摘　要： 利用單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)與MCGS組態(tài)軟件" title="組態(tài)軟件">組態(tài)軟件組成監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)中央供暖系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試、檢測(cè)與報(bào)警，具有直觀、調(diào)控容易、技術(shù)先進(jìn)和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞： 組態(tài)軟件 單片機(jī) 溫度傳感器" title="溫度傳感器">溫度傳感器 全自動(dòng)中央供暖系統(tǒng)" title="全自動(dòng)中央供暖系統(tǒng)">全自動(dòng)中央供暖系統(tǒng)
　　中央供暖熱水器一般使用于北方地區(qū)需要采暖系統(tǒng)和熱水供應(yīng)的場(chǎng)所，是方便、安全、節(jié)能的時(shí)尚產(chǎn)品。除可對(duì)采暖系統(tǒng)進(jìn)行供熱外，還可多點(diǎn)供應(yīng)熱水，具有供熱量充足的特點(diǎn)。特別是其單片機(jī)控制系統(tǒng)配上全中文MCGS組態(tài)軟件，可迅速構(gòu)成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)行嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以完成復(fù)雜邏輯控制，并可根據(jù)實(shí)際工況靈活組態(tài)，形成良好的人機(jī)界面，具有直觀、操作方便、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，可有效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理。
1 系統(tǒng)的性能與原理
　　系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。本系統(tǒng)是在中央熱水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加恒溫供暖功能，既可作為提供生活用水的中央熱水系統(tǒng)，也可作為供熱水和采暖供熱的多功能系統(tǒng)。

1.1采暖熱水器
　　采暖熱水器配有循環(huán)泵，將熱水反復(fù)送到各個(gè)散熱器，達(dá)到熱水循環(huán)供暖的目的。
1.2 儲(chǔ)水內(nèi)膽及恒溫供熱循環(huán)蓄水系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)是配有專業(yè)設(shè)計(jì)的不銹鋼儲(chǔ)水內(nèi)膽及恒溫供熱循環(huán)蓄水的系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)定：當(dāng)罐內(nèi)水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，恒溫水泵工作，將罐內(nèi)的水送進(jìn)熱水器加熱，循環(huán)加熱后，罐內(nèi)的水溫將逐步升高，到設(shè)定溫度時(shí)，水泵停止工作，熱水器也同時(shí)停止工作，熱水器加溫至默認(rèn)的溫度后進(jìn)入自動(dòng)恒溫狀態(tài)。
1.3 中央供熱/供暖系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要采用快速熱水器為基本加熱源，配優(yōu)質(zhì)發(fā)熱管作輔助熱體，整機(jī)安全、可靠。
2 控制技術(shù)要求
　　本設(shè)備有供熱、供暖兩項(xiàng)控制要求，具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制功能。
2.1自動(dòng)控制功能
　　執(zhí)行默認(rèn)設(shè)置，熱水器進(jìn)入加熱狀態(tài)，加溫至默認(rèn)的75°C后，停止加熱。水溫溫度低至55°C時(shí)，快速熱水器自動(dòng)加熱，溫度達(dá)到75°C時(shí)停止加熱。
2.2 手動(dòng)功能
　　可按用戶的要求設(shè)置，可自行設(shè)定溫度。
　　· 供暖控制功能：當(dāng)選擇供暖功能時(shí)，首先將內(nèi)膽水溫加熱至默認(rèn)的75°C，停止加熱，5分鐘后，再檢測(cè)回流水溫度，回流水溫降至50°C時(shí)，再加熱并啟動(dòng)循環(huán)泵，將回流溫度控制在50°C~75°C的范圍內(nèi)，周而復(fù)始，不斷對(duì)采暖系統(tǒng)進(jìn)行供熱。
　　· 定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)控制功能：用戶可在24小時(shí)范圍內(nèi)任意設(shè)置定時(shí)開(kāi)機(jī)與關(guān)機(jī)功能。
　　· 時(shí)間顯示控制功能：4位數(shù)碼屏顯示，按△、▽鍵可設(shè)置小時(shí)數(shù)、分鐘數(shù)。
3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)
3.1 總體方案
　　全自動(dòng)中央供暖熱水器的控制與檢測(cè)系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)是一個(gè)以89S51單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。溫度測(cè)量采用AD7416數(shù)字溫度傳感器、JWS溫度變送器，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)0~5V的直流電壓信號(hào)。89S51單片機(jī)的接口為標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口。通信采用75LBC180全雙工485芯片。上位機(jī)由一臺(tái)微機(jī)構(gòu)成，采用VB6.0完成組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)和下位機(jī)直接通過(guò)485并行總線連接。

3.2 功能模塊的硬件實(shí)現(xiàn)
　　圖2為系統(tǒng)部分功能模塊的電路原理圖，其中，AD7416完成溫度采樣。AT24C01完成溫度門(mén)限值的存儲(chǔ)，系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。MAX485是RS485通信的電平轉(zhuǎn)換器件。按鍵1~4完成溫度門(mén)限值的設(shè)定，12V繼電器及相關(guān)的外圍電路完成通道的控制。TLC1543 11通道A/D轉(zhuǎn)換器完成直流電壓、交流電壓以及房間恒溫的測(cè)量，與單片機(jī)89S51通過(guò)4線SPI總線接口，24小時(shí)時(shí)鐘顯示，依靠單片機(jī)中的定時(shí)器完成計(jì)時(shí)。

