鍵盤驅(qū)動或是顯示器led驅(qū)動。 74hc164是串行輸入，并行輸出移位寄存器,并帶有清除端。其引腳如圖10所示。 圖10 74hc164引腳圖其中q0-q7：并行輸出端；a，b：串行輸入端；clr：清除端，零電平時，使74ls164輸出端清零；clk：時鐘脈沖輸入端，在脈沖的上升沿實現(xiàn)移位。當clk=0 clr=1時74hc164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)。采用串行口擴展顯示節(jié)省了i/o口

20、，但傳送速度較低；擴展的芯片越多，速度越低。6.2.2 led顯示系統(tǒng)硬件電路 如圖所示，圖中“與”門的作用是避免單片機串行通信時對顯示器的影響，即當p1.2=1時才開放顯示器傳送。 方式0傳送數(shù)據(jù)的波特率是固定的，為fosc/12。其中，fosc為89c51單片機的晶振頻率。例如，fosc=6mhz時波特率為500kb/s，即每傳送一位數(shù)據(jù)需要2us時間。 圖11 led顯示電路6.3 溫度調(diào)節(jié)模塊正如本設(shè)計題中所述，所要達到的設(shè)計要求是實現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動調(diào)節(jié)，由于現(xiàn)在大多數(shù)住戶都采用較為傳統(tǒng)的暖氣片采暖，故要實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)，只需控制暖氣片中熱水流量即可。因此，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計的目標就轉(zhuǎn)為暖

21、氣片中熱水流量的調(diào)節(jié)。由于要求精度不高，故，只需選用一款價格較為低廉的流量控制器即可，本文中本系統(tǒng)將采用比例電磁閥實現(xiàn)這一控制。6.3.1 流量控制器 本系統(tǒng)采用atmel系列的mcs51單片機為核心，通過設(shè)置89c51的管腳控制pwm控制寄存器產(chǎn)生脈寬可調(diào)的pwm波，對比例電磁閥5的輸入電壓進行調(diào)制，從而實現(xiàn)了對液體流量的變量控制。單片機統(tǒng)過電磁流量計采集實際流量信號，根據(jù)該信號以及swc采集的室內(nèi)溫度信號在單片機內(nèi)部計算室內(nèi)合適溫度從而驅(qū)動比例電磁閥調(diào)節(jié)熱水流量，進而實現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動調(diào)節(jié)。另外，本系統(tǒng)還設(shè)有手動調(diào)節(jié)鍵盤，還可以手動對單片機進行設(shè)置，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的手動調(diào)節(jié)，如晚上休息時可以

22、適當降低室內(nèi)的溫度，這樣即有利于人的身體健康，也節(jié)省了暖氣流量。 圖12 pwm驅(qū)動電路圖6.3.2 pwm驅(qū)動電路 單片機輸出的pwm脈沖信號分別經(jīng)7406和7407輸入到q1，q2的g極，在每個pwm周期的高電平區(qū)間，q1導通，q2截止，電磁閥導通。在每個pwm周期的低電平區(qū)間，q1截止從而切斷了電源，電磁閥的感應(yīng)電動勢經(jīng)q2內(nèi)部續(xù)流二極管形成回路。此時q2的g極為高電平但是由于二極管的鉗位作用使開關(guān)二極管關(guān)閉，因此通過調(diào)整單片機的pwm波就可以實現(xiàn)電磁閥輸入電壓占空比的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)。6.3.3 比例電磁閥 比例電磁閥在上世紀60年代末就已經(jīng)得到了應(yīng)用，最初是用于液壓控制系統(tǒng)

23、。隨著單片機和集成電路的發(fā)展，其逐漸應(yīng)用到各種液體的流量控制中。比例型電磁鐵的工作原理如下：線圈通電后，軛鐵和銜鐵內(nèi)部產(chǎn)生磁通并產(chǎn)生電磁吸力，將銜鐵吸向軛鐵，同時銜鐵上的彈簧受到壓縮，當銜鐵上的電磁力和彈簧力平衡時，銜鐵停止位移。比例型電磁鐵的吸力在有效行程范圍內(nèi)和線圈的電流或電壓大小具有線形關(guān)系。因此通過調(diào)節(jié)輸入的電流或者電壓就可以控制其開口的大小，從而達到變量控制的目的。本系統(tǒng)采用的比例電磁閥特性曲線如圖14所示：（kvs代表比例電磁閥最大開口時的流量，kv代表對應(yīng)某一電壓或者電流值時的流量值）。 圖14 比例電磁閥特性曲線圖7 多個單片機串口通信 串口通信6對單片機而言意義重大，不但可以

24、實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C端，而且也能實現(xiàn)計算機對單片機的控制。由于其所需電纜線少，接線簡單，所以在較遠距離傳輸中，得到了廣泛的運用。7.1 波特率選擇波特率（boud rate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（bits/second）。msc- 51串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計算方法。其中，模式0和模式2波特率計算很簡單，請同學們參看教科書；模式1和模式3的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式1為例來說明串口通信波特率的選擇。在串行端口工作于模式1，其波特率將由計時/計數(shù)器1來產(chǎn)生，通常設(shè)置定時器工作于模式2（自動再加模式）。在此模式下波特率計算公式為：波特率=（1+smo

