智能地暖溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計論文

1、<p><b>　　三 江 學(xué) 院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題 目 智能地暖的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　電氣 院（系） 自動化 專業(yè)</p><p>　　

2、學(xué)生姓名 陳達 學(xué)號 12011072059 </p><p>　　指導(dǎo)教師 周洪 職稱 講師 </p><p>　　指導(dǎo)教師工作單位 三江學(xué)院 </p><p>　　起訖日期

3、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的飛速發(fā)展和普及，高性能設(shè)備越來越多，各行各業(yè)對溫濕度的控制要求也越來越高。傳統(tǒng)的監(jiān)控模式不僅效率低不利于人才資源的充分利用，而且缺乏科學(xué)性。對于現(xiàn)如今我國大部分地區(qū)來講，民用住宅建筑冬季普遍采用供暖，隨著城市房地產(chǎn)業(yè)持續(xù)升溫，以及人們對環(huán)保、舒適、節(jié)能、

4、便捷的采暖方式的需求，同時也伴隨著電氣元件的智能化發(fā)展，為了更有效更便捷更舒適與最大化利用資源的角度來說智能地暖的發(fā)展已經(jīng)是當(dāng)今社會的重中之重，這其中溫度與濕度的控制就想的尤為重要了。</p><p>　　本次的設(shè)計就是想利用西門子S7-200系列PLC為主要的控制元件，采用PID算法進行控制，運用PLC梯形圖編程語言進行編程。本次設(shè)計的目的是實現(xiàn)對地暖的溫度、濕度及進行實時監(jiān)測和顯示，并通過PID算法對溫度、濕

5、度進行控制，只能的啟停溫控閥、加濕機、除濕機，使環(huán)境可以維持在最適宜生活工作的舒適值范圍內(nèi)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：地暖PLC 溫度 濕度 傳感器 </p><p><b>　　第一章、緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p><p>　　地暖也是中國近幾年在黃河以北地區(qū)已開始興起的一種

6、新型采暖方式，在中國的山東、天津、東北、內(nèi)蒙、河北等地，其應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛?？偹苤覈ㄖ哪艽蟮淖畲笤蚴遣荒苋藶榈目刂颇芎?，缺乏控制調(diào)節(jié)的措施，而不能實現(xiàn)節(jié)能。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，人們講究節(jié)能可是續(xù)發(fā)展，對生活、工作的環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高。在追求舒適高效的生活的同時，也促使室內(nèi)取暖要向更高的方向發(fā)展。在時代的不斷進步中，我們需要尋求一種既能提高室內(nèi)取暖的舒適性與安全性，又能保證能源的高效合理利用的方法，那么一個智能、

7、高效、安全、節(jié)能的系統(tǒng)才是解決問題的關(guān)鍵，通過智能控制地暖的溫濕度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對室內(nèi)取暖的控制。</p><p>　　近年來，隨著智能家居的不斷發(fā)展，智能家居的體系不斷地完整，智能地暖也成了重中之重。針對于我國北方普遍供暖的現(xiàn)象，無論是在節(jié)能還是在舒適上，地暖的智能化控制必然會成為主要的控制方式。據(jù)不完全統(tǒng)計我國每年各行業(yè)所產(chǎn)生的余熱占燃料消耗比重的的17%-67%至，而這其中能被回收利用的高達60%，而地暖系統(tǒng)中

8、的水暖就能有效的利用這部分浪費，節(jié)能環(huán)保。雖然現(xiàn)在國家對地暖系統(tǒng)采取促進和鼓勵政策，地暖也被廣大群眾所認可采用，例如天津市，地面采暖已占新建筑的40%，受到居民的普遍歡迎。中國政府已將地面采暖列為重點推廣應(yīng)用的建筑節(jié)能技術(shù)。從發(fā)展前景看，未來的居民采暖，60%以上將會采取地面采暖，應(yīng)用前景喜人，有巨大的開發(fā)市場。但是由于技術(shù)還不完全成熟，成體系化的控制還不健全，很少能做到系統(tǒng)的智能化控制。所以本課題的研究主要是對水暖型地暖的溫度、濕度利

