基于量调节的气候补偿器设计摘要针对不同地区、不同场合、不同建筑、不同时间、不同要求、不同消费水平等对室温的要求也不尽相同的需要，以微芯单片机为核心设计了一套基于量调节的气候补偿器。
采取合理控制室温的方式，分别设置适当的室温设定值，并实行分户分时智能调节，就可大大降低能耗，实现经济运行。
关键词：气候补偿；温度控制；补偿曲线前言我国地域广泛，人口众多，房屋建筑规模巨大、保温隔热和气密性能很差，而且，住宅建设正处于快速发展阶段。
同时，我国能源紧缺，采暖用能十分巨大，目前的采暖用能约点全国商品能源总消耗的10%，供暖系统热效率低，管网输送效率低，缺乏控制与节能手段，普遍在低负荷、低效率下运行，实际供暖面积平均只有设备能力的40%左右，采暖的高能耗不仅造成资源的消耗，而且还成为大气污染的一个重要因素。
而且，用户节能意识差也是浪费的主要原因。
我国住宅建筑采暖能耗为相近气候条件的发达国家的3倍左右。
建设部于1995年12月修订了―民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)JGJ26-95‖，目标是在1980/1981年当地通用设计的基础上节能50%。
标准提出的目标应通过以下几方面实现：改善围护结构保温性能，提高门窗密封性；提高管网输送效率；推行温控技术，作到用户室温可以控制调节；推广应用用热计量收费技术，促使用户自觉节能。
从而需要一套基于量调节的气候补偿器根据室外及室内的温度的变化自动调整供暖/制冷所需要的供水温度，保证提供用户准确的热值，并能实现补偿曲线选择、自动报警、自动恢复等功能.控制器是气候补偿器的核心部分,通过对各种控制器的性能价格比进行调查,以PIC16F877单片机最为合适,在我的毕业设计过程中,得到了齐世清老师的大力支持在此我表示深深的感谢。
目录第一章绪论1. 1开发基于量调节的气候补偿器的形势1. 2基于量调节的气候补偿器控制原理1. 3基于量调节的气候补偿器优点第二章基于量调节的气候补偿器的整体设计2.1.1 功能要求2.1.2控制器的总体方案第三章基于量调节的气候补偿器的组成3.1单片机的选择3.1.1 PIC单片机简介3.1.2 选用PIC16F877的原因3.2 温度采集功能设计3.2.1 温度传感器选择3.2.2 温度采集电路3.2.3 信号放大电路3.3 显示与键盘功能设计3.3.1 液晶显示模块的选择3.3.2 12864功能介绍3.3.3 曲线显示电路及应用示例3.3.4 键盘电路3.3.5 显示驱动程序3.4 PID控制原理3.5 实时时钟芯片DS1302的应用3.5.1 DS1302功能介绍3.5.2 DS1302与PIC16F877的硬件接口电路. 3.5.3 DS1302的读写程序3.6 串行EEPROM芯片 AT24LC02的应用3.6.1 AT24LC02功能介绍3.6.2 AT24LC02与PIC16F877的硬件接口电路.3.6.3 AT24LC02的读写程序3.7.通信功能设计3.7.1 通信方式选择3.7.2 485通信协议介绍3.7.3 通信电路设计3.8 报警与指示功能设计3.8.1 报警电路3.8.2 指示灯电路第四章设计过程中遇到的问题和解决方案4.1 应用Protel制作PCB版图时需要注意的问题结束语及致谢------------------------------------第一章绪论1. 1 开发基于量调节的气候补偿器的形势我国地域广泛，人口众多，房屋建筑规模巨大、保温隔热和气密性能很差，而且，住宅建设正处于快速发展阶段。
同时，我国能源紧缺，人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％，采暖用能十分巨大，目前的采暖用能约点全国商品能源总消耗的10%，供暖系统热效率低，管网输送效率低，缺乏控制与节能手段，普遍在低负荷、低效率下运行，实际供暖面积平均只有设备能力的40%左右，采暖的高能耗不仅造成资源的消耗，而且还成为大气污染的一个重要因素，全国90％的二氧化硫排放，大气中70％的烟尘是燃煤造成的。
而且，用户节能意识差也是浪费的主要原因。
我国住宅建筑采暖能耗为相近气候条件的发达国家的3倍左右。
在现阶段，我国集中供热缺乏量化管理，司炉工凭感觉、凭经验烧锅炉。
散热器、锅炉等供热设备是按照设计工况进行选型的，通常情况下，室外温度高于设计温度点，如果不能及时根据室内外情况调节出力，必然会造成浪费。
而且，供热采暖系统多为直联系统，无论建筑物的类型和功能均统一24小时供热，例如公共场所、办公建筑无人时间照常供热，因此造成了很大的浪费。
另一方面，生活水平提高后的人们对室内热环境的要求也越来越高，用户希望能对室内内温度进行调节以满足个人的舒适需求。
特别是住宅商品化之后，需要对供暖和生活供热进行计量收费，并且建设部于1995年12月修订了―民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)JGJ26-95‖，目标是在1980/1981年当地通用设计的基础上节能50%。
标准提出的目标应通过以下几方面实现：改善围护结构保温性能，提高门窗密封性；提高管网输送效率；推行温控技术，作到用户室温可以控制调节；推广应用用热计量收费技术，促使用户自觉节能。
气候补偿器正可以针对以上情况，根据回水温度与室外温度，随时控制出水温度，简单、准确的实现动态质调节；利用三通混水阀或小型热力站，就可以将系统分割开来独立控制。
