基于單片機的機械通風控制器設(shè)計

摘要目前，國內(nèi)大局部住宅的室內(nèi)污染狀況堪憂。各種新型建筑材料、裝修材料、日用化學品進入住宅成為室內(nèi)污染源；另外，空調(diào)的使用和普及使室內(nèi)通風率比以前明顯下降，造成住宅室內(nèi)污染的累積，致使室內(nèi)的空氣質(zhì)量相對惡化。由于上述種種原因，造成我國大局部居住建筑的通風狀況相對較差，根本上不能滿足我國《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制標準》的有關(guān)規(guī)定。在自然通風不能滿足需要的時候，往往可以通過機械通風方式來改善室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣品質(zhì)。論文所研究的的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用室外環(huán)境條件，通過對建筑物室內(nèi)外溫度、濕度等的測量、比擬、優(yōu)化，進而控制送風設(shè)備、排風設(shè)備和窗及窗簾的狀態(tài)，配合并聯(lián)動空調(diào)的運行，到達智能調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)環(huán)境的目的，以此改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設(shè)計。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機SST89E58RD2為核心，以JWSL．2系列壁掛型溫濕度傳感器等作為測量元件，通過單片機與傳感器相連，采集并存儲傳感器的測量數(shù)據(jù)。在單片機系統(tǒng)中，還要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示、超限語音報警和數(shù)據(jù)輔助存儲功能。單片機作為監(jiān)控系統(tǒng)的中心，通過RS232／RS485總線與監(jiān)控計算機通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機將單片機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行記錄、存儲和處理，供工作人員瀏覽、記錄和進行相關(guān)處理。關(guān)鍵詞：空氣品質(zhì)、單片機、溫度、濕度、傳感器ABSTRACTAtpresent．mostofthedomesticindoorpollutionsituationsarewonhanxious．Variousnewbuildingmaterials，decorationmaterialsandcommodityofchemicalenterintoindoorenviromentandbecomesourcesofpollution．Inaddition，theuseandpopularityofair-conditioningdecreasetheindoorventilationrateobviously,resultingintheaccumulationofresidentialindoorpollutionandworseindoorairquality．Forallabovethesereasons，mostofourcountry’SbuildingventilatingsituationsbecomerelativelybadandcannotsatisfytherequirementsofOUrcountry’S”CivilconstructionIndoorenvironmentContaminationcontrolStandard”concemedbasically．Usually,weimprovetheindoorhotenvironmentandtheairqualitythroughthemachineventilationwhenthenaturalventilationcall’tmeettheneeds．neindoorenvironmentregulatingsystemonwhichthispaperstudybelongstotheareaoftechnology．ItisafhJluseoftheoutdoorenvironmentalconditionsthroughthesurvey、comparison、optimizationofbuildingindoor&outsidetemperature，humidity,andSOon,andthencontrolventilationequipments、thewindowandwindowcurtainandair-condition．Bythisprocess,thesystemCallachievethepurposeofregulatingbuildingindoorenvironmentintellectuallyandimprovetheindoorairquality．TIliSsystemUSeSthehierarchizationandmodulardesign,thewholesystemiScomposedbythedataacquisitionsystem,theMCUcontrolsystemandthecomputersupervisorysystem．ThesystemtakestheMCUSST89E58RD2asCOre．JWSL-2．wallSeriesoftemperatureandhumiditysensorsasameasuringdevice，captureandstorethesensordatathroughtheconnectionbetweenMCUandsensors．InMCUsystem，wehavetorealizethedatarealtimedisplay、warningwhenbeyondthelimitedpronunciationandthedatasupplementarystoragefunction．Asthecenterofcomputermonitoringsystem，MCUcommunicatewithcomputerthroughRS232／R$485systembusandtransmitthecollecteddatetomonitorcomputer．1rtlemonitorcomputerdotherecording、memoryandprocessingjobsforthedatawhichMCUtransmits，andthenthesedataaresuppliedforthestafftobrowse，recordandrelatedprocess．Keywords：airquality，MCU，temperature，humidity，sensor第1章引言1.1課題研究目的及其意義1.工程的實施將提供有效的節(jié)能措施：工程的開發(fā)符合我國節(jié)約型社會的建設(shè)要求，隨著我國國民經(jīng)濟的快速開展，能源消費需求大幅增加，能源供需矛盾突出，提高能源利用效率、改善能源環(huán)境己經(jīng)迫在眉睫。我國自1997年11月出臺《中華人民共和國節(jié)約能源法》開始，各省市也陸續(xù)推出了節(jié)能標準、標準、條例和節(jié)能實施方案，從節(jié)能組織、節(jié)能責任、節(jié)能措施等多方面進行實施，其中節(jié)能技術(shù)措施的推廣應(yīng)用是實現(xiàn)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。目前全國電力能源短缺現(xiàn)象己經(jīng)成為普遍性問題。各地政府及企事業(yè)單位紛紛想方法節(jié)約能源，尤其是電能。普通老百姓也深刻體會到電力資源緊缺帶來的各種不便，節(jié)約電力資源成為社會的普遍共識。同時各地也都采取拉閘限電、峰低谷用電等措施來控制用電量，力求資源的充分利用。在我國所有能耗中，建筑能耗所占的比例越來越大，占1/3以上，這還未包括那些工業(yè)非生產(chǎn)性建筑、通信機房與基站等無人值守的建筑。在建筑能耗中除必須的電氣設(shè)備能耗外，主要能耗均用在了改善環(huán)境方面。例如在智能建筑中的能耗中央空調(diào)占60%，照明、電梯等其它為40%;在通信機房與基站能耗中央空調(diào)所占的比例也很大，占整個基站與機房電費支出的54%左右。本控制系統(tǒng)就是針對減少這類建筑能耗而進行的。2.工程的實施符合智能建筑的開展趨勢：國家標準《智能建筑設(shè)計標準》(GB/T50314一2000)對智能建筑定義為“以建筑為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備(BA)、辦公自動化(OA)及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CA)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、效勞、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個平安、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境”。智能化建筑需要到達的目的是最大限度地滿足使用者的舒適性、操作者的方便性、節(jié)能性、管理的高效性和信息化效勞。目前使用中央空調(diào)的建筑中，其中央空調(diào)的控制系統(tǒng)一般是對整棟建筑所有房間或?qū)δ硯讉€劃分好的大區(qū)域內(nèi)所有房間進行集中控制，實現(xiàn)集中制冷和通風，往往要熱都熱、要冷都冷，甚至無人的房間也相同。很難到達單個房間的人性化調(diào)節(jié)，造成很大的耗電損失和某種程度的不舒適性。空調(diào)房間里面待久了，難免會有各種“空調(diào)病”，而最舒適的還是自然風。那些使用單體家用空調(diào)的建筑，在人員外出或睡眠時候由于對空調(diào)的運行與停機和對溫濕度、新風等的調(diào)節(jié)不能實現(xiàn)自動控制，空調(diào)不是處于停機狀態(tài)使室內(nèi)環(huán)境惡劣，就是處于連續(xù)運行狀態(tài)造成無謂的浪費。另外，通信基站機房在運行時設(shè)備會散發(fā)出大量的熱能，由于通信設(shè)備對工作環(huán)境的要求較高，現(xiàn)有機房大多采用空調(diào)進行機房溫度、濕度的制冷調(diào)節(jié)且機房空調(diào)大多被設(shè)置為制冷18℃，或者自動24℃，而且局部地區(qū)是全年開啟浪費的現(xiàn)象較為嚴重。諸如此類的場所空調(diào)都不能根據(jù)季節(jié)、室外溫度等環(huán)境因素的變化而改變自身的工作狀態(tài)和啟動條件，不能遠程設(shè)定空調(diào)的運行狀態(tài)和啟動條件，更不能利用時外的環(huán)境條件來改善室內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，造成了較大的能耗損失。