摘 要： 利用單片機" title="單片機">單片機與MCGS組態軟件" title="組態軟件">組態軟件組成監控平臺，實現對整個中央供暖系統的動態測試、檢測與報警，具有直觀、調控容易、技術先進和價格低等優點。
關鍵詞： 組態軟件 單片機 溫度傳感器" title="溫度傳感器">溫度傳感器 全自動中央供暖系統" title="全自動中央供暖系統">全自動中央供暖系統
中央供暖熱水器一般使用于北方地區需要采暖系統和熱水供應的場所，是方便、安全、節能的時尚產品。除可對采暖系統進行供熱外，還可多點供應熱水，具有供熱量充足的特點。特別是其單片機控制系統配上全中文MCGS組態軟件，可迅速構成上位機監控系統，運行嵌入式實時操作系統，可以完成復雜邏輯控制，并可根據實際工況靈活組態，形成良好的人機界面，具有直觀、操作方便、控制靈活等優點，可有效地對系統進行監控和管理。
1 系統的性能與原理
系統工作示意圖如圖1所示。本系統是在中央熱水系統的基礎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，也可作為供熱水和采暖供熱的多功能系統。
1.1采暖熱水器
采暖熱水器配有循環泵，將熱水反復送到各個散熱器，達到熱水循環供暖的目的。
1.2 儲水內膽及恒溫供熱循環蓄水系統
該系統是配有專業設計的不銹鋼儲水內膽及恒溫供熱循環蓄水的系統，系統設定：當罐內水溫低于設定溫度時，恒溫水泵工作，將罐內的水送進熱水器加熱，循環加熱后，罐內的水溫將逐步升高，到設定溫度時，水泵停止工作，熱水器也同時停止工作，熱水器加溫至默認的溫度后進入自動恒溫狀態。
1.3 中央供熱/供暖系統
該系統主要采用快速熱水器為基本加熱源，配優質發熱管作輔助熱體，整機安全、可靠。
2 控制技術要求
本設備有供熱、供暖兩項控制要求，具有自動、手動兩種控制功能。
2.1自動控制功能
執行默認設置，熱水器進入加熱狀態，加溫至默認的75°C后，停止加熱。水溫溫度低至55°C時，快速熱水器自動加熱，溫度達到75°C時停止加熱。
2.2 手動功能
可按用戶的要求設置，可自行設定溫度。
· 供暖控制功能：當選擇供暖功能時，首先將內膽水溫加熱至默認的75°C，停止加熱，5分鐘后，再檢測回流水溫度，回流水溫降至50°C時，再加熱并啟動循環泵，將回流溫度控制在50°C~75°C的范圍內，周而復始，不斷對采暖系統進行供熱。
· 定時開關機控制功能：用戶可在24小時范圍內任意設置定時開機與關機功能。
· 時間顯示控制功能：4位數碼屏顯示，按△、▽鍵可設置小時數、分鐘數。
3 控制系統的設計方案與實現
3.1 總體方案
全自動中央供暖熱水器的控制與檢測系統包括上位機和下位機兩部分。下位機是一個以89S51單片機為核心的數據采集系統。溫度測量采用AD7416數字溫度傳感器、JWS溫度變送器，輸出信號為標準0~5V的直流電壓信號。89S51單片機的接口為標準I2C總線接口。通信采用75LBC180全雙工485芯片。上位機由一臺微機構成，采用VB6.0完成組態軟件設計。上位機和下位機直接通過485并行總線連接。
3.2 功能模塊的硬件實現
圖2為系統部分功能模塊的電路原理圖，其中，AD7416完成溫度采樣。AT24C01完成溫度門限值的存儲，系統掉電后數據不會丟失。MAX485是RS485通信的電平轉換器件。按鍵1~4完成溫度門限值的設定，12V繼電器及相關的外圍電路完成通道的控制。TLC1543 11通道A/D轉換器完成直流電壓、交流電壓以及房間恒溫的測量，與單片機89S51通過4線SPI總線接口，24小時時鐘顯示，依靠單片機中的定時器完成計時。
3.3 主程序流程設計
圖3是溫度控制系統的主程序流程圖。主程序首先對各個數據寄存器及外圍接口芯片進行初始化，然后通過讀EEPROM數據存儲器AT24C01將原先通過鍵盤設定的溫度門限值存入到溫度門限寄存器中；隨后調用AD7416溫度采樣和TLC1543模/數轉換子程序，并將結果經數值轉換后通過4位LED數碼管顯示。程序運行當中可隨時通過調用鍵盤子程序來更改溫度上下限值，并將該限值保存到AT24C01數據存儲芯片中。當測量的溫度值超過預先設定的門限值時，調用后向通道控制子程序啟動繼電器打開各種負載。