9、用PLC控制調(diào)節(jié)，從而達到對地暖的智能控制。</p><p>　　1.2地暖系統(tǒng)的簡介</p><p>　　地暖指的就是地板輻射采暖。它是以地面為散熱器，通過地板輻射層中的水管或電纜，均勻加熱整個地面，利用地面自身的蓄熱遵循熱量向上輻射的規(guī)律由下至上進行傳導(dǎo)熱量，來實現(xiàn)取暖的目的。是將溫度不高于60攝氏度的熱水或發(fā)熱電纜，將其暗埋在地?zé)岬匕逑碌谋P管系統(tǒng)內(nèi)，通過地面均勻地向室內(nèi)輻射散熱的一種

10、采暖方式。</p><p>　　地暖一般有兩種方式，分為水暖與電暖，在本設(shè)計中為了方便操作，節(jié)約成本，采用水暖方式，同時水暖形式也是現(xiàn)今所采用較為普遍的地暖方式。</p><p>　　1.3 水暖系統(tǒng) </p><p>　　1.3.1 水暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) </p><p>　　水暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。 </p><p>

11、;　　圖 1.1 水暖系統(tǒng)供暖的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　邊角保溫材料為避免混凝土澆筑過程中落入絕熱層的縫隙而設(shè)，邊角保溫層帶應(yīng)高出混凝土層；復(fù)合保溫層這一構(gòu)造層的目的是為了阻隔熱量的散失以降低無效熱量損失。理想的絕熱材料應(yīng)該具有導(dǎo)熱率小、難燃甚至不燃、承載力足的特點，并且不適宜菌源生長，不可產(chǎn)生異味或可能會危害人體健康的揮發(fā)物。從節(jié)約成本的經(jīng)濟角度看，目前使用得最多的就是模塑聚苯乙烯泡沫塑料板，一般為

12、20mm－40mm；混凝土層為填充層，就是在復(fù)合保溫層面或樓板基面上所設(shè)加熱管用的層面，用來對供熱管網(wǎng)設(shè)備進行保護并且使地面的溫度分布均勻和增大蓄熱，降低經(jīng)過地板及墻壁的熱量損失，在地面平整的情況下40mm的填充層即可滿足要求，一般為了安全起見，通常設(shè)置為50mm；找平層則一般采用干硬性水泥砂漿，將其鋪在墊層或樓板平面上進行抹平；而地面層指的就是室內(nèi)的地板裝飾面；加熱管一般布置在填充層即圖中的混凝土層中， 常用的管材有PB管、PE-X管

13、、PERT管。PER管具有導(dǎo)熱性能好，耐低溫沖擊性能比較好，加工成本相對較低，性能穩(wěn)定；無需添加加工助劑、無異味、衛(wèi)生的特點被廣泛采用。PERT管作為綠色管材，還可被回收，衛(wèi)生環(huán)保。所以，PERT管用為水暖系統(tǒng)</p><p>　　1.3.2 水暖系統(tǒng)的原理及傳熱原理 </p><p>　　水暖系統(tǒng)主要有以下幾種：壁掛式燃氣熱水爐或電爐、蓄熱水箱、循環(huán)水泵、控制閥和地埋盤管等，如下圖所示

14、。</p><p>　　圖 1.2 水暖系統(tǒng)采暖原理圖</p><p>　　1.3.3 水暖系統(tǒng)的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢 </p><p>　　(1)可以利用低品位的能源達到供暖的目的，能夠根據(jù)不同地域的不同情況對各種新興能源、余熱和廢熱進行二次利用，熱源的選擇更加廣泛，具有較強的適應(yīng)性。例如，能夠使用地?zé)?、供熱余熱、供熱管網(wǎng)回水以及太陽能熱水等。 </p>

15、<p>　　(2)盤管的管材選擇有利于塑料管材的推廣和使用，在很大程度上減少了鋼材的使用。 </p><p>　　(3)在舒適度一致的前提下,室內(nèi)的控制溫度可以比其它的采暖的方式低 2～3 ℃。節(jié)能幅度可達10%-20%，但熱效率卻能夠提高兩至三成左右。 </p><p>　　(4) 水暖供暖其盤管布置于地面下，整個地面的受熱是均勻的，而布置于窗下的散熱器，靠近散熱器的部分墻壁的