空調(diào)假設(shè)與其它的散熱、送風與排風系統(tǒng)配合起來使用，節(jié)能的空間將是很大的，同時也給使用者營造了一個更加舒適的環(huán)境。本控制系統(tǒng)所研制的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能很好解決室內(nèi)空氣品質(zhì)，較小能耗損失。3.本控制系統(tǒng)的實施有助于加強綠色建筑標準的認證和推廣力度：綠色建筑以節(jié)能為突破口，全面推進節(jié)電、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材，從整體上提升我國建筑的資源節(jié)約水平。本控制系統(tǒng)的時候?qū)⒂兄诟牧贾悄芙ㄖ哪芎暮饬繕藴?，使綠色建筑標準的認證具體化。4．改善家居室內(nèi)的空氣品質(zhì)：隨著科學技術(shù)的進步和人們生活水平的提高，越來越多的人開始注重的美觀和舒適，室內(nèi)裝修熱不斷的升溫，豪華裝飾越來越普遍。各種新型建筑材料、裝修材料日用化學品進入住宅成為室內(nèi)污染源，但空調(diào)的使用和普及使室內(nèi)通風率比以前明顯下降，造成住宅室內(nèi)污染的累積，致使室內(nèi)的空氣質(zhì)量嚴重惡化。在自然通風不能滿足需要的時候，往往可以通過機械通風方式來改善室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣品質(zhì)。本文所論述的機械通風方式不單純指廚房和衛(wèi)生間的短時排風，而是以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)為主要目的的通風方式。世界衛(wèi)生組織“健康住宅”標準的巧條里面有8條根室內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)這些是提高生活品質(zhì)的主要標志：節(jié)約能源，建筑節(jié)能是關(guān)系到我國可持續(xù)開展的必由之路。關(guān)著窗子要新風，通風還要不耗能，是國內(nèi)外解決建筑節(jié)能的一致目標。消除室內(nèi)環(huán)境污染，讓消費者住上達標房。近幾年，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量問題引發(fā)的業(yè)主和開發(fā)商之間的糾紛時有發(fā)生，成為社會各界關(guān)注的焦點，社會要求制定相應(yīng)法律的呼聲日益高漲?！妒覂?nèi)空氣質(zhì)量標準》已經(jīng)正式發(fā)布了我國第一部《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》(標準號:GB/T18883一2002)正式發(fā)布，并于2003年3月1日正式實施。該標準與國家標準委以前發(fā)布的《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制標準》、10種《室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量標準》共同構(gòu)成了一個比擬完整的室內(nèi)環(huán)境污染控制和評價體系，為廣闊消費者解決室內(nèi)污染難題提供了有力的依據(jù)，也為裝飾、餐飲等企業(yè)的施工操作提供了標準文件。通風才是解決室內(nèi)污染的好方法。雖然去除空氣污染方法有多種，可以減少污染源，可以吸附殺滅，可以過濾和活性炭吸附，在特定場合下這些都是必需的解決方案。但是室內(nèi)空氣品質(zhì)專家指出，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的最有效的方法就是通風。大自然干萬年營造出的新鮮空氣人類根本無法復(fù)制。高品質(zhì)的生活需要的不僅僅是污染達標的空氣，而是需要新鮮、潔凈、寧靜、舒適的空氣就像人們喜歡山澗海邊的大自然空氣一樣?，F(xiàn)在呼吸新鮮空氣，耳根清靜地在室內(nèi)工作學習和生活，越來越成為都市人可望不可及的奢求。我國現(xiàn)在是世界第二大能源消耗國家，各種化石能源儲藏量十分稀缺，國家領(lǐng)導己經(jīng)把尋找能源放到了國家戰(zhàn)略的重要位置。另一方面節(jié)能是國家可持續(xù)開展的必由之路。我國能源總消費量中，建筑能耗所占的比例已從1978年的10%上升到2001年的27.45%。并在每年持續(xù)大幅度上升。數(shù)據(jù)說明我國建筑能耗中有55%是采暖、空調(diào)能耗，這是一個極為龐大的數(shù)字，酒店、高檔寫字樓深切感受到暖通能耗在他們運營本錢中的份量，通風節(jié)能己經(jīng)變成一個刻不容緩的重大問題。建筑通風能耗相當于幾十個三峽的發(fā)電量，非節(jié)約不可!通風節(jié)能需要概念創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，室內(nèi)通風不暢是現(xiàn)代城市的普遍現(xiàn)象，建筑通風節(jié)能又是緩解能源危機的必由之路。市場呼喚多元化的室內(nèi)空氣品質(zhì)解決方案，更呼喚建立通風的新概念和新風行業(yè)的迅速開展。國際上建筑節(jié)能的重點都是放在節(jié)約采暖和降溫的能耗上，因此對與本控制系統(tǒng)類似的產(chǎn)品研制主要是室內(nèi)通風設(shè)備，但是由于進口的室內(nèi)通風設(shè)備價格比擬昂貴，在國內(nèi)一直沒有得到大范圍推廣。目前，我國每年竣工房屋建筑面積約20億平方米，新增房屋面積不斷擴大。智能建筑工程的投資己占建筑工程總投資的5%一10%，全國每年智能建筑總投資約幾十億元，甚至達上白億元，是世界上最大的智能建筑的建設(shè)市場。我國是世界上空調(diào)制造和使用的第一大國，每年新增中央空調(diào)機組3萬多臺，新增空調(diào)末端設(shè)備120萬多臺，家用空調(diào)的使用量更是逐年增長，廣東珠三角地區(qū)在全國又占首位。另外，目前我國的移動機房、基站主要使用領(lǐng)域的需求量也很客觀為10萬套，未來40萬套，使用空調(diào)的需求量也非常大。本控制系統(tǒng)產(chǎn)品價格是進口同類進口產(chǎn)品的十分之一，其經(jīng)濟壽命期8-10年，目前處于壽命期的初期階段，所有有很大的開展空間，其開展趨勢顯而易見的。本系統(tǒng)不僅可以與中央空調(diào)或單體家用空調(diào)進行配合使用，而也可以單獨使用，功能可選、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)可選，靈活方便。家用式的使用方法和安裝，合理的本錢，本產(chǎn)品有著廣闊的市場前景。1.2課題研究主要內(nèi)容本控制系統(tǒng)所研制的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用自然環(huán)境條件，通過對建筑物室內(nèi)外溫度、濕度、風速、光照度等的測量運行、比擬、優(yōu)化，進而控制送風、排風設(shè)備和窗及窗簾的狀態(tài)，配合并聯(lián)動空調(diào)，同時操作系統(tǒng)、設(shè)定與修改系統(tǒng)的運行參數(shù)及空調(diào)的啟動條件，到達智能調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)環(huán)境的目的。研發(fā)的系統(tǒng)適用于多種場合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(酒店、賓館、大型寫字樓等)、使用家用空調(diào)的辦公室和住宅、無空調(diào)的辦公室和住宅、無人值守的通信機房和基站等等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場所。本控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計算機、控制器、遙控器、進風與排風設(shè)備、自動化窗及窗簾和溫度、濕度、風速、光照度等傳感器及軟件性構(gòu)成，為三級結(jié)構(gòu)。第一級為中央管理計算機(PC機)，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)視、報警、顯示、存儲、記錄、操作等功能;第二級為控制器，采集、處理各類I/O信號，完成系統(tǒng)的控制功能:第三級為遙控器、傳感器和各類風機等設(shè)備。第二級與第三級之間根據(jù)設(shè)備的不同由串口、1/0接口等實現(xiàn)信號的傳遞與處理。本控制系統(tǒng)研究開發(fā)的重點內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，其中控制器、遙控器等主設(shè)備和系統(tǒng)軟件為自主研發(fā)，其它常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等采用集成的方法實現(xiàn)。控制器由89E58RD240-C-JE單片機和假設(shè)干個溫度傳感器、TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器、繼電器、報警和電源電路等組成，完成遠程數(shù)據(jù)采集與控制，可以對多個測溫點進行測量，溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機進行數(shù)據(jù)處理。監(jiān)控管理計算機為PC機，主要技術(shù)指標:CPU為PIV0>=2.6GHZ、>=80G硬盤、17寸彩色顯示器、標準鍵盤、256MB內(nèi)存、40XD·CDROM，集成以太網(wǎng)通信接口。完成系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報警、記錄、存儲和報表生產(chǎn)等管理功能。1.3本文的組織結(jié)構(gòu)本論文是圍繞室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)過程展開的。論文首先對涉及的數(shù)據(jù)采集及相關(guān)硬件設(shè)計進行研究探討，然后對軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行了詳細的闡述。整篇論文組織結(jié)構(gòu)如下:第1章首先對系統(tǒng)進行整體的表達，介紹了其現(xiàn)狀、研究的意義、組織結(jié)構(gòu)和課題來源。第2章揭示了國內(nèi)大局部的建筑室內(nèi)污染狀況堪憂。并提出了相應(yīng)的控制算法來計算出室內(nèi)所需的通風量，進而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。第3章對整個系統(tǒng)的總體構(gòu)架、設(shè)計原那么及其需要完成的功能做了系統(tǒng)的闡述。