25、d）*晶振頻率/（384*（256-th1）其中，smod寄存器pcon的第7位，稱為波特率倍增位 th1定時器的重載值。在選擇波特率的時候需要考慮兩點：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運作特點，確定通信的頻率范圍。然后考慮通信時鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時通信時鐘誤差會有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應(yīng)該盡量選擇時鐘誤差最小的頻率進行通信。下面舉例說明波特率選擇過程：假設(shè)系統(tǒng)要求的通信頻率在20000bit/s以下，晶振頻率為12mhz，設(shè)置smod=1（即波特率倍增）。則 th1=256-62500/波特率根據(jù)波特率取值表，我們知道可以選取的波特率有：1200，2

26、400，4800，9600，19200。列計數(shù)器重載值，通信誤差如下表 表1 89c51單片機波特率取值表 因此，在通信中，最好選用波特率為1200，2400，4800中的一個。在本設(shè)計中，將采用模式3進行通信。其波特率的選擇與模式1相同。7.2 89c51的串行口 89c51通過引腳rxd（p3.0）和引腳txd（p3.1）與外界進行通信，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化示意圖如圖十五所示。圖中有兩個物理上獨立的接收發(fā)送緩沖sbuf，它們占用同意地址99h，可同時發(fā)送接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。 串行發(fā)送與接收的速率與移位時鐘同步，89c51用定時器t1作為串行通信的

27、波特率發(fā)生器，t1溢出率經(jīng)二分頻后又經(jīng)16分頻作為串行發(fā)送或接收的移位脈沖，移位脈沖的速率既是波特率。從圖中可以看出，接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，在一個字節(jié)被從接收緩沖器sbuf讀出之前第二個字節(jié)即開始被接收，但是，在第二個字節(jié)接收完畢而前一個字節(jié)cpu未讀取時，會丟失前一個字節(jié)。串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器sbuf的名義進行讀/寫的，當向sbuf發(fā)送“寫”命令時，即是向發(fā)送緩沖器sbuf裝載并開始由txd引腳向外發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送完便使發(fā)送中斷標志位t1=1。 圖15 串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖7.3 硬件連接電路圖 在本文設(shè)計中采用三片單片機協(xié)同工作的方式，三個單片機之間的通信顯得尤為重要，為

28、了確保通信的穩(wěn)定和有效，本系統(tǒng)中采用三個單片機的串行口通信方式。其中負責溫度調(diào)節(jié)和顯示的單片機作為主機，負責溫度采集和流量統(tǒng)計的單片機作為1號子機，負責人數(shù)統(tǒng)計的單片機作為2號子機。如圖16所示。圖中l(wèi)ed為信號傳輸指示燈，4個按鍵為調(diào)節(jié)按鍵。 圖16 三單片機串行通信連接電路圖8 軟件部分設(shè)計 本系統(tǒng)采用三個單片機協(xié)同工作的方式。軟件流程也將分為三個部分介紹。由于子單片機與主單片機采用串口通信，主單片機發(fā)送給電磁閥的指令也不盡相同，須制定通信協(xié)議，其協(xié)議表2所示。 表2 通信協(xié)議表指令涵義代碼指令1讀取溫度數(shù)據(jù)1000指令2讀取熱量數(shù)據(jù)1001指令3讀取人數(shù)數(shù)據(jù)1010指令4減小電磁閥流量1

29、011指令5增加電磁閥流量1100指令6關(guān)閉電磁閥11018.1 1號子機軟件流程 1號子機負責溫度數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)的采集，以及熱量的計算。其工作流量如圖17所示，初始化后，單片機通過p2.1-p2.4口分別采集暖氣片進水口和出水口的溫度，并保存在數(shù)據(jù)寄存器中，計算溫差，保存數(shù)據(jù)。然后通過p2.0和p2.7口采集流量數(shù)據(jù)，并保存起來。接下來根據(jù)前面兩步保存的數(shù)據(jù)計算出熱量值，并進行累加，保存。在收到主單片機發(fā)送的讀取熱量數(shù)據(jù)指令（指令2）時，將熱量數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至主單片機。接下來該自己還將通過p2.5和p2.6口采集房間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)并保存。在收到主單片機發(fā)送的讀取溫度數(shù)據(jù)指令（指令1）時，將溫

30、度數(shù)據(jù)經(jīng)串口發(fā)送至主單片機。至此，1號子機程序結(jié)束，將直接進入下一循環(huán)。 圖17 1號子機程序流程圖8.2 2號子機軟件流程 2號子機負責房間內(nèi)的人數(shù)統(tǒng)計。其工作流程如圖18所示，初始化后，單片機便開始掃描管腳p0.2和p0.3，若管腳p0.2被置0，則表示門外鍵盤被按下，則在數(shù)據(jù)存儲器1中記為1，并同時開始計時程序，若一分鐘內(nèi)管腳p0.3也被置零則在數(shù)據(jù)存儲器3中記為1并同時清零數(shù)據(jù)存儲器1中的數(shù)據(jù)和結(jié)束計時程序。若一分鐘內(nèi)p0.3未被置零，則數(shù)據(jù)存儲器1清零并執(zhí)行下一步程序。若管腳p0.3先被置零，則流程同上，在數(shù)據(jù)存儲器4中記1。然后根據(jù)數(shù)據(jù)存儲器3，4中的數(shù)據(jù)相減得出房間內(nèi)的現(xiàn)有人數(shù)。