16、溫度則較高，這在無形之中就損失了部分熱量。因此，水暖系統(tǒng)在供暖的過程中就很好地避免了這部分熱量的損失。 </p><p>　　(5) 水暖供暖系統(tǒng)供暖中的熱水只有 40～50℃左右，這使得在制造熱媒的過程就已經(jīng)實現(xiàn)了節(jié)能，同時也在傳送熱量的過程中減少途中的散熱量。 </p><p>　　(6) 水暖系統(tǒng)安裝方便，能夠自動進行調(diào)節(jié)的設(shè)施，如溫控閥，以這樣的分區(qū)自動調(diào)節(jié)方式來使節(jié)能效果得到更好

17、地實現(xiàn)。 </p><p>　　1.4 水暖系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　水暖系統(tǒng)在很早就被提出，上個世紀(jì)的30年代初期就已經(jīng)在國外有所使用了，后來逐步采用低密度聚乙烯管代替鋼管來代替地板輻射采暖系統(tǒng)中采用的金屬所制的加熱盤管，而隨著德、美兩國研究出并發(fā)展生產(chǎn)了高密度聚乙烯管，地暖又得到了更好地發(fā)展。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計，美、日、韓及歐洲多數(shù)發(fā)達國家新建的建筑中，使用地暖的超過一半。由

18、于石油危機的爆發(fā)，國外很多發(fā)達國家的經(jīng)濟都受到很大的影響，尤其是在能源方面，地暖方面的節(jié)能技術(shù)也是應(yīng)用得比較多的。為了解決能源的問題，國外也做出了一些相應(yīng)的政策，一方面從地暖上給予必要的法律規(guī)定及節(jié)能上的技術(shù)支持；另一方面加強對經(jīng)濟的引導(dǎo)，并獎賞做出成效的。而地暖真正興起是這幾年的事情，正好這幾年一直在提倡節(jié)能，這使得地暖行業(yè)遇到了新的機遇。在美國和歐洲，地暖的推廣和使用從 1930 年就已經(jīng)開始了，現(xiàn)在已使用地暖取暖的家庭有 50%以

19、上，因為地暖的諸多優(yōu)點，美國政府推薦使用。 地暖技術(shù)在國外有了新的發(fā)展，具有先進性。</p><p>　　地暖自上個世紀(jì)八十年代傳入中國、日本和韓國。雖然已經(jīng)有了二十余年的歷史。但是，地暖真正地在我國發(fā)展，只是近些年來的事，地暖已得到人們更多的認識，由此，也獲得了地產(chǎn)開發(fā)商們的認可，甚至曾經(jīng)列為 “十一五”的一批新型高效采暖推廣應(yīng)用技術(shù)。 我國的北部及中部都廣泛地采用地暖系統(tǒng)，已經(jīng)成為了采暖方式中最舒適的一種，更

20、多的家庭已經(jīng)開始選用地暖進行供暖。隨著小康生活的到來，人們的生活水平更是突飛猛進，對住房的舒適要求也就越高，另外一些國外移民的加入，都對傳統(tǒng)的采暖區(qū)域限制提出了挑戰(zhàn)。而地暖因為具有較強靈活性和先進性，更加符合這樣的市場需求?，F(xiàn)在是鼓勵可持續(xù)發(fā)展的時期，也是國家轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，建筑節(jié)能更是重中之重，因為地暖系統(tǒng)具有經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)勢，在這樣的關(guān)鍵時刻，更是成為了人們首選的供暖方式。 作為人口大國的中國，伴隨環(huán)保意識的增強及物質(zhì)生活的豐富，這些

21、年，地暖系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，在家庭采暖中更顯其節(jié)能環(huán)保性及其健康優(yōu)勢。由于地暖越來越受到人們的喜愛，且符合國家節(jié)能減排的政策，所以地暖在我國有著巨大的發(fā)展空間，其發(fā)展前景是及其廣闊的。國家產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級促進了新能源、新產(chǎn)品和新技術(shù)的推廣，為地</p><p>　　、系統(tǒng)的總體設(shè)計方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的基本設(shè)計思想</p><p>　　2.2