第四章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計的一些根本原理知識和相關(guān)技術(shù)。首先系統(tǒng)的總體解決方案設(shè)計的根本內(nèi)容、系統(tǒng)框圖、以及單片機和傳感器的選型等。第4章集中對軟件設(shè)計進行了具體闡述，包括系統(tǒng)需求分析，下位機軟件設(shè)計實現(xiàn)、上位機軟件設(shè)計實現(xiàn)。第6章總結(jié)了本文的成果，最后指出了本文還存在的問題以及今后的研究方向。室內(nèi)空氣品質(zhì)控制2.1通風換氣技術(shù)在我國住宅建筑中的應(yīng)用“非典”肆虐期間，所有衛(wèi)生專家都強調(diào)，通風是最有效的預(yù)防“非典”措施之一。房屋設(shè)計應(yīng)當能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自然通風，但我國仍有不少建筑設(shè)計對自然通風未引起應(yīng)有的重視。例如，有些居住建筑陽臺或窗戶密閉，完全依賴空調(diào)，有些建筑進深太大，通風脆弱。目前在中國，大量的民用建筑多是依靠自然通風實現(xiàn)室內(nèi)的通風換氣，高層公寓根本上還是靠自然通風。各家各戶自行安裝的空調(diào)，只能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度和濕度，多數(shù)沒有通風功能。目前國內(nèi)住宅常見的室內(nèi)換氣系統(tǒng)或設(shè)備主要有換氣扇、吸油煙機、通風器等，通過機械強制排氣的方式，排除室內(nèi)污染的空氣(煙氣、燃燒廢氣、臭氣、水蒸氣、二氧化碳等)，對室內(nèi)進行全面或局部換氣。在冬季采暖和夏季制冷期間，由于外窗密閉，宜開發(fā)推廣無動力和有動力的窗用自然通風器。國家住宅工程中心與北京斯特靈換氣設(shè)備共建“住宅室內(nèi)換氣系統(tǒng)研發(fā)試驗基地”，開發(fā)旋轉(zhuǎn)式熱回收換氣系統(tǒng)。其特點是雙向換氣，排出室內(nèi)濁氣，送入凈化后的室外新鮮空氣，節(jié)能效果顯著，室內(nèi)溫度穩(wěn)定，維護簡便，清洗容易。2.2我國自然通風研究應(yīng)用的開展方向自然通風在我國民居中的應(yīng)用有著悠久的歷史。我國民居，如北京的四合院、西北地區(qū)的窯洞，特別是長江以南地區(qū)、廣東民居實際上很重視自然通風技術(shù)的應(yīng)用。民居的門、窗的位置建筑朝向及建筑格局等方面無一不表達著利用自然通風改善居室熱濕環(huán)境的思想。我國幅員遼闊，跨越了熱帶、亞熱帶、溫帶、亞寒帶和寒帶五個氣候帶，特別是亞熱帶、溫帶地區(qū)完全具備廣泛推廣自然通風的客觀條件。另外，我國能源短缺且空調(diào)系統(tǒng)能耗較大，開展自然通風是我國可持續(xù)開展的戰(zhàn)略之一。機械通風是解決住宅室內(nèi)通風的適宜方法機械通風是解決住宅室內(nèi)通風的適宜方法當室內(nèi)空氣污濁或熱、濕散發(fā)量比擬集中不易擴散排除時，開窗是最常用的自然通風方式，但其明顯缺點就是通風量不易控制，不能保證室內(nèi)氣候的穩(wěn)定性、均勻性，受季節(jié)和氣候因素影響大。特別是在北方做住宅建筑設(shè)計時，設(shè)計人員都會考慮各種結(jié)構(gòu)形式以期滿足最大的自然通風效果，而現(xiàn)實中有的住宅在“穿堂風”的作用下確實可以到達10次/H或以上的通風換氣次數(shù)，這可能只為局部房間帶來很好的消除余熱、余濕通風效果，但其他的重要房間如臥室等可能因為建筑結(jié)構(gòu)的原因而無法得到有效的通風換氣?！恫膳L與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計標準》規(guī)定“建筑物內(nèi)，放散熱、蒸汽或有害物質(zhì)的生產(chǎn)過程和設(shè)備，宜采用局部排風l9]。當局部排風達不到衛(wèi)生要求時嗎，應(yīng)采用局部排風或采用全面排風。設(shè)計局部排風或全面排風時，宜采用自然通風。當自然通風不能滿足衛(wèi)生、環(huán)?；蛏a(chǎn)工藝要求時，應(yīng)采用機械通風或自然與機械的聯(lián)合通風。其次，開窗自然通風風向氣流盲目，氣流組織無法有效控制紊亂氣流可把衛(wèi)生間和廚房異味帶入客廳及臥室，夾帶大量灰塵，在影響室內(nèi)清潔衛(wèi)生同時無法防止室外噪聲污染。對于高層住宅，由于熱壓作用頂部房間即使開窗也只有出氣而沒有進風，使下層的污濁空氣涌進，反而加劇污染。特別是近幾年，在一些大中城市，住宅越來越密集，由汽車尾氣所帶來CO2、CO、NOx、煙塵，由建筑施工所帶來的可吸入顆粒物，由植物所帶來的可引起過敏病癥的花粉，由工業(yè)排放所帶來的各種有害氣體及粉塵，使得室外空氣質(zhì)量到達大氣環(huán)境質(zhì)量標準的要求，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。最后，開窗通風在某些場所會帶來嚴重的噪聲污染。在交通主干道(公路、鐵路和機場)周邊，由于高強度的噪聲污染，根本無法采用此方法實現(xiàn)室內(nèi)通風換氣。即使不在強噪聲源附近，鄰里之間的開窗換氣造成的聲污染也會彼此干擾，影響正常的生活。所以通過開窗進行自然通風，只能進行間歇的換氣，實在不是一種理想的住宅通風換氣的方式，而且在北方等嚴寒地域，冬季的開窗還會造成大量的能源浪費。通過上述研究可得知，隨著建筑節(jié)能的開展，住宅的密閉性越來越好，僅僅靠自然通風已經(jīng)無法滿足人們對于室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，根據(jù)國外建筑科學的開展規(guī)律，住宅機械通風，或自然與機械結(jié)合的通風將成為解決室內(nèi)空氣品質(zhì)的主要手段。室內(nèi)機械通風需要解決的問題住宅是人類重要的生存場所，人們每天要有一半以上的時間生活在住宅中，室內(nèi)的環(huán)境狀況與人的關(guān)系重大?？諝馐侨祟惿娴母疚镔|(zhì)，室內(nèi)的空氣品質(zhì)，直接影響著人的身體健康，是不可無視的重要因素。隨著人們生活水平的日益提高，人們對居室的空氣品質(zhì)的要求也將越來越高，自然通風由于受各種條件和房型設(shè)計的限制，可靠性較低，不能滿足住宅全面通風的要求。因此，居室利用有組織的機械通風將勢在必行。通過對住宅各種通風方式的研究可得知，住宅采用自然通風并不是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效手段。自然通風會受到地域氣候、住宅結(jié)構(gòu)等多重因素的影響，通風氣流組織無法有效控制，即使開窗也無法使住宅各房間獲得穩(wěn)定、均勻的有效通風量，各住宅的通風換氣水平很不平均。真正能夠改善室內(nèi)空氣品質(zhì)還需要采用機械通風的有組織通風方式。住宅機械通風有很多種，但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用自然加機械排獨立機械通風方式更符合國情，而且便于推廣使用。該通風方式可以有組織地對住宅進行送風、排風，使得各房間獲得穩(wěn)定、有效的通風換氣量?？v觀中國住宅通風現(xiàn)狀和研究內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的住宅有組織排風的研究還不成熟，要使機械通風等有組織排風系統(tǒng)應(yīng)用到住宅領(lǐng)域還需要解決如下問題:1.室內(nèi)通風量確實定，國家標準中只對單人需要新風量提出要求，而對于數(shù)不確定的房間如何確定其通風量沒有提及，也缺乏相應(yīng)的測試和模擬分析；2.系統(tǒng)形式的研究，國內(nèi)對于住宅通風系統(tǒng)還沒有明確分類，也缺乏相應(yīng)的實際工程對不同系統(tǒng)形式進行比擬。對于房間內(nèi)排風和送風方式對室內(nèi)污染物和空氣流場的影響，缺乏相應(yīng)的分析；3.對于不同系統(tǒng)在不同氣候條件下的運行和控制策略缺乏探討；4)缺乏相應(yīng)的住宅通風類產(chǎn)品。2.4室內(nèi)機械通風調(diào)節(jié)控制算法相關(guān)的通風標準《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計標準》(GB50019-2003)中規(guī)定:工業(yè)建筑的新風量為每人不少于303m;民用建筑所需的最小新風量那么按國家現(xiàn)行有關(guān)衛(wèi)生標準確定。由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家環(huán)?？偩?、衛(wèi)生部制定的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》(GB/T18883-2002)與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制標準》(GB50325-2001)、10種室內(nèi)裝飾裝修材料有害物質(zhì)限量的標準共同構(gòu)成我我國的室內(nèi)環(huán)境污染控制和評價體系?！妒覂?nèi)空氣質(zhì)量標準》對室內(nèi)空氣的物理性、化學性、生物性和放射性4個控制指標作了相應(yīng)規(guī)定，其中物理性指標中新風量規(guī)定為303m/(人·h)。室內(nèi)機械通風量的估計算法居室的通風量估算主要有以下兩種方法確定:1.住宅必須具有0.5次爪的新鮮空氣換氣量，而氣密性高的建筑物不能到達這個要求。因此必須采用機械通風，并且應(yīng)24H運行。日本第11版《空氣調(diào)節(jié)和衛(wèi)生工學設(shè)計手冊》刊載的居室通風換氣量表2-1所示。表2-1居室通風換氣量房間通風換氣量m3/h要求最大換氣量的條件雙人臥室5(0.2)~60室內(nèi)2人，1人抽煙單人臥室5(0.2)~30室內(nèi)1人，抽煙起居室10(0.5)~150室內(nèi)5人，2人抽煙。2.根據(jù)美國最新規(guī)定(ASHRAEstandard62一1999)，住宅的換氣次數(shù)為0.35次/h，但不小于每人24m3/h。室內(nèi)控制品質(zhì)參數(shù)及數(shù)學模型適宜有效的通風是為了控制室內(nèi)空氣污染物的源頭，利用通風量來稀釋在室內(nèi)空氣和再循環(huán)空氣中存在的污染物的濃度。這種稀釋法的關(guān)鍵還是要利用室外的新鮮空氣來全面稀釋與排除室內(nèi)有害氣體及氣味，通過改善氣流組織形式以發(fā)揮新風的最大稀釋效果。因為室內(nèi)通風量確實定不僅僅是消除室內(nèi)熱濕負荷，而且更重要的是要確保室內(nèi)空氣品質(zhì)，因此采用直接計算方法，即室內(nèi)空氣品質(zhì)計算方法。由于建筑物相關(guān)的污染與人員相關(guān)的污染，就其感受效應(yīng)來講應(yīng)該是疊加的，所需的通風量是這兩局部相應(yīng)的通風量之和，而不是一個取代另一個。因此計算公式為:bbDPARDPRDVR

