摘 要

本文介绍了水暖节能控制器的发展过程，知识背景，研究意义，设计方案，硬件描述，电路原理和软件编写等内容。

设计使用STC-89C52单片机作为控制器，实现对其他元器件的控制功能；检测环节使用温度传感器DS18B20进行温度数据的采集，DS18B20的单总线协议可实现将检测温度转化为数字信号传递给单片机；使用LCD1602作为温度显示模块，实现与用户的人机交流，它的上下两行分别显示当前温度和设定温度值，将实时控制的结果显示给水暖用户，结合按键模块实现用户对不同理想温度值的设置；加热控制电路采用PID算法处理偏差信号，使用脉宽调制输出（PWM）技术将控制信号转换为占空比不同的方波，执行器采用双向可控硅电路，通过控制加热管的导通时间来控制加热功率，达到智能控制温度的目的。

关键词：单片机；温度控制；PID算法；可控硅

Abstract

This paper introduces the development process, knowledge background, design scheme, hardware description, circuit principle and software writing of pumbing energy saving controller.

This design uses STC-89C52 microcontroller as the controller. The temperature sensor DS18B20 is used as a detection for indoor temperature data collection, and the DS18B20 single bus protocol can convert the detected temperature into digital signal, sending them to the microcontroller for next data processing. LCD1602 is used as a temperature display device. The upper and lower lines are separately displayed the detected temperature and the temperature setted by users, showing users the real-time control results. In addition, use two buttons for users to adjust the temperature value. The temperature control module uses the PID algorithm to process the deviation signal, producing control signals converted to PWM square wave. The actuator uses a thyristor circuit, controlling the conduction time of the heating pipe to change the heating power to achieve the purpose of intelligent control.

Key Words：Single - chip microcomputer; Temperature control; PID; Thyristor

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究的意义 2

1.4课题研究的主要内容 2

第2章 系统方案设计 3

第3章 硬件设计 5

3.1 单片机最小系统 6

3.1.1 51单片机 6

3.1.2 复位电路和晶振电路 7

3.2 DS18B20温度传感器 8

3.2.1 简介 8

3.2.2 DS18B20控制方式 9

3.2.3 DS18B20与单片机的连接 10

3.3 LCD液晶显示屏 10

3.3.1 LCD1602简介 10

3.3.2 LCD1602与单片机的接口电路 12

3.4 按键控制模块 12

3.5 双向可控硅控制设计 13

第4章 软件设计 15

4.1 系统流程图 15

4.2 LCD1602显示程序 16

4.3 DS18B20程序设计 17

4.4 按键扫描程序 21

4.5 加热管控制程序 22

4.5.1 PID控制算法 22

4.5.2 PWM脉宽调制 24

4.5.3 PID算法程序设计 24

第5章 仿真与调试 25

5.1 设计使用软件 25

5.2 PID参数整定仿真 25

5.3 Proteus仿真结果 27

5.4 实物调试结果 30

第6章 总结与展望 33

致谢 34

参考文献 35

附录 36

第1章 绪论

随着全球气候变化和资源能源被大量开发利用，节能环保成为当前发展的主要前提，各商家的产品力求做到绿色化，节能化。家庭常用设备水暖也应该向节能化的方向发展。目前，电子设备，信息系统和自动控制领域的快速发展让人们进入了智能时代，这些科学技术与生活产品相结合不但让人们的生活方式变得方便快捷，还能实现节能环保的追求。

1.1 课题研究背景

面对严寒的冬天，取暖装置成为了人们必不可少的家庭装备，各种各样的取暖设备都应势发展起来。电热片，空调，电热扇是个人取暖设备的普遍选择，它们有着体积小，操作方便的优点，但同时耗电较大，成本较高，长期使用增加家庭负担，也会造成能源的浪费。另外就是以整栋楼为单元的集体供暖方式，最具代表性的就是地暖设备。地暖根据加热方式不同有电暖和水暖之分。地暖的散热均匀，加热效果很好，因此深得人们的喜爱，是目前最受欢迎的一种取暖装置。虽为集体供暖，但每户都有独立的一户一表控制系统，不仅可以根据自家需要单独调节热度，还能根据每个房间不同的用处来分配取暖热用量，是一种实用方便的家庭装备^[1]。

本设计就是针对以热水为加热媒介的水暖系统。它的主要结构是埋藏在整个地板下的回环水流管道和调节控制阀门，当水暖开关打开，管道内有热水循环流动时，基于地面散热和空气对流的原理房间温度升高，达到取暖的目的。相比于以电为热媒的电暖系统，水暖存在很多优势：在能源利用方面，每立方米的天然气可以产生的热能相当于同等对比条件下电暖设备的两倍要多；在舒适度方面，水暖系统不会夺取室内湿度，是以加热空气为主，而电暖则会出现空气干燥湿度降低的问题，影响用户的使用感受；并且在寿命和造价上，地暖的性能也比电暖要好，水暖设备主要结构是管道，若采用生产性能较好的合金管道，它们的寿命可达50年之久，而电暖在长时间使用下会出现电缆老化的情况，使用寿命较短，并且还会有漏电的危险^[2]。

下面是关于水暖及其控制技术的具体介绍。

1.2国内外研究现状

外国的一些发达国家对于温控系统的研究开始很早，伴随他们先进的信息技术和控制理论的结合发展，目前已经十分成熟，能够实现高精度智能化的要求。温度控制是由早期的模拟式检测仪表发展而来，当时对采集数据进行记录后再进行分析控制，因此会出现滞后性和控制误差^[3]。后来控制系统进入了分布式。随着计算机技术的迅猛发展，温控系统也被带入了高科技发展的行列^[4]。一些发达的技术如远程遥感探测，局域网控制，网络信息等元素都被加入在温控系统中，使得温度控制系统越来越高端，发展形势十分良好^[5]。