22、 PID算法介紹</p><p>　　現(xiàn)在的自動控制技術(shù)大多都是基于反饋控制來設(shè)計的。反饋設(shè)計技術(shù)包括三個基本環(huán)節(jié)：測量、比較和執(zhí)行。測量獲得的是工程需要控制的變量，并把它與設(shè)定值進行比較，在測量值和設(shè)定值之間存在誤差，通過此誤差來糾正和控制系統(tǒng)的輸出。在自動過程控制中應(yīng)用的反饋技術(shù)關(guān)鍵是：把測量值與設(shè)定值進行正確的比較后，如何利用比較后的結(jié)果來調(diào)節(jié)系統(tǒng)誤差，使系統(tǒng)可以處于設(shè)定值的穩(wěn)定工作狀態(tài)。</p>

23、;<p>　　在過去的幾十年里，PID控制也就是比例積分微分控制，在工業(yè)控制中得到了廣發(fā)的應(yīng)用。在控制理論和技術(shù)飛速 發(fā)展的今天，在工業(yè)過程控制中95%以上的控制回路都具有PID結(jié)構(gòu)，而且許多高級控制都是以PID控制為基礎(chǔ)的。</p><p>　　PID控制由比例控制環(huán)節(jié)（P）、積分控制環(huán)節(jié)（I）和微分控制環(huán)節(jié)（D）三部分組成，PID的控制原理清晰易懂，不需要很高的基礎(chǔ)，PID控制規(guī)律可以簡單的表示

24、為： </p><p>　　現(xiàn)階段能被廣泛應(yīng)用的控制技術(shù)就是PID控制，他的使用方法靈活多變，通俗易懂，而廣受歡迎。已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品，使用時只需要將其三個參數(shù)（KP，KI和KD）進行整定計算就可以了。有很多情況可能不需要三個環(huán)節(jié)都使用，這個時候我們也可以只用一到兩個單元，但是在PID控制中比例控制是不能少的。 </p><p>　　PID控制的優(yōu)點如下： 

25、60;</p><p>　　（1）  PID的控制原理比較簡單，使用起來也比較方便，PID的其他部分不用改變，只需要根據(jù)其動態(tài)特性的變動而重新設(shè)定這三個參數(shù)KP、KI和KD就可以了。 </p><p>　?。?）  適應(yīng)的環(huán)境多樣，PID控制器現(xiàn)在已經(jīng)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)商品化，即使目前才開發(fā)出來的過程控制計算機，他也是建立在在PID控

26、制的基礎(chǔ)之上的，PID在現(xiàn)代控制中仍然是處于絕對地位的，這樣造就了PID的應(yīng)用范圍更加廣泛。</p><p>　　在科學(xué)技術(shù)尤其是計算機技術(shù)迅速發(fā)展的今天，雖然涌現(xiàn)出了許多新的控制方法，但PID仍因其自身的優(yōu)點而得到了最廣泛的應(yīng)用，PID控制規(guī)律仍是最普遍的控制規(guī)律。PID控制器是最簡單且許多時候最好的控制器，特別是在過程控制中應(yīng)用最廣泛。</p><p>　　2.3地暖溫濕度系統(tǒng)控制要求

27、及參數(shù)</p><p>　　本設(shè)計主要是對房間內(nèi)的溫度、濕度數(shù)據(jù)的采集分析，對整個區(qū)域內(nèi)的溫度濕度達到監(jiān)控的效果，并利用控制模塊對水暖的溫控閥的開度和加濕機或除濕機的開關(guān)控制驚醒調(diào)節(jié)來達到對溫濕度的控制，使其在一個合理的范圍內(nèi)。</p><p><b>　?。?）監(jiān)測功能</b></p><p>　　1、測量房間內(nèi)各個區(qū)域的空氣溫濕度參數(shù)，以了

28、房間空氣的溫濕度是否達到設(shè)定要求；</p><p>　　2、檢查加濕機和除濕機電機的工作狀態(tài)，確定是處于“開”還是“關(guān)”狀態(tài)；</p><p>　　3、檢查溫控閥的開度，以確定其是否打開。</p><p><b>　?。?）控制功能</b></p><p>　　1、根據(jù)室內(nèi)的溫濕度參數(shù)以及機組運行季節(jié)，修改當(dāng)前控制系統(tǒng)參