式中:DVR:為設(shè)計所需的新風量，L/s或m3/h；PR:為每人最小新風量(查表)，L/s人或m3/h·人；DP:為室內(nèi)人員數(shù)；D:為變化系數(shù)；bR:為單位面積上所需的最小新風量，L/m2；為了保證所需的換氣次數(shù)和稀釋作用，每人總的送風量要求不得少于7.5L/s，這樣最小送風量為:acDEDPMSR/5.7

其中:acE為通風效率。通風效率:CCEPC/

acE表示移出室內(nèi)有害物的迅速程度，是排風口處污染濃度Cp與室內(nèi)呼吸線區(qū)域平均濃度C之比。居室機械通風原理居室的機械排風分為三個局部，即起居室排風、臥室進排風、以及廚房、浴廁排風系統(tǒng)。廚房的排風一直都是獨立的系統(tǒng)，而且在所有的住宅中一開始就己經(jīng)采用了，所以在這里對它們的排風系統(tǒng)就不加以討論，這里主要講述的是起居室和臥室的機械通風。起居室的排風系統(tǒng)采用的是自然進風，機械排風系統(tǒng)。這種通風方式的工作流程是，新鮮的空氣從起居室(客廳)及臥室的進氣口進入室內(nèi)，污濁的空氣從浴廁被抽出。臥室機械通風一般采用的是具有能量回收功能的機械進、排風系統(tǒng)，主要有進風機、排風機、柔性連接管道及進、排風口組成口。這種系統(tǒng)通?？梢园雅棚L能量的75%加以回收利用，從而到達節(jié)能的目的。另外，系統(tǒng)的優(yōu)點是送風量略大于排風量，但是它必須是獨戶水平安裝。通風系統(tǒng)布置在一定的通風量下，要取得良好的通風效果通風系統(tǒng)的布置顯得尤為重要。國內(nèi)學者集中討論了排風道、風機及補風裝置的布置和結(jié)構(gòu)型式。1.排風道的布置在我國，衛(wèi)生間和廚房一般分開使用兩個不同的排風道，但是由于布置的不合理，往往容易引起各個樓層之間的空氣的交叉污染。如現(xiàn)有樓層一般采用豎向共用排氣管道的做法，產(chǎn)生回流和泄漏的現(xiàn)象時有發(fā)生。按理說，排放有害氣體的排氣管內(nèi)側(cè)應(yīng)為負壓，但由于采用簡單主支結(jié)構(gòu)且斷面很小的共用排氣道，在排油煙機的機械作用下，管道內(nèi)必然會形成正壓，造成管壁和接口處滲漏，支管處回流。煙道最大阻力為300Pa左右，如果排油煙機和排氣扇的風壓過小，缺乏以客服風道阻力時，就會造成向其他樓層串氣、串味和停機回流現(xiàn)象。目前，有學者針對高層建筑(尤其是20層以上)中存在的倒灌問題研發(fā)了一種可行的新型誘導式引射通風排氣道通風系統(tǒng)，使用這種排氣道系統(tǒng)的好處有:1)不設(shè)排風道總排風機的多個排油煙機并聯(lián)系統(tǒng);2)取消排風道各層進口處的逆止閥裝置，而且適用于6-30層的住宅建筑。2.風機的布置風機不只是機械通風的源動力，其安裝與運行還會影響通風效果。如果風機(或風扇)安裝不合理，外門窗排出的室內(nèi)空氣就很容易被風機吸入，重新送入室內(nèi)，造成排氣短路。現(xiàn)場實測說明，安裝在外門窗上的風機送風的50%左右來自外門窗外的排氣。特別是外門窗外的陽臺，加強了排氣氣流的短路。因此，建議風機盡量要遠離外門窗安裝。當風機安裝在內(nèi)隔墻或內(nèi)門氣窗上時至少需要由2個房間組成一個串聯(lián)通風系統(tǒng)，甚至是整套住房成為一個風網(wǎng)絡(luò)。但通過風機往往形成房間之間氣體的大循環(huán)，而沒有使室外空氣大量進入室內(nèi)。多層住宅每戶都有兩個朝向，全面通風時，風從一個朝向進入室內(nèi)，從另一個朝向排出室外，回到大氣中。而高層住宅有的住戶只有一個朝向，全面通風時，廢氣將排到樓道內(nèi)，甚至串到別的住戶家中。因此，要正確選擇風機的風向，防止此種現(xiàn)象的發(fā)生。風機的位置和風向，應(yīng)根據(jù)住宅的類型、內(nèi)部構(gòu)造、是否有空調(diào)器以及當?shù)叵募镜闹鲗эL向等因素綜合考慮。夏季進行全面通風的次數(shù)較多風機的風向最好與主導風向一致。3.補風裝置對于廚房、洗手間、廁所和浴室等功能性房間一般還存在短時大排風現(xiàn)象，窗戶氣密性好的住宅里，假設(shè)沒有足夠的補送風，室內(nèi)會形成負壓，很有可能造成人員缺氧、窗縫有氣流哨聲、開門困難、排風量下降和排風機噪聲增大等問題。因此在設(shè)計中加大排風量，并增加補送風裝置是很有必要的。某設(shè)計實例取廚房的補送風量為180m3/h，加大補送風量的方法是在外墻上裝設(shè)與排油煙機聯(lián)動開閉的電動進風閥。通風系統(tǒng)運行模式有學者認為夏季應(yīng)該采用間歇機械通風，因為在連晴天氣時，室外風速白天特別是午后大;夜間和清晨小，出現(xiàn)靜風的頻率很高。目前夏季普遍采用的住宅降溫方式是全天持續(xù)自然通風加上室內(nèi)電扇，這一方式與上述氣候特點不相適應(yīng)。住宅白天大量熱侵入，夜間那么通風不良，熱環(huán)境質(zhì)量較差。室內(nèi)日最高氣溫與室外根本相同，電扇只提供了室內(nèi)所需的風速，不能改變夜間通風不良、室內(nèi)氣溫下降緩慢的狀況。研究說明，用間歇機械通風，即白天關(guān)閉外門窗限制通風，夜間用通風扇強化通風代替全天持續(xù)自然通風，可在不增加投資和能耗的根底上明顯改善室內(nèi)環(huán)境。有學者認為可采用兩種機械通風方案:一種為集中式通風;另一種為分散式通風。集中式通風與機械排風、自然進風方案很接近，只是通過進風機進風;而分散式通風將各個房間的通風獨立考慮，臥室、起居室獨立設(shè)置可調(diào)進排風口，采用機械進風自然排風或者自然進風、機械排風，衛(wèi)生間只設(shè)排風，保持負壓。目前住宅機械通風量的控制策略實際上，人們對住宅通風換氣的需要是有變化的。因此，需要相應(yīng)的控制策略。目前的通風產(chǎn)品中，從通風量的變化來分類主要有兩種:一種能提供持續(xù)不變的通風量；另一種運用某種設(shè)備或材料使通風量隨室內(nèi)情況不同而改變。顯然，一般情況下，后者更符合居住者實際使用情況。現(xiàn)在，雖然已經(jīng)有了使換氣量隨各種因素而變化的調(diào)節(jié)技術(shù)，但是還沒有普遍推廣。在實踐中，以下三個因素常被采用作為控制換氣量的調(diào)節(jié)參數(shù)字：使用人數(shù)的變化;二氧化碳濃度的變化(人們呼吸活動的標志);相對濕度變化。前兩種控制方法均需要探測器，根據(jù)人數(shù)來確定所需要的換氣量，廚房和衛(wèi)生間不適用;準確測量二氧化碳含量的探測器價格昂貴，而且需要定期調(diào)節(jié)精確度。而根據(jù)相對濕度(水蒸氣含量的變化控制換氣量，既能反映室內(nèi)的人數(shù)變化，也能夠反映住宅內(nèi)的活動)情況，同時能夠防止住宅室內(nèi)過度潮濕，發(fā)生霉變。因此，目前在住宅中應(yīng)用較多的是根據(jù)水蒸氣含量調(diào)節(jié)換氣量的通風系統(tǒng)，又稱空氣濕度自動控制系統(tǒng)。第3章系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計研發(fā)的系統(tǒng)適用于多種場合，如使用中央空調(diào)的智能建筑(酒店、賓館等)、使用家用空調(diào)的辦公室和住宅、無空調(diào)的辦公室和住宅、無人守的通信機房和基站等等多種需要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的場所。本控制系統(tǒng)研究開發(fā)的重點內(nèi)容是系統(tǒng)的硬件及軟件系統(tǒng)，常規(guī)傳感器、輔助設(shè)備等采用集成法實現(xiàn)。智能通風系統(tǒng)的測控單元與主監(jiān)控室內(nèi)采用RS232/RS485可選網(wǎng)絡(luò)通訊模式，將測控單元采集的溫濕度值及傳感器狀態(tài)(傳感器短路、斷路等)實時顯示出來;并可根據(jù)用戶設(shè)定的時間間間隔做歷史數(shù)據(jù)的定時存儲、歷史曲線可以查詢、打印。在滿足用戶對室內(nèi)的控制需求根底上，上位機根據(jù)室內(nèi)溫度、濕度值啟停風機、加熱器等設(shè)備，保證室內(nèi)溫濕度值的相對穩(wěn)定。本文采用的新型智能化溫度傳感器，具有測溫誤差小，分辨率高，抗干擾能力強，本錢低，能遠程傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)是由兩大局部組成。測控單元SST89E58RD240-C-NJE單片機和假設(shè)干個溫度傳感器和濕度傳感器、繼電器、報警電路等組成，完成遠程數(shù)據(jù)采集與控制，過串行口進行數(shù)據(jù)通訊。室內(nèi)通風控制系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，分為上位機和下位機兩局部，其中上位機是遠離被控對象，可以通過串口與下位機通信，在線調(diào)節(jié)被控參數(shù)，到達對被控對象的控制，同時可以實現(xiàn)顯示、報警、數(shù)據(jù)存儲等功能。為了防止上位機在不能工作時帶來的損失，下位機也有鍵盤、顯示和報警等功能，這樣當上位機不工作時可以直接利用下位機來控制被控對象，同時下位機是放置現(xiàn)場，結(jié)合被控對象，考慮檢測系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)等裝置，同時還有與上位機通信的模塊。3.2系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)要完成的設(shè)計功能如下:1.實現(xiàn)對房間風速參數(shù)的實時采集。根據(jù)測量空間或設(shè)備的實際需要由單片機對各路數(shù)據(jù)進行循環(huán)檢測；2.實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的及時報警；3.現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備應(yīng)具有一定的靈敏度、可靠性、抗干擾能力并具有存儲、程通信功能；4.通信系統(tǒng)具有一定的可靠性、較好的實時性和較強的抗干擾。與計算機通訊功能，采用RS232或者RS485串行通訊方式；5.測量數(shù)據(jù)記錄功能:可以根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)記錄時間間隔，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器；6)監(jiān)控計算機軟件設(shè)計管理軟件既要具有完成數(shù)據(jù)采集、處理的功能，其軟件編程應(yīng)具有功能強大、界面友好、便于操作和執(zhí)行速度快等特點。要求到達的技術(shù)指標:風速范圍：O~30M/s風速精度：±5M/s測溫范圍：-20~10測溫精度：±3℃

