独立居室供暖控制系统的设计与开发

论文摘要

供暖问题关系到我国居民基本生活,实现我国北方严寒地带居民的长期供暖一直是非常棘手的问题。我国南方地区在南方大雪之后,一部分冬季湿冷地区,对冬季供暖的也有极高的要求。随着供暖技术的不断发展,对供暖性能的要求也越来越高。提供可靠性高、功能多样的供暖系统具有十分重要的现实意义和应用价值。在国际能源日益匮乏的情况下,对供暖系统控制的研究既能满足人们对环境舒适度要求又能达到节约能源的目的。论文在对供暖系统详细研究的基础上,设计了独立居室供暖系统的总体结构,包括主机控制器,无线测温节点和网卡。设计中采用PIC16F877A单片机作为主机控制系统的核心,对水温信号与室温信号进行采集,通过控制继电器的开合对加热棒进行开关控制；采用PIC16F688单片机作为节点测温系统的核心,对节点温度进行采集,通过ZigBee无线模块将温度信号传输到主机；采用C8051F020作为网卡的核心,通过Internet与远端计算机连接,实现远程监控的功能。论文最后进行了供暖系统建模与控制方法的研究,建立了供暖系统的数学模型,并利用PID控制算法和模糊PID控制算法进行了供暖系统的仿真研究。仿真结果表明,模糊PID具有更好的控制效果。供暖系统通过运行测试,选择保温防冻、自动、手动,均运行稳定,节能效果显著。节点温度可靠传送,穿透效果明显。网卡将数据迅速传输到远端计算机上,数据实时可靠。超导液散热终端供暖,热值高,升温迅速。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 独立居室供暖控制系统的发展现状以及发展趋势
• 1.3 国内应用现状和发展的情况
• 1.4 研究的意义
• 1.5 本文工作
• 第2章 供暖系统总体方案
• 2.1 供暖系统规范
• 2.2 供暖系统的总体方案
• 2.3 硬件开发环境
• 2.4 软件开发环境
• 2.5 本章小结
• 第3章 供暖系统的主机部分设计
• 3.1 供暖系统硬件设计
• 3.1.1 主机示意图
• 3.1.2 核心控制单元
• 3.1.3 主机数据采集部分
• 3.1.4 电气执行部分
• 3.1.5 显示控制部分
• 3.1.6 非接触通讯方式
• 3.1.7 其余接口部分
• 3.2 供暖系统主机软件设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 供暖系统的无线测温节点设计
• 4.1 ZigBee技术
• 4.1.1 ZigBee技术概况
• 4.1.2 采用ZigBee技术依据
• 4.2 无线测温节点的硬件电路设计
• 4.2.1 节点总体设计
• 4.2.2 核心控制单元
• 4.2.3 复位电路
• 4.2.4 无线通信接口
• 4.2.5 电源电路
• 4.2.6 温度采集电路
• 4.2.7 在线编程接口
• 4.3 无线测温节点的通讯模块
• 4.4 无线测温节点的软件总体设计
• 4.5 节点控制器与主机之间的通讯协议
• 4.6 本章小结
• 第5章 供暖系统网卡设计与开发
• 5.1 关键器件的介绍
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 网卡核心控制芯片C8051F020介绍
• 5.1.3 以太网控制器RTL8019AS介绍
• 5.2 网卡电路硬件设计方案
• 5.2.1 网卡总体设计
• 5.2.2 核心控制单元
• 5.2.3 以太网控制器
• 5.2.4 与主机通信接口电路
• 5.2.5 电源转换电路
• 5.2.6 数据锁存电路
• 5.2.7 复位电路
• 5.3 网卡电路软件设计总体方案
• 5.3.1 网卡程序流程图
• 5.3.2 TCP协议软件流程图
• 5.3.3 以太网控制流程图
• 5.4 本章小结
• 第6章 供暖系统控制算法研究
• 6.1 供暖系统对象建模
• 6.2 控制算法设计
• 6.2.1 常规PID控制器
• 6.2.2 模糊PID控制器
• 6.3 控制算法仿真
• 6.3.1 惯性时间常数T的影响
• 6.3.2 滞后时间τ的影响
• 6.3.3 对输出加干扰的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