29、數(shù)的設(shè)定值；</p><p>　　2、控制溫控閥的開度，以保房間內(nèi)溫度穩(wěn)定在對人最舒適的范圍內(nèi)；</p><p>　　3、控制除濕機與加濕機的啟/停，使房間內(nèi)空氣相對濕度達到舒適的生活條件；</p><p><b>　?。?）集中監(jiān)控功能</b></p><p>　　1、戶主的監(jiān)控顯示設(shè)備應(yīng)能顯示控制機組的工作狀況,加濕

30、機和除濕機的工作情況，溫控閥的開度狀態(tài)等；</p><p>　　2、通過監(jiān)控計算機能夠啟?？刂葡到y(tǒng),修改當(dāng)前溫濕度參數(shù)的設(shè)定值；</p><p>　　3、當(dāng)官網(wǎng)內(nèi)水壓過大或發(fā)生火災(zāi)等意外突發(fā)情況、電機過載或其它原因停機時，房間的監(jiān)控計算機會進行報警。</p><p>　　（4）地暖的主要參數(shù):</p><p>　　1、供水溫度：50-60度，

31、最高溫度不應(yīng)超過60度。</p><p>　　2、供水壓力：0.3-0.5Mpa，最高不應(yīng)大于0.8Mpa。</p><p>　　3、供回水溫差：不宜大于10度。</p><p>　　4、加熱管內(nèi)熱水流速：宜控制在 0.25-0.5m/s。</p><p>　　5、地?zé)彷椛洳膳Y(jié)構(gòu)厚度：50-80mm（不包括找平層和地面裝飾層厚度），其中隔熱

32、層30-50 mm，填充層25-30 mm。</p><p>　　6、地?zé)彷椛洳膳瘜咏Y(jié)構(gòu)重量：70-120kg/m2。</p><p>　　7、每環(huán)路加熱管長度宜控制在60-80米，最長不應(yīng)超過100米，每套分集水器不宜超過6個回路。</p><p>　　8、地面溫度控制：人員長期停留的地面溫度宜控制在24-26度。所以我們?nèi)⒖紲囟葹?5度，在PLC中以25度位參

33、數(shù)。</p><p>　　9、空氣溫度濕度的控制：，我們研究人體的舒適溫度為25度，在這個條件下室內(nèi)人體舒適的相對濕度一般為50%。</p><p>　　整個系統(tǒng)的溫濕度參數(shù)通過溫度、濕度傳感器采集并傳輸給PLC，由PLC控制模塊對參數(shù)進行分析，從而控制加濕機、除濕機的啟停，調(diào)節(jié)溫控閥的開度，對溫濕度進行調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　、系統(tǒng)的硬件分析

34、</b></p><p>　　3.1控制電路原理圖的設(shè)計</p><p>　　在本設(shè)計中，PLC比其他的微型計算機擁有更多的優(yōu)勢。PLC具有更強大的數(shù)據(jù)處理功能和功能指令集，編程簡單，編程指令模塊化，能夠?qū)崿F(xiàn)就地編程、監(jiān)控、通訊等功能，還能實現(xiàn)遠程控制功能，這就方便了我們對各項參數(shù)的處理，對各個部件的智能化控制。而且PLC的梯形圖語言直觀、清晰、可讀性強，易于掌握。PLC具有豐

35、富的功能指令，能夠?qū)崿F(xiàn)加 減乘除四則基本運算,數(shù)據(jù)的傳送、比較、移位、轉(zhuǎn)換,堆棧等功能，還具有實時時鐘指令，使定時及時間的設(shè)置與顯示功能得以實現(xiàn)。系統(tǒng)總原理框圖如下圖所示. ：</p><p><b>　　系統(tǒng)總原理圖</b></p><p>　　3.2 PLC的選擇 </p><p>　　SIMATIC S7-2

36、00屬于西門子小型PLC系列產(chǎn)品，適用于檢測、監(jiān)控及控制過程中的自動化運用。S7-200系列有一下特點：極高的可靠性；豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強大的通信能力；豐富的擴張模塊。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，還是在連成網(wǎng)絡(luò)是皆能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。S7-200系列也具有極高的性價比。</p><p>　　S7-200系列PLC課提供四個不同基本型號：CPU2