3.3系統(tǒng)設(shè)計原那么1.可靠性高可靠性是單片機系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計準那么。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個方面考慮：使用可靠性高的元器件;設(shè)計電路板時布線和接地要合理;對供電電源采用抗干擾措施;輸入輸出通道抗干擾措施;系統(tǒng)自診斷功能等。2.操作維護方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計時，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計時，要盡可能減少人機交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。3.性價比單片機除體積小、功耗低等特點外，最大的優(yōu)勢在于高性能價格比。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價比是其中一個關(guān)鍵因素。因此，在設(shè)計時，除了保持高性能外，盡可能降低本錢，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能用軟件功能取代硬件功能等。第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1硬件電路硬件電路是保證整個測控系統(tǒng)正常工作的根底，其性能優(yōu)劣直接影響到整個測控系統(tǒng)工作的可靠性、平安性和連續(xù)性。硬件電路的設(shè)計過程中，始終以實用化為最終目標。其原那么為:第一，努力提高測控系統(tǒng)檢測信號的準確性和可靠性:第二，從用戶的角度出發(fā)，方便安裝、調(diào)試、運行、維護；第三，在滿足性能要求的前提下，盡量簡化硬件系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的總體本錢。本系統(tǒng)能夠獨立完成對風速的采集、檢測、計算和邏輯處理，并能夠與上位機進行數(shù)據(jù)交換，完成測量、監(jiān)控、保護等功能，具體如下:1.數(shù)據(jù)采集功能l)模擬量采集:即實時采集室內(nèi)外風速模擬信號，作為系統(tǒng)執(zhí)行的判斷依據(jù)。2)開關(guān)量采集:將風機、空調(diào)、窗及窗簾的狀態(tài)信號送到單片機的I/O口，單片機對其進行檢測。2.人機對話界面采用按鍵輸入系統(tǒng)各項參數(shù)整定值，輸入?yún)?shù)有:風機啟停風速。按鍵功能還包括時間設(shè)定、故障試驗、查詢等內(nèi)容。其中時間設(shè)定包括年、月、日等內(nèi)容。查詢功能包括翻頁查詢、參數(shù)設(shè)定查詢、故障記憶查詢等。液晶顯示器實時顯示系統(tǒng)各個設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和當前的時間。發(fā)生故障是顯示故障類型，以方便工作人員識別和檢修。3.通訊功能系統(tǒng)通過RS-232/RS-485跳線選擇與上位機進行串行通訊，從而實現(xiàn)遠方監(jiān)控功能。4.2控制器的硬件框圖通風節(jié)能控制器IME1000是為室內(nèi)建立通風節(jié)能系統(tǒng)而設(shè)計的，根據(jù)詳細的需求分析，系統(tǒng)提供了足夠多的信號FO端口，并且通過軟件來配置信號端口的使用，使系統(tǒng)在使用上具有充分的靈活性，這樣也使得一體化設(shè)計成為可能，采用一體化設(shè)計，讓所有的強電弱電信號、小電流大電流信號直接接入到控制器上，使系統(tǒng)安裝使用具有獨立性，體積小的優(yōu)點，遠程監(jiān)控是通過接入到動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)當中去而實現(xiàn)的。Al測量范圍、測量周期的設(shè)計主要以環(huán)境量的變化為依據(jù)。Dl/O響應(yīng)時間，主要符合監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)時間要求。AI&ADC局部:模擬量輸入切換、前置放大、濾涉及AD轉(zhuǎn)換。DI局部:開關(guān)量輸入信號采集接口。DO局部:開關(guān)量輸出及報警干節(jié)點輸出接口。HMI局部:工作狀態(tài)顯示LED接口，參數(shù)設(shè)置、參數(shù)查詢LCD鍵盤RS485/232局部:監(jiān)控上位機數(shù)據(jù)通信接口。CPU及EZPROM局部:嵌入式控制器及系統(tǒng)配置信息存儲Power局部:降壓式電壓變換器和隔離DC一DC變換器構(gòu)成為系統(tǒng)供Console局部:面板開關(guān)，現(xiàn)場強制控制設(shè)備運行狀態(tài)。前置放大:采用TI公司四運放LM324N，前后級均采用無源低通濾波電路。AD轉(zhuǎn)換器:采用TI公司ADC控制器TLC2543C12位11通道10us轉(zhuǎn)換時間。轉(zhuǎn)換基準:采用ANALOG公司SV集成穩(wěn)壓器AD586)。隔離通道:采用FairChild公司高速光禍6N137。擴展并行口:采用通用AlteraCPLD電路EPM7128。隔離通道:采用SHARP公司中速光禍PC817C。擴展并行口:采用通用AlteraCPLD電路EPM7128。功率繼電器:采用OMRON公司小功率繼電器G6H125VAC/O.5A30VDC/1A

—控制空調(diào)采用OMRON公司功率繼電器G6RN25OVAC/8A30VDC/5A

—控制風機、風門、除濕采用OMRON公司功率繼電器G4A25OVAC/20A

—控制加熱器光繼電器:采用NAIS公司光MOS繼電器AQYZ10EH。CPU:采用SST89E54RD2片內(nèi)16KbyteROM1KbyteRAM8KbyteFLASH片外RAM:32KbyteSDRAM并行口:擴展5個8位字寬并行口，用Altera公司EPM7125-15實現(xiàn)電源局部降壓式電壓變換器:將輸入電壓變?yōu)?VDC，給CPU及通信局部供電。DC-DC隔離變換器:將5V電壓變?yōu)?5V點壓，給AI、DI供電。4.2控制器的功能及主要性能指標根本功能:模擬量輸入:10路模擬量通道，測量模擬量傳感器輸出的直流電壓/電流信號。數(shù)字量輸入:12路數(shù)字量輸入通道，接入門磁、煙感等設(shè)備輸出的開關(guān)信號。數(shù)字口:RS485/RS232串行口連接到監(jiān)控中心。HMI:系統(tǒng)面板具有通信狀態(tài)、工作狀態(tài)、電源狀態(tài)LED指示，可選的LCD顯示。NVRAM:掉電保存設(shè)備量輸出:8路數(shù)字量輸出通道，分別輸出一組繼電器常開觸點。通信地址、控制參數(shù)、Al測量范圍和傳感器使用狀態(tài)參數(shù)。性能指標:1.輸入輸出特性模擬量輸入:11通道，單端輸入，O一SV電壓信號。模擬量測量精度:12BitADC模擬量測量誤差:0.2%模擬量測量頻率:2.5次/秒輸入信號帶寬:72.4Hz模擬量輸入阻抗:ZMQ模擬量CMRR:75db@50Hz/60Hz模擬量溫度漂移:15ppm/℃

開關(guān)量輸入:11通道，繼電器觸點型共地輸入。開關(guān)量輸入響應(yīng)時間:375ms開關(guān)量輸入邏輯定義:邏輯1，輸入繼電器觸點閉合;邏輯O，輸入繼電器觸點翻開。開關(guān)量輸出:8通道，功率繼電器常開觸點輸出，觸點電壓/電流規(guī)格240V/8A。開關(guān)量輸出響應(yīng)時間:375ms開關(guān)量輸出邏輯:觸點翻開、觸點閉合、觸點翻開-閉合-翻開(閉合時間100ms)。干節(jié)點輸出:邏輯1，輸出干節(jié)點閉合，報警;邏輯O，輸出干節(jié)點翻開，正常;2.工作環(huán)境溫度:-10-55℃

濕度:O-95%3.通訊接口類型:RS485與RS232(兩者選一)通信波特率:9600bit/s8位數(shù)據(jù)位無校驗位1位停止位4.隔離AI/DI/DO-通信總線(與系統(tǒng)供電電源共地):2500VAC5.電源電壓:10-3OVDC待機功耗:<lOW(系統(tǒng)功耗:<180w;通風量:>2400M3/h)6.產(chǎn)品電磁兼容性、平安性與可靠性應(yīng)符合下面的要求:EN300386電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備電磁兼容性要求;GB4943信息技術(shù)設(shè)備平安要求標準;可靠性指標MTBF不低于100000小時。4.3控制器的設(shè)計原理控制器由89E58RD240-C-NJE單片機和假設(shè)干個溫度傳感器和濕度傳感器、TLC2543A/D轉(zhuǎn)換器、繼電器、報警和電源電路等組成，完成遠程數(shù)據(jù)采集與控制，可以對多個測溫點進行測量，溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機進行數(shù)據(jù)處理。單片機根據(jù)采集所得數(shù)據(jù)對風機，空調(diào)和窗等設(shè)備進行控制，以到達調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。4.4主控單元主控單元是測控系統(tǒng)的核心局部，它承當著數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯判斷、定時、存儲等工作。CPU的選擇在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，最重要的就是要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求和特性選擇適宜的中央處理器。本次設(shè)計在選擇CPU時主要考慮以下幾個因素:①抗干擾性能:系統(tǒng)穩(wěn)定運行是必須要保證的，所以選擇抗干擾能力強的單片機成為首選條件;②速度:考慮到系統(tǒng)要求有較快的執(zhí)行速度，應(yīng)盡可能地選擇運行速度快的單片機;