4 上位機監控系統設計
4.1監控界面設計
全中文工控組態軟件MCGS是一套基于Windows的平臺，快速構成上位機監控系統，可運行于Microsoft Windows9598MENT2000等操作系統，MCGS有寵大標準的工業器件、設備、圖形庫，通過接口設計，支持各類型單片機等硬件設備。MCGS軟件使用簡單，操作方便，Windows圖形功能完備，界面一次性好。本系統設計了五個界面，分別是主界面、流程監控、故障報警、報表輸出、操作規程。圖4所示的是中央供熱/供暖系統流程監控界面。其中，流程監控是系統的整個工作流程的動態顯示，包括每個接口的水溫顯示、流水的方向等；報表輸出是通過組態軟件的報表功能實現運行信息、故障信息的數據保存、顯示與定期打印。
4.2 單片機和上位PC機的RS—485通信接口
RS—485最大的優點在于它的多點總線互連功能，它可以連接一臺主機和多臺終端同時通信。由于它是半雙工的工作方式，只能有一方發送，一方接收，而且它采用差動電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環境下工作。在單片機系統中使用MAX485芯片，完成單片機和上位PC機的RS—485通信。芯片MAX485是RS—485 通信的低功率收發器，其驅動器變化率沒有限制，最大傳輸率可達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個收發器。MAX485有8個引腳，當驅動器使能端DE和接收器使能端/RE禁止時，驅動器和接收器輸出為高阻態。RO和DI分別為接收器輸出端和驅動器輸入端，只要A、B端通過電阻對應連接，即可實現信息傳輸。MAX485采用雙線半雙工通信方式，串行通信的波特率選為9600bps，AT89S51單片機的晶振相應地選為11.0592MHz，即可滿足系統對波特率誤差的要求。MAX232是RS-232收發器，用于實現TTL電平與微機串口的RS-232電平信號之間的轉換。采用單+5V電源供電，數據傳輸率為120Kbps。
4.3 通信接口電路
在測控系統中，下位機的實時性較高，因而一般采用串行中斷的方式進行通信。通信協議采用8個數據位、一個停止位，無奇偶校驗位。AT89S51的串行口有四種工作方式，選取方式1即標準的10位異步通信方式，由串行口控制寄存器設置狀態，將SCON設置為0X50H。采用定時器T1作為波特率發生器，工作于方式2。
4.4 PC機端組態軟件通信腳本程序設計
組態軟件的腳本程序用VB語言提供的通信控件MXCOMM可以方便地對串行通信的各項參數進行設置，包括串口狀態、通信格式和協議等。一旦檢測到有發送或接收數據發生，則觸發OnComm事件，通過編程訪問COM1的event屬性了解通信事件的類型，并進行相應的處理。PC機串口對無線收發模塊收發狀態轉換的控制，采用的是Visual Basic的開發環境，可通過設置MSComm控制的PTSEnable屬性來實現。RTSEnble屬性設為False時，串口RTS輸出高電平，電平轉換后將PTR 2000置為發射狀態；RTSEnble屬性設為True時，串口RTS輸出低電平，電平轉換后將PTR 2000置為接收狀態。圖5所示為計算機端的Visual Basic接收程序流程圖。
本系統采用單片機控制，結構簡單、性能可靠，特別是在單片機控制系統上配全中文MCGS組態軟件，構成實時監控系統，根據實際工況靈活組態，作為良好的上位機人機界面，實現了動態測試、檢測與報警，具有直觀、操作方便、控制靈活等優點。經生產實踐表明，該全自動中央供暖系統設計思路正確、運行可靠，能達到實際應用的要求，在自動化控制產品設計中應用越來越廣泛。
參考文獻
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