37、21、CPU222、CPU224和CPU226。其技術(shù)指標(biāo)如下表所示</p><p>　　表3.2 S7-200 PLC的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　本系統(tǒng)選用S7一200(CPU226)PLC來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能,它可提供兩個RS485通訊接口,可滿足TD400C以及LTM8662的通訊需求。CPU226提供了40個開關(guān)量FO接口,其中輸入24點,輸出16點,可滿足空調(diào)系統(tǒng)開關(guān)量信號的

38、控制要求。</p><p>　　3.3溫度傳感器的選擇</p><p>　　DS18B20原理與特性：本系統(tǒng)采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)換，大大簡化了電路的復(fù)雜度，以及算法的要求。首先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點 DS18B20可編程溫度傳感器有3個管腳。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：6

39、4位只讀內(nèi)部存儲器、溫度傳感器、溫度上/下限報警觸發(fā)器TH和TL、暫存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖3.3所示</p><p>　　圖 3.3  DS18B20的外形及管腳排列圖</p><p>　　圖 3.4  DS18B20內(nèi)部功能模塊</p><p>　　GND為電源接地線，DQ為數(shù)據(jù)信號輸入

40、/輸出端，通過一個較弱的上拉電阻與PLC相連。VDD為外接供電電源輸入端，范圍3．O～5.5 V。DS18B20內(nèi)部功能模塊如圖3.4所示， </p><p>　　DS18B20的工作原理:DS18B20的測溫原理與DS1820相同，只是因分辨率不同得到的溫度值的位數(shù)DS18B20 為9位～12位，而DS1820為9位，且溫度轉(zhuǎn)換 時的延時時間變?yōu)?50mS,DS18B20

41、的測溫原理圖如圖3.5所示。雖然現(xiàn)在高精度芯片的采用,但由于技術(shù)問題在實際情況上比較難實現(xiàn),而實際精度不能達到很高的數(shù)值，不過溫度寄存器中的數(shù)值基本可確定為所測溫度。 </p><p>　　斜率累加器的作用就是為了減少這一誤差，它能夠補償和修正測溫過程中的誤差，修正計數(shù)器1的預(yù)置值。圖中低溫度系數(shù)振蕩器的晶振振蕩頻率受溫度影響很小，固其能夠產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號，用于計數(shù)器1的輸入。而高溫度系數(shù)振蕩器的

42、晶振振蕩頻率隨溫度變化有著明顯的改變，所產(chǎn)生的脈沖信號用于計數(shù)器2的輸入。預(yù)置計數(shù)器1和溫度寄存器的一個基數(shù)值，為在－55℃所對應(yīng)時。低溫度系數(shù)振蕩器晶振產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過計數(shù)器1的減法計數(shù)，當(dāng)減到0時，溫度寄存器中的數(shù)據(jù)值將加1，重新裝入計數(shù)器1的預(yù)置，低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號在經(jīng)過計數(shù)器1的減法計數(shù)，循環(huán)執(zhí)行，直到計數(shù)器2內(nèi)的數(shù)據(jù)減到0時，停止溫度寄存器內(nèi)值的累加，此時溫度寄存器內(nèi)的數(shù)值就是現(xiàn)場所測得溫度。 </

43、p><p>　　DS18B20的寄存器結(jié)構(gòu)的配置，低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式或測試模式。在其出廠時改為被設(shè)置為，用戶不要改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率</p><p>　　圖 3.5  DS18B20的測溫原理框圖</p><p>　　3.4濕度傳感器的選擇</p><p>

44、　　空氣濕度的測量有很多種方法，濕度傳感器的工作原理是其內(nèi)置的物質(zhì)從周圍環(huán)境中吸收水分后引起的物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，將這種變化以某種等價方式獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。最常用的有電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件，分別是根據(jù)其內(nèi)置物質(zhì)吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積的變化而測量得到濕度的。下面介紹HS1100（頂端接觸）/HS1101（側(cè)面接觸）濕度傳感器的特性及其應(yīng)用。</p><p><b>　　1

45、.主要特性</b></p><p>　　不需校準(zhǔn)的完全互換性；</p><p>　　可靠性高和長期穩(wěn)定性；</p><p><b>　　響應(yīng)時間快速；</b></p><p><b>　　使用方便體積??；</b></p><p>　　能夠適用于線性電壓和頻率兩種輸