③單片機功能:盡量選擇功能強，集成度高的單片機，同時也是對抗干擾和速度的一個促進。④價格:考慮到產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，低本錢也是本次設(shè)計的一個主要考慮因素。單片機由于其體積小、功能全、價格低等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。另外，單片機控制系統(tǒng)中，首先，由于主要利用軟件算法實現(xiàn)控制方案，相比模擬控制較靈活;其次，單片機系統(tǒng)由于采用元器件較少，信號采用數(shù)字處理，防止了模擬信號傳遞過程中的畸變、失真，故受干擾小，可靠性高;第三，參數(shù)設(shè)定簡便，可以使系統(tǒng)的調(diào)試工作變得方便。因此，單片機控制系統(tǒng)非常適合于應(yīng)用型控制領(lǐng)域[32]?；赟TC的單片機系統(tǒng)具有體積小、本錢低、易維護、性能穩(wěn)定等特點，得到了越來越多的應(yīng)用。本次設(shè)計采用了高檔8位單片機是SST公司的SST89E58RDZ-40-C-NJ。SST89E58RDZ是一款80C51微控制器，該器件的典型特性是它的X2方式選項.。用該特性，設(shè)計者可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的80C51時鐘頻率(每個機器周期包括12個時鐘)或X2方式(每個機器周期包含6個時鐘)的時鐘頻率運行。Flash程序存儲器支持傳統(tǒng)的并行編程，也支持串行在系統(tǒng)編程(ISP)。ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進行重復(fù)編程。SST89E58RDZ還可采用在應(yīng)用中編程(IAP)，并允許隨時對兩片F(xiàn)lash程序存儲器進行重新配置，即使應(yīng)用程序正在運行時也不例外。SST89E58RDZ總的來說具有如下特點:通用8位8051系列兼容處理器。與8051的軟件完全兼容，開發(fā)工具兼容，封裝與引腳兼容;SV的工作電壓，操作頻率為O-4OMHz;內(nèi)部RAM共有1Kbyte(256Byte+768Byte);256Byte存放器/數(shù)據(jù)RAM;內(nèi)含兩塊高性能SuperFlash存儲器(EEPROM)，帶有64比的主存儲器+8KB的次存儲塊(每個塊的扇區(qū)大小都是128Byte)，并具有ISP〔在系統(tǒng)編程)和IAP(在應(yīng)用中編程)功能，兩塊可同時操作。在IAP過程中可實現(xiàn)存儲器的覆蓋，支持中斷響應(yīng);支持最大64KB外部程序和數(shù)據(jù)存儲空間;PI的5，6，7等三個引腳可驅(qū)動大電流(每個達16mA);具有3個16位定時器/計數(shù)器;帶有SPI(串行外圍接口)和增強型UART;全雙工增強型串行通訊口(UART)，幀錯誤識別，自動地址識別有10個中斷源，4個中斷優(yōu)先級，提供4個外部中斷輸入;帶有可編程看門狗定時器(WDT);帶有PCA(可編程計數(shù)器陣列)并具有PWM和捕獲/比擬功能;有4個8位I/o口(P0-P3)和1個4位I/o口(P4)，共36I/O;有2個DPTR存放器;具有低EMI方式(ALE禁能);通過軟件或ISP可選擇支持12時鐘(默認)或6時鐘模式;兼容TTL和CMOS邏輯電平;支持掉電檢測;省電模式，具有低功耗模式(掉電模式，外部中斷喚醒;空閑模式)1)Idle模式2)PowerDown模式，并由外部中斷喚醒;有三種封裝:PDIP-40、PLCC-4和TQFP-44;有工業(yè)級(-40℃~十85℃)和商用級(0℃-+70℃);SST公司在開發(fā)FLASH存儲器方面具有很大優(yōu)勢，它將特有的超級FLASH技術(shù)和小扇區(qū)結(jié)構(gòu)與80C51內(nèi)核相結(jié)合，推出了與MCS-51單片機兼容的SST89系列單片機。此種單片機除了增強型MCS一51單片機的全部功能外，還增加了一些新的功能。其中最主要的就是IAP(InApplicationProgramming)功能和PCA模塊。IAP提供了能夠直接在產(chǎn)品的電路板上對芯片進行編程的手段，從而能夠在不取下芯片的情況下實現(xiàn)產(chǎn)品的軟件更新。SST89系列單片機具有2塊獨立的片內(nèi)小扇區(qū)FLASH存儲器，分別為BLOCKO和BLOCKI。位于BLOCK0中的程序可以對BLOCKI進行編程;反過來，也可以用BLOCKI中的程序?qū)LOCKO進行編程。利用這一特點，配合SST公司提供的認P軟件SSTEasyIAP，通過串口可以很容易地實現(xiàn)對用戶應(yīng)用程序的在線更新，不再需要專用的編程器。另外，SSTEasxIAP軟件中還包含了一種監(jiān)控代碼，它配合Keilsoftware公司Vispion2軟件，可以直接進行單片機的仿真開發(fā)，而不需要額外購置專用硬件仿真器，從而節(jié)省了用戶的開發(fā)本錢。PCA是SST89系列單片機新增加的功能。它包括1個PCA專用的16位計數(shù)器，5個可編程的比擬/捕捉比擬模塊，每個比擬/捕捉模塊都有各自對應(yīng)的特殊功能存放器，且可以運行于4種工作方式:邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時器、高速輸出、8位脈沖寬度調(diào)制器。最后一個模塊還多一種工作方式，即監(jiān)視規(guī)定時器WDT方式。PCA配有專用的中斷，5個捕捉/比擬模塊和PCA計數(shù)器溢出共用一個中斷入口。因此在PCA的中斷效勞程序中必須對中斷源進行進一步的查詢單片機內(nèi)部有兩塊FLASH存儲區(qū)，第一塊是(BLOCKO)是64KB，第二塊(BLOCKI)是SKB。因為全部程序地址空間限制位64KB，SFCF[1:0]用來控制程序區(qū)的選擇。64KB的第一塊由512個扇區(qū)組成，每個扇區(qū)有126Byte8KB的第二塊由64個扇區(qū)組成，每個扇區(qū)有128Byte。單片機的程序存儲器切換功能使BLOCKO或者BLOCKI的低8KB占用程序地址空間的最低8KB。SFCF[1:0]控制程序存儲器的快切換。表4-1SFCF的值及對應(yīng)的程序存儲器切換SSSFCF[l:0]程序存儲器塊切換換[0,1]

BLOCK1被隱藏，程序計數(shù)器看不到，BLOCK1僅通過對E000H-FFFFH的IAP操作來訪問01BLOCK0占用0000H-7FFFHBLOCK1占用EO00H-FFFFH00BLOCK1覆蓋了程序地址空間的低8K，占用地址0000H-1FFFHA/D轉(zhuǎn)換模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進制數(shù)的器件，是一個將模擬信號值編制成對應(yīng)的二進制碼的編碼器。與此對應(yīng)，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器那么是一個解碼器。常用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有:計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐位比擬式刀D轉(zhuǎn)換器及并行直接比擬式A/D轉(zhuǎn)換器等幾種。一個完整的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)該包含這樣一些輸入、輸出信號:模擬輸入信號inV。和參考電壓refV:數(shù)字輸出信號;啟動轉(zhuǎn)換信號;轉(zhuǎn)換完成(結(jié)束)信號或者“忙”信號，輸出;數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入。單片機對刀D轉(zhuǎn)換的控制一般分為三個過程:1)單片微機通過控制口發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，命令模/數(shù)轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換;2)單片微機通過狀態(tài)口讀入刀D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，判斷它是否轉(zhuǎn)換結(jié);3)一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，cuP發(fā)出數(shù)據(jù)輸出允許信號，讀入轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。TLC2543C是12位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個器件有三個控制輸入端:片選(CS)，輸入/輸出時鐘(I/OCLOCK)以及地址輸入端(DAIAINPUT)。它還可以通過一個串行的3態(tài)輸出端(DAI?AOUT)與主處理器或其外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。本器件可以從主機高速傳輸數(shù)據(jù)。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，本器件有一個片內(nèi)的14通道多路器可以在11個輸入通道或3個內(nèi)部自測試(self-test)電壓中任意選擇一個。采樣保持是自動的。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時，“轉(zhuǎn)換結(jié)束”(EOC)輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。本器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準電壓，具有簡化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點。開關(guān)電容的設(shè)計可以使在整個溫度范圍內(nèi)有較小的轉(zhuǎn)換誤差。TLC2543有DB、DW、FN和N型封裝。TLC2543C的工作溫度范圍為O℃至70℃。TLC2543C具有如下特點:1)12位分辨率A了D轉(zhuǎn)換器;2)在溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時間;3)11個模擬輸入通道;4)3路內(nèi)置自測試方式;5)固有的采樣與保持;6)線性誤差士1LSBMax;7)片內(nèi)系統(tǒng)時鐘;8)轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出;9)單極性或雙極性輸出(有符號的雙極性，相對于所加基準電壓的l/2);10)可編程的MSB或LSB前導;11)可編程的輸出數(shù)據(jù)長度:12)采用CMOS技術(shù);13)可提供給用筆記，使用TLC254312位串行輸出ADC的微控制器根本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SLAA012)。TLC2543C的引腳圖如下:引腳說明:AINO~AIN10:模擬輸入端。這H個模擬信號輸入由內(nèi)部多路器選著。對4.1MHz的I/OCLOCK，驅(qū)動源阻抗必須小于或等于50Ω并且能夠?qū)⒛M輸入電壓由60PF的電容來限制其斜率。CS:片選端。在CS端的一個由高至低變化將復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器并控制DATAOUT、DATAINPUT和I/OCLOCK。一個由低至高的變化將在一個設(shè)置時間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/OCLOCK。DATAINPUT:串行數(shù)據(jù)輸入端。一個4位的串行地址選擇下一個即將被轉(zhuǎn)換的所需的模擬輸入或測試電壓。串行數(shù)據(jù)以MSB為前導并在I/OCLOCK的前4個上升沿被移入。在4個地址位被讀入地址存放器后，I/OCLOCK將剩下的幾位依次輸入。DATAOUT:用于A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出的3態(tài)串行輸出端。DATAOUT在CS為高時處于高阻抗狀態(tài)，而當CS為低時處于激活狀態(tài)。CS一旦有效，按照前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB/LSB值將DALAOUT從高阻抗狀態(tài)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的邏輯電平。I/OCLOCK的下一個下降沿將根據(jù)下一個MSB/LSB將DATAOUT驅(qū)動成相應(yīng)的邏輯電平，剩下的各位依次移出。EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值椭钡睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準備傳輸GND地。GND是內(nèi)部電路的地回路端。除另有說明外，所有電壓測量都相對于GNDI/OCLOCK:輸入/輸出時鐘端。I/OCLOCK接收串行輸入并完成以下四個功能:l)在I/OCLOCK的前8個上升沿，它將8個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)存放器，在第4個上升沿之后為多路器的地址;2)在I/OCLOCK的第4個下降沿，在選定的多路器的輸入端上的模擬輸入電壓開始向電容器充電并繼續(xù)到I/OCLOCK的最后一個下降沿;3)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATAOUT端，在I/OCLOCK的下降沿時數(shù)據(jù)變化;4)在1/0cLocK的最后一個下降沿它將轉(zhuǎn)換的控制信號傳送到內(nèi)部的狀態(tài)控制位。REF+:正基準電壓端?；鶞孰妷旱恼?通常為CCV)被加到既REF+，最大的輸入電壓范圍取決于加于本端與加于REF_端的電壓差。REF_:負基準電壓端。基準電壓的低端(通常為地)被加到REF_。CCV:正電源端。工作溫度范圍內(nèi)(自然通風)的極限參數(shù)(除非另有說明)