31、在收到主單片機發(fā)送的讀取人數(shù)數(shù)據(jù)指令（指令3）時將房間內(nèi)的人數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送至主單片機。另外，該子機還設(shè)有手動清零鍵，在房間內(nèi)最后一人離開時可以按下此鍵，確定所有數(shù)據(jù)存儲器清零，確保人數(shù)數(shù)據(jù)為零。單片機在執(zhí)行完該程序時將自動進入下一循環(huán)。 圖18 2號子機程序流圖8.3 主單片機軟件流程 主單片機是本系統(tǒng)的核心，負責讀取溫度，熱量，人數(shù)數(shù)據(jù)，并將之顯示在led顯示器上，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)發(fā)送指令至pwm驅(qū)動電路調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；另外，主單片機還負責采集鍵盤數(shù)據(jù)，進行人機對話，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的手動調(diào)節(jié)。其工作流程如圖19所示：初始化后主單片機開始掃描鍵盤，鍵盤共設(shè)8個按鍵。按鍵0為增溫鍵，按下后單片機接收到數(shù)據(jù)

32、便發(fā)送增溫指令（指令5）至pwm驅(qū)動電路，驅(qū)動電磁閥增加熱水流量，增加房間溫度。按鍵1為降溫鍵，按下后，主機收到數(shù)據(jù)發(fā)送降溫指令（指令4）至pwm電路，降低房間內(nèi)溫度。按鍵2為睡眠模式設(shè)定鍵，按下后單片機收到數(shù)據(jù)發(fā)送指令至pwm電路，減小熱水流量，并同時將溫度上限設(shè)為18c，電磁閥會一直減小流量，直至房間內(nèi)溫度下降為18c。按鍵3為正常模式設(shè)定鍵，按下后單片機會恢復溫度設(shè)定數(shù)據(jù)為正常。 按鍵4為手動重啟鍵，按下后單片機會重新初始化，恢復操作失誤造成的一些錯誤設(shè)定。按鍵5為led關(guān)閉鍵，按下后，單片機會停止向led顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)省少許能量。按鍵6為led開啟鍵，按下后led開啟，顯示用戶需要

33、的數(shù)據(jù)。按鍵7為熱量數(shù)據(jù)顯示按鍵，正常情況下熱量數(shù)據(jù)是累加存儲的，不顯示在led上，只有在接收到指令時才會顯示，作為收費的依據(jù)。該按鍵的功能就是在按下后主單片機會發(fā)送熱量數(shù)據(jù)讀取指令（指令2）至1號子機，接收數(shù)據(jù)并顯示。 鍵盤掃描完畢后單片機接下來便發(fā)送溫度數(shù)據(jù)讀取指令（指令1）至1號子機，讀取數(shù)據(jù)并顯示，同時判斷是否高于28c若高于此上限，便發(fā)送降溫指令（指令4）至pwm。若低于18c便發(fā)送指令5。如此實現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動調(diào)節(jié)。接下來發(fā)送人數(shù)數(shù)據(jù)讀取指令（指令3）至2號子機，接收人數(shù)數(shù)據(jù)，若人數(shù)大于零則正常調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；若人數(shù)為零，則發(fā)送關(guān)閉暖氣指令（指令6）至pwm，關(guān)閉電磁閥。實現(xiàn)房間無人

34、時暖氣關(guān)閉的目的以節(jié)省能量。執(zhí)行完最后一步后單片機會接著執(zhí)行鍵盤掃描程序進行下一循環(huán)。 圖19 主單片機程序流程圖結(jié)束語 經(jīng)過設(shè)計，本系統(tǒng)按照任務(wù)書的要求，基本實現(xiàn)了設(shè)計目標，并且加入了人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)以達到節(jié)能的目的。另外，本系統(tǒng)造價低廉，適合我國北方的普通暖氣用戶。當然，由于時間有限，設(shè)計較為匆忙，其中定有許多不足之處，離真正應(yīng)用到實際之中還有不小的距離。不過也正是因為如此，它還有不小的發(fā)展?jié)摿Α＠缭谌藬?shù)統(tǒng)計系統(tǒng)部分，其作用遠不止可以實現(xiàn)室內(nèi)無人時關(guān)閉暖氣這么簡單；另外主單片機設(shè)計了八個按鍵，按鍵的功能還可以進一步擴展，更好的進行人機對話，使系統(tǒng)更加的人性化。這些就留作以后的擴展，作為設(shè)計人，我希望有更多的人能加入到本系統(tǒng)的開發(fā)，讓它能真正應(yīng)用到實際中，給所有的用