46、出電路；</p><p>　　適宜于流水線自動插件的制造和自動裝配過程等。 </p><p>　　相對濕度的范圍是0~100%RH，電容量的變化為16pF變到200pF，其誤差為±2.5%RH、反應(yīng)時間小于5S、溫度系數(shù)為0.04pF/℃，可見其有較高的精度。</p><p><b>　　2. 工作原理 </b

47、></p><p>　　HS1100/HS1101電容傳感器，在電路圖中就是一個電容器件，這個電容有著其自身特點：隨著空氣中濕度的改變其電容量也就改變，如何把電容的變化量等價的轉(zhuǎn)換為能夠被計算機識別的信號，常用的方法是將該濕敏電容連接在555振蕩電路中，555振蕩電路的連接如圖3.7所示，其可以把電容值的變化量轉(zhuǎn)為易于被計算機識別的與之成反比的電壓頻率信號。HS1100/HS1101濕度傳感器在不同的相對濕

48、度中其電容值是不同的，而電容值得改變使電路輸出的頻率也發(fā)生相應(yīng)的改變，HS1100/HS1101的容值隨著相對濕度的增大而增大，而輸出頻率與之成反比，因此輸出頻率的變化是隨著相對濕度值的變大而變小，即頻率降低。表3.1給出了輸出頻率的典型值。</p><p>　　表 3.1  典型頻率值（參考點：25℃，相對濕度：50%，輸出頻率：6728KHZ)</p><p&

49、gt;　　圖 3.6  HS1101典型555應(yīng)用電路</p><p>　　圖3.6給出了HS1101典型頻率輸出的555測量振蕩電路，集成定時器555未接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成對C的充電回路并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3是防止輸出短路的保護電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。</p><p>　　

50、3.5其他元器件的選擇</p><p>　　3.5.1模擬量的輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　S7-200 PLC在應(yīng)用中可以自由的增加擴展模塊，用以擴展PLC的輸入/輸出（I/O)點數(shù)與功能。通常的擴展模塊一般有信號模塊、通信模塊與其他模塊。而我們用到的為信號擴展模塊，它包括數(shù)字量和模擬量擴展模塊，如下表所示</p><p>　　在本辦法設(shè)計中溫濕度的參數(shù)

51、輸出都是模擬量，而在PLC中我們要輸入的是數(shù)字量，這就要求我們將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，所以就需要用到模擬量輸入模塊輸出模塊。設(shè)計中有溫度濕度參數(shù)數(shù)據(jù)的輸入，輸出要控制加濕機、除濕機、溫控閥，我們采用EM235模塊達到輸入輸出的控制要求。</p><p>　　3.5.2 控制元件的選擇</p><p>　　溫控電子閥就是指調(diào)節(jié)水暖管網(wǎng)進水量的閥門，通過控制地暖熱水進入的量來調(diào)節(jié)地暖系統(tǒng)中熱水的

52、溫度，改變管網(wǎng)所輻射出的熱量，從而達到對溫度的控制。</p><p>　　為了應(yīng)對濕度的調(diào)節(jié)，我們還學(xué)要一個加濕機和除濕機來幫我們實現(xiàn)對室內(nèi)濕度的控制。那樣我們只需通過PLC控制加濕機和除濕機的啟停，就能輕松實現(xiàn)室內(nèi)濕度的智能控制。</p><p>　　3.6系統(tǒng)的硬件接線圖</p><p><b>　　、系統(tǒng)的軟件分析</b></p&g

53、t;<p><b>　　4.1系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　4.2 PLC主程序的設(shè)計</p><p>　　PLC程序的I/O接口圖如下</p><p>　　在主程序中按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，每隔3分鐘收集一次溫濕度數(shù)據(jù)此過程通過主程序完成。當(dāng)需要系統(tǒng)停止工作時，則只需按下停止按鈕即可。</p><

54、;p><b>　　主程序</b></p><p>　　4.3 溫濕度數(shù)據(jù)程序的設(shè)計</p><p>　　4.3.1多路數(shù)據(jù)的采集</p><p>　　在地暖系統(tǒng)中，房間的布局是相對獨立的，我們無法用一個傳感器實現(xiàn)對各個區(qū)域溫濕度的采集傳輸，這就需要我們用到多個傳感器進行地點采集數(shù)據(jù)。一個傳感器的數(shù)據(jù)容易分析處理，同樣多個傳感器這就需要我們