電源電壓范圍，CCV—O.5V至6.5V輸入電壓范圍，VI—0.3V至CCV+0.3V

輸出電壓范圍，VO—O.3V至CCV+0.3V

正基準電壓，refV+—CCV+O.1V

負基準電壓，_refV—0.1V

峰值輸入電壓，11(任何輸入端)—±20mA峰值總輸入電流，n(所有輸入端)—±30mA工作溫度范圍(自然通風)，TA—O℃至70℃

儲存溫度范圍，stgT—5℃至150℃引線溫度，離外殼1.6mm(l/16英寸)，10秒鐘—260℃

強度超出所列的極限參數(shù)可能導致器件的永久性損壞。這些僅僅是極限參數(shù)，并不意味著在極限參數(shù)條件下或在任何其它超出推薦工作條件中所示參數(shù)的情況下器件能有效地工作。延長在極限參數(shù)條件下的工作時間會影響器件的可靠性。注釋:所有電壓值都相對于GND端，REF與GND連接在一起(除非另有說明)。轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換工作工作分成連續(xù)的二個不同的周期:(I)I/O周期，(2)實際轉(zhuǎn)換周期。I/O周期由外部提供的I/OCLOCK定義，延續(xù)8、12或16個時鐘周期，這取決于選定的輸出數(shù)據(jù)的長度。1〕I/0周期在I/0周期中，同時發(fā)生二種操作:1.一個包括地址和控制信息的8位數(shù)據(jù)流被送到DATAINPUT。這個數(shù)據(jù)在前8個輸入/輸出時鐘的上升沿被移入器件。當12或16個UO時鐘傳送時，在前8個時鐘之后DATAINPUT便無效。2.在DATAOUT端串行地提供8、12或16位長度的數(shù)據(jù)輸出。當CS保持為低時，第一個輸出數(shù)據(jù)位發(fā)生在EOC的上升沿。假設(shè)轉(zhuǎn)換是由CS控制，那么第一個輸出數(shù)據(jù)位發(fā)生在CS的下降沿。這個數(shù)據(jù)是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個輸出數(shù)據(jù)位之后的每個后續(xù)位由后續(xù)的I/O時鐘每個下降沿輸出。2)轉(zhuǎn)換周期轉(zhuǎn)換周期對用戶是透明的，它是由I/O時鐘同步的內(nèi)部時鐘來控制的。當轉(zhuǎn)換時，器件對模擬輸入電壓完成逐次逼近式的轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換周期開始時EOC輸出端變低而當轉(zhuǎn)換完成時變高，并且輸出數(shù)據(jù)存放器被鎖存。只有在I/O周期完成后才開始一次轉(zhuǎn)換周期，這樣可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。4.5輸入與輸出通道輸入通道的特點:輸入通道要靠近對象采集信息，以減少傳輸損耗，防止干擾。②輸入通道工作環(huán)境因素嚴重影響通道的方案設(shè)計，沒有選擇的余地。③傳感器的輸出往往是模擬信號、微弱信號輸出，轉(zhuǎn)換成計算機要求的信號電平時，需要使用一些模擬電路技術(shù)，因此輸入通道通常是模擬、數(shù)字等混雜電路。