在一些公共场所，利用气候补偿器时间编程的功能设定不同时间段的不同需求温度，大幅度地实现节能。
这种方式在新疆等地区已经得到了应用，产生了良好的效果。
这样一方面使供暖系统能自动按照实际热负荷向用户提供热量，以达到节能的目的；另一方面又可以满足人们对供暖系统的调节需求，提高供暖质量，为计量收费创造前提条件。
1.2 基于量调节的气候补偿器控制原理图1.1 气候补偿器的供热调节工作原理图基于量调节的气候补偿器通过MCU检测在二次出水管道上安装水温传感器和室外温度传感器的温度值，随时根据室外温度通过PID调节各板换一次水入口的电动调节阀开度，从而达到根据室外温度自动修正二次供水温度之目的。
如上图所示，当室外温度降低时，为了维持原有的室内温度，采暖用户的供水温度应适当提高，此时气候补偿器会自动加大电动三通阀的开度，使室外管网进入换热器或混水器的热水流量多一些，通过换热器或混水器后，采暖用户的供水温度会升高室外温度上升时，应适当降低采暖用户的供水温度以免产生室内过热现象，此时系统将适当减小电动三通阀的开度，使室外管网进入换热器或混水器的热水流量少一些，直接从电动三通阀分水管线回至锅炉的热水多一些，从而使锅炉的回水温度升高，降低锅炉机组的输出负荷，达到节能运行的目的。
气候补偿器内室外温度补偿曲线出厂后系统将自动给出四条经验曲线(二次供水温度－室外温度关系曲线)，系统运行过程中用户可根据实际运行情况进行实时修改，以更好的满足节能需要。
气候补偿器的控制原理图1. 3基于量调节的气候补偿器优点气候补偿器是根据室外温度的变化及用户设定的不同时间对室内温度要求，按照设定曲线求出恰当的供水温度进行自动控制，实现供热系统供水温度－室外温度的自动气候补偿，避免产生室温过高而造成能源浪费的一种节能产品；根据系统不同，节能率达10%~25%。
1. 全集成电脑控制，主控CPU采用PIC主流工控芯片，计算速度快，运行稳定；2. 中文液晶实时显示室内、室外温度、供水温度、回水温度及电动阀开度等运行参数，LED灯显示系统运行状态；键盘操作；3. 分时分温功能模块内嵌，系统默认提供4时段、4条独立运行曲线，以满足用户在不同时段对室内温度的要求；4. 精确控制供水温度，根据室外温度模糊运算出所需的供暖水温，并运用PID控制规律实时与实际供水温度比较，调节电动阀开度，精确保证稳定供水温度，避免发生用户室温过高的现象而浪费能耗；5. 曲线自学习功能，根据历史参数实时修正室外温度--供水温度曲线，使供暖系统最优化运行；6. 既可单电动阀控制，又可通过扩充模块实现多电动阀控制7. 通讯方式：有线（RS232/RS485）射频无线传输第二章基于量调节的气候补偿器的整体设计2.1.1 功能要求1温度采集2液晶显示3分时分温功能模块4阀门开度控制5参数设定6数据传输7报警输出8复位功能9指示灯2.1.2控制器的总体方案气候补偿器主要功能模块包括：CPU、温度采集部分、PID控制部分、参数输入部分、液晶显示部分、通信部分、时钟部分、数据保存和状态报警及部分；以下是系统组成框图（图1）。
图1 系统组成框图第三章基于量调节的气候补偿器的组成3.1单片机的选择3.1.1 PIC单片机简介美国亚利桑那州Microship公司推出的PIC系列8位微控制器是采用精简指令集RISC(Reduced Instruction Set Computer)结构的高性能的嵌入式微控制器(Embedded Controller)。
它采用哈佛（Harvard）双总线以及两级指令流水线结构,具有的高速度、低工作电压、低功耗、强大驱动能力、低价格和OTP(One Time Programming)技术等都体现了单片机工业的新趋势。
PIC系列的微控制器在办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、工业控制等不同领域获得了非常广泛的应用。
PIC系列单片机的特点1) PIC系列单片机最大的特点是不搞单纯的功能堆积,而是从实际出发,重视产品的性能与价格比,靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。
就实际而言,不同的应用对单片机功能和资源的要求是不同的。
PIC系列从低到高有几十个型号,可以满足各种需要。
比如, PIC12C508单片机仅有8个引脚,它适用于要求I/O较少、RAM及程序空间不大、可靠性较高的单片机的场合。
2) 精简指令使其执行效率大为提高。
PIC系列8位单片机具有独特的RISC结构,数据总线和指令总线分离的哈佛结构总线,使其指令具有单字长的特性,且允许指令码的位数可多余8位的数据位数, 指令只有30几条,每条指令均为字长12位或14位的单字节指令,大多数指令都是一个周期。
这与传统的采用复杂指令集结构的8位单片机相比,可以达到2∶1的代码压缩,使指令的执行速度比一般的单片机要快4～5倍。
3) 产品开发容易、周期短,并且能够快速进入市场。
PIC单片机采用了RISC指令集,指令少,且全部为单字长指令,易学易用,相对于CISC(复杂指令集)结构的单片机可节省30%以上的开发时间、2倍以上的程序空间。
如果采用PIC的低价OTP型芯片,可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。
4) 功耗低。
PIC单片机的CMOS设计结合了诸多的节电特性,使其功耗较低。
PIC的静态设计可进入睡眠省电状态而不影响任何逻辑变量。