55、利用到多路傳感器信息融合技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有三種：分布式、集中式和混合式。</p><p>　　1）分布式：先對各個獨立傳感器所獲得的原始數(shù)據(jù)進行局部處理，然后再將結(jié)果送入信息融合中心進行智能優(yōu)化組合來獲得最終的結(jié)果。分布式對通信帶寬的需求低、計算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤的精度卻遠沒有集中式高；分布式的融合結(jié)構(gòu)又可以分為帶反饋的分布式融合結(jié)構(gòu)和不帶反饋的分布式融合結(jié)構(gòu)。&

56、lt;/p><p>　　2）集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進行融合處理，可以實現(xiàn)實時融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點是對處理器的要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難于實現(xiàn)；</p><p>　　3）混合式：混合式多傳感器信息融合框架中，部分傳感器采用集中式融合方式，剩余的傳感器采用分布式融合方式?；旌鲜饺诤峡蚣芫哂休^強的適應(yīng)能力，兼顧了集中式融合和分布式的優(yōu)點，

57、穩(wěn)定性強?；旌鲜饺诤戏绞降慕Y(jié)構(gòu)比前兩種融合方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這樣就加大了通信和計算上的代價。</p><p>　　在實驗中為了方便處理數(shù)據(jù)，同時一般住房的面積也相對較小，空氣相對流通，所以一般室內(nèi)的相對濕度較為平衡，所以我們采用集中處理的方式，對各個傳感器的數(shù)據(jù)同時采集，然后取平均的方式，這樣也簡化了數(shù)據(jù)處理部分。</p><p>　　4.3.3 溫濕度控制的PLC程序</p>

58、<p>　　溫濕度通多模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入PLC實現(xiàn)控制溫濕度的調(diào)節(jié)，同時再輸出工程量并在LED顯示器中顯示出來，便于實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運作，在設(shè)計中溫度的參考值為25℃，此時的相對舒適濕度為50%。</p><p><b>　　溫度PLC程序</b></p><p>　　本設(shè)計是對溫度的處理，需要用到傳感器采取電信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量

59、送入PLC。信號的轉(zhuǎn)變過程可以表示為：物理量－傳感器－標(biāo)準(zhǔn)電信號－A/D轉(zhuǎn)換－數(shù)字量-由PLC進行PID運算-數(shù)字量-D/A-模擬量-加熱器。假設(shè)物理量為A5，范圍為A0—Am，實時物理量為X，標(biāo)準(zhǔn)電信號為B0—Bm，實時電信號為Y，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值為C0—Cm，實時數(shù)值為Z，由于是線性關(guān)系，就可的到方程式，如下</p><p>　　又由于是線性關(guān)系，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)學(xué)方程</p><p&g

60、t;　　那么就很容易得出逆變換的數(shù)學(xué)方程為</p><p>　　在本設(shè)計中溫度傳感器的測量范圍為0～100℃，以S7-200和4－20mA為例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000  于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0，溫度的設(shè)定值為25℃，其對應(yīng)的數(shù)字量由轉(zhuǎn)換公式可得到為9600。以T表示溫度值，AI

61、W0為PLC模擬量采樣值，則根據(jù)上式直接代入得出：</p><p>　　可以用T 直接顯示溫度值。</p><p>　　溫度采集子程序SBR0：</p><p><b>　　濕度控制程序</b></p><p>　　本設(shè)計中濕度傳感器的測量范圍是0%到100%RH，標(biāo)準(zhǔn)電信號為4～20mA，輸入信號的數(shù)字量為6

62、400～32000。濕度的設(shè)定值為50%RH，其對應(yīng)的數(shù)字量由轉(zhuǎn)換公式可得到為19200。由逆變公式可得到溫度的輸出顯示數(shù)值為：</p><p>　　其中ALW0位濕度采集模擬量，X則可直接便是單簽的相對濕度。</p><p>　　溫度采集子程序SBR1：</p><p><b>　　中斷程序的設(shè)計</b></p><p&g