④傳感器、變送器的選擇和環(huán)境因素決定了輸入通道電路設(shè)計的繁簡，因為在輸入通道中必須將傳感器、變送器的輸出信號轉(zhuǎn)換成能滿足計算機輸入要求的TTL電平，輸入通道中傳感器、變送器輸出信號與計算機邏輯電平的相近程度影響著輸入通道的繁簡程度。輸出通道的特點:①小信號輸出，大功率控制。②輸出驅(qū)動控制信號，在驅(qū)動系統(tǒng)中的狀態(tài)反應(yīng)信號，作為檢測信號輸入至輸入通道。③輸出通道接近被控對象，環(huán)境復(fù)雜惡劣，電磁和機械干擾較為嚴重。本文的輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道。前者進入A/D轉(zhuǎn)換，后者進入CPU的I/O口。進入刀D轉(zhuǎn)換的模擬量為系統(tǒng)需要檢測的各種信號。開關(guān)量輸入通道包括風機運行狀態(tài)、空調(diào)運行狀態(tài)，以及窗機窗簾工作狀態(tài)等。模擬量輸入為10路模擬量通道，測量模擬量傳感器輸出的直流電壓/電流信號。Al輸入經(jīng)過前置放大，A/D轉(zhuǎn)換，光藕隔離后送給單片機進行處理。跟隨器起驅(qū)動作用，光藕隔離器起電路隔離保護的作用。前置放大采用TI公司的四運放LM324N。AD轉(zhuǎn)換器采用TI公司的A心控制器TLC2543N，其為12位11通道。轉(zhuǎn)換基準采用ANALOG公司5V集成穩(wěn)壓器AD586)。隔離通道采用FairChild公司高速光藕6N137。風機，空調(diào)，窗的運行狀態(tài)Dl通過插口進入到10個單通道光偶隔離器PC817C，經(jīng)電路隔離后送入單片機進行處理。單片機通過對模擬量輸入AI和設(shè)備狀態(tài)輸入DI的運算處理來對設(shè)備進行的啟停進行控制。上圖由12個光藕隔離器AQYZ10EH、5個光禍隔離器PC817及6個歐姆龍繼電器構(gòu)成。AQY21O輸出外接現(xiàn)場。輸出DOI~6經(jīng)由插口后控制風機、空調(diào)和窗等設(shè)備。繼電器觸點規(guī)格3路250V/8A，3路25OV/O.SA。光繼電器采用NAIS公司光MOS繼電器AQYZ10EH(12個)，用于報警輸出。4.6串行通信模塊的設(shè)計RS-232C接口的發(fā)送器和接收器之間有公共信號地，只能傳送單端信號，這樣共模噪音就會禍合到系統(tǒng)中，因而存在數(shù)據(jù)傳輸不高、距離不長、信號易干擾等缺點，不能直接與多個單片機相連。RS-485是美國電工業(yè)聯(lián)合會(EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點通訊標準。它采用差分信號進行輸：最大傳輸距離可以到達1.2km;最多可連接32個驅(qū)動器和收發(fā)器;接收器最小靈敏可達±200mv;最大傳輸速率可達2.5Mb/s。由此可見，RS-485協(xié)議正是針對遠距離、靈敏度、多點通訊制定的標準。RS-232C串行通信接口有25針和9針兩種形式?，F(xiàn)在流行的PC機絕大多數(shù)采用9針的連接器，其引腳定義為:DCD為載波檢測、RXD為接收數(shù)據(jù)、TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)、DTR為數(shù)據(jù)終端準備就緒、GND為信號地、DSR為數(shù)據(jù)裝置準備就緒、RTS為請求發(fā)送、CTS為去除發(fā)送、租為振鈴指示。PC機和單片機之間的串行通信通常采用RXD、TXD、GND3條線即可。在設(shè)計通信接口時，必須根據(jù)需要選擇接口，并考慮傳輸介質(zhì)、電平轉(zhuǎn)換和通信控制芯片等問題，以保證通信的可靠性、通信速度、通信距離和抗干擾能力。目前，常用的標準接口有RS-232、RS-422、RS-485。本系統(tǒng)是基于跳線選擇RS-232或者RS-485接口標準。由于RS一2犯或者RS一485電平和TTL電平不兼容，故兩者接口時，必須進行電平轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換芯片是M尤心32和MAX485，其作用除了電平轉(zhuǎn)換外，還實現(xiàn)正負邏輯電平的轉(zhuǎn)換，只需要一個+5V的供電電源。5系統(tǒng)軟件設(shè)計本章將介紹軟件的總體設(shè)計，有了各個功能塊的軟件實現(xiàn)方法，軟件的總體設(shè)計就變得清晰了，軟件設(shè)計中一個重要的思想就是采用模塊化設(shè)計，把一個大的任務(wù)分解成假設(shè)干個小任務(wù)，分別編制實現(xiàn)這些小任務(wù)的子程序，然后將子程序按照總體要求組裝起來，就可以實現(xiàn)這個大任務(wù)了。這種思路對于可重復(fù)使用的子程序顯得尤為優(yōu)越，因為不僅程序結(jié)構(gòu)清晰，而節(jié)約程序存儲空間。系統(tǒng)整體軟件設(shè)計包括管理程序和控制程序兩局部，管理程序包括LED顯示的動態(tài)刷新、控制指示燈、處理鍵盤的掃描和響應(yīng)。進行掉電保護的處理、執(zhí)行中斷效勞操作等。控制程序是對被控對象進行采樣、數(shù)據(jù)處理、根據(jù)控制算法進行計算和輸出等。控制程序包括A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字處理、上下限報警處理等。下位機程序主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、定時器中斷效勞程序、鍵盤掃描程序、顯示程序和串口通信程序，這些程序主要由KeilC5l實現(xiàn)。5.1主程序軟件流程初始化程序系統(tǒng)初始化程序是為了在進入主程序循環(huán)之前，做好必要的準備工作。在整個系統(tǒng)設(shè)計中，用到了4個單片機根本功能模塊:時鐘模塊、外部中斷模塊、串口通信模塊以及普通FO模塊。根據(jù)系統(tǒng)實際需求，對各個模塊進行了初始化配置，通過對相應(yīng)數(shù)據(jù)存放器或狀態(tài)存放器的讀寫，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。主程序在系統(tǒng)進行一系列的準備工作即初始化之后，程序就進入主循環(huán)，主循環(huán)的工作是進行采樣時間控制、控制測量過程、LED顯示循環(huán)、按鍵檢測并且處理、數(shù)據(jù)查表處理、數(shù)據(jù)顯示，然后周而復(fù)始地進行主循環(huán)程序。在主程序循環(huán)的過程中隨時響應(yīng)按鍵中斷，進入中斷響應(yīng)。主程序見附錄主程序模塊包含的主要函數(shù)定義及功能:1、初始化局部:函數(shù)定義:voidInitial(void);功能:對SST89E58RD2的特殊功能存放器和全局變量賦初值，串口初始化.2、中斷處理局部;函數(shù)定義:void**(void)interrupt;3、數(shù)據(jù)采集局部:A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)定義:unsignedcharADconvert(unsignedcharaddress);功能:讀AI、DI，啟動A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。數(shù)據(jù)采集局部的作用是將表示溫濕度等模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機，在對TLC2543編程時，將選擇通道的地址送入AINO.11，最后啟動A/D轉(zhuǎn)換，當EOC=O時表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時可將數(shù)字信號從TLC2543中讀出，其中TLC2543有11個通道。4、數(shù)據(jù)存儲局部:向E2PROM存儲數(shù)據(jù)函數(shù)定義:voidDataStore(address，unsignedcharsch);功能:向EZPROM存儲一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。從EZPROM中取數(shù)據(jù)函數(shù)定義:unsignedcharDataRestore(address);在本系統(tǒng)中當一路通道的溫度被轉(zhuǎn)換出來后，如果只保存在RAM里，其值很容易因為電磁干擾等原因而改變，因此需要把這個量存儲到穩(wěn)定性高得多的片內(nèi)FLASH里，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5.2圍設(shè)備接口程序外圍設(shè)備接口程序主要包括:初始化并行口程序，AI處理程序，DI輸入數(shù)據(jù)處理程序DO輸出處理程序，DO報警輸出處理程序及ADC采樣轉(zhuǎn)換。MCU在采集真實世界的模擬信號時離不開前向通道中的A/D轉(zhuǎn)換器。TLC2543提供各類A/D轉(zhuǎn)換器，包括積分方式，逐次逼近方式，閃電方式(并行方式)，藝一△方式和流水線方式的A/D轉(zhuǎn)換器，TLC2543的A/D轉(zhuǎn)換器具有優(yōu)異的動態(tài)特性和令人滿意的低功率消耗以及很小的芯片尺寸，采用串行接口結(jié)構(gòu)可以減小體積和占用MCU的FO口線，單電源工作電壓可低至2.7V，使系統(tǒng)功耗進一步降低，如果降低采樣速率或使用其關(guān)斷功能，系統(tǒng)功耗將更低。A/D轉(zhuǎn)換的根本原理是:將參考電平按最大的轉(zhuǎn)換值量化，再利用輸入模擬電平與參考電平的比例來求得輸入電平的測量值(V測=V參*(AD量化值/AD轉(zhuǎn)換的最大值))。Void

DoADC(unsigned

char

adcnum){

register

unsigned

char

data

j;

unsignedintxdataAinMax，AinMin，SecMax，SecMin;unsignedlongxdatasum;unsignedintxdataAinBak[20];unsignedchardataDEAD;DEAD=0x02;for(j=0;j<20;j++){

AinBak[j]=GetAiValue(adcnum);

delayl(l);

}

AinMax=AinBak[0];

AinMin=AinBak[0];

SecMax=0;

SecMin=0x00fff;

for(j=0;j<20;j++){

if(AinBak[j]>AinMax){

SecMax=AinMax;

AinMax=AinBak[j];

}else

if(AinBak[j]>SecMax){

SecMax=AinBak[j];

}

if(AinBak[j]<AinMin){

SecMin=AinMin;

AinMin=AinBak[j]:

}else

if(AinBak[j]<SecMin){

SecMin=AinBak[j]:

}

}for(j=0,sum=0;j<20;j++){

sum=sum+AinBak[j]

sum=sum-AinMax-AinMin-SecMin-SecMax;

LastestAdc_In[adcnum]=LasterAdc_In[adcnum];

LasterAde_In[adcnum]=LastAdc_In[adcnum];

LasterAde_In[adcnum]=NextAdc_In[adcnum];

NextAdc_In[adcnum]=(unsigned

int)(sum/16)

if(fStart[adcnum]==l){

fStart[adcnum]=O;

LastAde_In[adcnum]=NextAdc_In[adcnum];LasteAdc_In[adcnum]=LastAde_In[adcnum」;LastestAde_In[adcnum]=LasteAdc_In[adcnum]}

Ade_In[adcnum]=((NextAdc_In[adcnum]*4+LastAdc_In[adcnum]*4

+LasterAde_In[adcnum]*4+LastestAde_In[adcnum]*4)/16)if(Ade_In[adcnum」<=DEAD)Adc_In[adcnum]=0;}5.3通信程序模塊單片機的串口收發(fā)信號經(jīng)驅(qū)動及光電隔離后與MAX4SS/MAx232的數(shù)據(jù)收發(fā)引腳對應(yīng)相連，其通信協(xié)議可根據(jù)實際情況自行定義。為提高通信效率，通信協(xié)議可定義為:l位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，波特率設(shè)為9600b/s，無奇偶校驗。傳輸數(shù)據(jù)格式ASCH碼，發(fā)送一次數(shù)據(jù)為20B的數(shù)據(jù)塊。PC與單片機之間是雙向通信，兩個方向通信的功能不同，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也不相同:PC向單片機發(fā)送控制命令和測試數(shù)據(jù)塊;單片機那么向PC反應(yīng)工作狀態(tài)并執(zhí)行功能函數(shù)。單片機的數(shù)據(jù)通信由串行口完成，定時器T1作為波特率發(fā)生器，其波特率與PC相同，采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。定時器T1設(shè)置為工作模式2，串行口設(shè)置為工作方式l，以上設(shè)置在單片機初始化程序中完成。當PC向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，引起單片機中斷并開始接收數(shù)據(jù)。假設(shè)正確接收到起始碼，那么繼續(xù)接收隨后的功能碼;否那么跳出通信，中斷效勞程序。通信設(shè)置為9600N81。5.4上位機界面及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置本系統(tǒng)的上位機局部采用VisualBasic語言編寫，它是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。編程語言可分為過程語言和非過程語言。相應(yīng)地，面向過程的程序設(shè)計關(guān)心的是程序表達對問題的求解過程，用戶可以顯式地指明一系列可執(zhí)行指令(或語句)來表達程序的處理過程。傳統(tǒng)的編程方法都是面向過程的程序設(shè)計。此方法以問題的處理過程為中心，對問題的求解步驟是根據(jù)問題所依據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來確定算法，編制程序，求得結(jié)果。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計與傳統(tǒng)的面向過程的程序設(shè)計完全不同，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計將數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作封裝在“類”中，這樣說明抽象數(shù)據(jù)類型比擬自然，對實際問題的描述、對信息的隱蔽性、結(jié)構(gòu)性和可讀性等都比面向過程程序設(shè)計好，對象間通過消息互相聯(lián)系，顯然面向?qū)ο蟪?/p>