3.3 主程序流程設(shè)計(jì)
　　圖3是溫度控制系統(tǒng)的主程序流程圖。主程序首先對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)寄存器及外圍接口芯片進(jìn)行初始化，然后通過(guò)讀EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C01將原先通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定的溫度門(mén)限值存入到溫度門(mén)限寄存器中；隨后調(diào)用AD7416溫度采樣和TLC1543模/數(shù)轉(zhuǎn)換子程序，并將結(jié)果經(jīng)數(shù)值轉(zhuǎn)換后通過(guò)4位LED數(shù)碼管顯示。程序運(yùn)行當(dāng)中可隨時(shí)通過(guò)調(diào)用鍵盤(pán)子程序來(lái)更改溫度上下限值，并將該限值保存到AT24C01數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片中。當(dāng)測(cè)量的溫度值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，調(diào)用后向通道控制子程序啟動(dòng)繼電器打開(kāi)各種負(fù)載。
4 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1監(jiān)控界面設(shè)計(jì)
　　全中文工控組態(tài)軟件MCGS是一套基于Windows的平臺(tái)，快速構(gòu)成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows9598MENT2000等操作系統(tǒng)，MCGS有寵大標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)器件、設(shè)備、圖形庫(kù)，通過(guò)接口設(shè)計(jì)，支持各類型單片機(jī)等硬件設(shè)備。MCGS軟件使用簡(jiǎn)單，操作方便，Windows圖形功能完備，界面一次性好。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了五個(gè)界面，分別是主界面、流程監(jiān)控、故障報(bào)警、報(bào)表輸出、操作規(guī)程。圖4所示的是中央供熱/供暖系統(tǒng)流程監(jiān)控界面。其中，流程監(jiān)控是系統(tǒng)的整個(gè)工作流程的動(dòng)態(tài)顯示，包括每個(gè)接口的水溫顯示、流水的方向等；報(bào)表輸出是通過(guò)組態(tài)軟件的報(bào)表功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行信息、故障信息的數(shù)據(jù)保存、顯示與定期打印。

4.2 單片機(jī)和上位PC機(jī)的RS—485通信接口
　　RS—485最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的多點(diǎn)總線互連功能，它可以連接一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)終端同時(shí)通信。由于它是半雙工的工作方式，只能有一方發(fā)送，一方接收，而且它采用差動(dòng)電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環(huán)境下工作。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用MAX485芯片，完成單片機(jī)和上位PC機(jī)的RS—485通信。芯片MAX485是RS—485 通信的低功率收發(fā)器，其驅(qū)動(dòng)器變化率沒(méi)有限制，最大傳輸率可達(dá)2.5Mbps，傳輸距離為1200米。MAX485芯片采用單+5V電源供電，總線上可掛接32個(gè)收發(fā)器。MAX485有8個(gè)引腳，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能端DE和接收器使能端/RE禁止時(shí)，驅(qū)動(dòng)器和接收器輸出為高阻態(tài)。RO和DI分別為接收器輸出端和驅(qū)動(dòng)器輸入端，只要A、B端通過(guò)電阻對(duì)應(yīng)連接，即可實(shí)現(xiàn)信息傳輸。MAX485采用雙線半雙工通信方式，串行通信的波特率選為9600bps，AT89S51單片機(jī)的晶振相應(yīng)地選為11.0592MHz，即可滿足系統(tǒng)對(duì)波特率誤差的要求。MAX232是RS-232收發(fā)器，用于實(shí)現(xiàn)TTL電平與微機(jī)串口的RS-232電平信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。采用單+5V電源供電，數(shù)據(jù)傳輸率為120Kbps。
4.3 通信接口電路
　　在測(cè)控系統(tǒng)中，下位機(jī)的實(shí)時(shí)性較高，因而一般采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。通信協(xié)議采用8個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。AT89S51的串行口有四種工作方式，選取方式1即標(biāo)準(zhǔn)的10位異步通信方式，由串行口控制寄存器設(shè)置狀態(tài)，將SCON設(shè)置為0X50H。采用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，工作于方式2。
4.4 PC機(jī)端組態(tài)軟件通信腳本程序設(shè)計(jì)
　　組態(tài)軟件的腳本程序用VB語(yǔ)言提供的通信控件MXCOMM可以方便地對(duì)串行通信的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括串口狀態(tài)、通信格式和協(xié)議等。一旦檢測(cè)到有發(fā)送或接收數(shù)據(jù)發(fā)生，則觸發(fā)OnComm事件，通過(guò)編程訪問(wèn)COM1的event屬性了解通信事件的類型，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。PC機(jī)串口對(duì)無(wú)線收發(fā)模塊收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的控制，采用的是Visual Basic的開(kāi)發(fā)環(huán)境，可通過(guò)設(shè)置MSComm控制的PTSEnable屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)。RTSEnble屬性設(shè)為False時(shí)，串口RTS輸出高電平，電平轉(zhuǎn)換后將PTR 2000置為發(fā)射狀態(tài)；RTSEnble屬性設(shè)為T(mén)rue時(shí)，串口RTS輸出低電平，電平轉(zhuǎn)換后將PTR 2000置為接收狀態(tài)。圖5所示為計(jì)算機(jī)端的Visual Basic接收程序流程圖。

　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，特別是在單片機(jī)控制系統(tǒng)上配全中文MCGS組態(tài)軟件，構(gòu)成實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際工況靈活組態(tài)，作為良好的上位機(jī)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測(cè)試、檢測(cè)與報(bào)警，具有直觀、操作方便、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，該全自動(dòng)中央供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路正確、運(yùn)行可靠，能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，在自動(dòng)化控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
參考文獻(xiàn)
1 MCGS全中文組態(tài)軟件.北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司, 2002:88～109
2 胡 輝.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與訓(xùn)練.北京：中國(guó)水利水電出版社,2001:246～250
3 謝志萍.傳感器與檢測(cè)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2004：55～67