CN1595323A - 智能型热量计量与温度调节一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：采用AT89C52单片机作为中央处理单元，单片机与温湿度测量单元、温湿度控制单元、供回水温度测量单元、流量测量单元、上位机通讯单元、数据存储单元、键盘管理单元、显示单元连接，供回水的温度测量传感器选用DS18B20单线数字温度传感器，通过一根输入口线与微处理器相连；室内温湿度的测量采用SHT71温湿度复合传感器，流量检测采用直读水表；通过CMAC神经网络对用户的温湿度匹配值学习、联想记忆，建立舒适度最佳匹配库以及房间温度模糊控制策略，实现室内舒适度的最优控制。提供了一套家用暖气耗热量本地计量和适于集中抄表、最佳舒适度智能控制的一体化，为小区智能化管理提供支持，构建节能降耗、以人为本的居住环境，解决了目前热量表不能从根本上解决节能和改善居住环境舒适度的问题。

Description

智能型热量计量与温度调节一体化装置

技术领域：本发明涉及热量实时控制智能仪表，具体地说是关于家庭用智能型热量计量与温度调节一体化装置。

背景技术：目前的热量表主要由积算仪、流量传感器和配对温度传感器三部分组成，流量传感器主要有叶轮脉冲式和超声波式。温度传感器为PT1000、PT100和PT500。热量表的功能相对比较单一，没有温度调节功能，只是进行简单的热量计量。远程抄表只是热量数据的传输，对用户使用热量的情况也不能进行有效的管理和限制，如中国专利CN2330988Y即是一例。

发明内容：本发明的目的是采用数字温度传感器测量热水进、出口温度，采用数字温湿度复合传感器模块测量房间内的温湿度，实现物理量检测的全数字化，开发热量计量与房间温湿度控制一体化装置。本发明的技术方案是这样实现的：采用AT89C52单片机作为中央处理单元，单片机与温湿度测量单元、温湿度控制单元、供回水温度测量单元、流量测量单元、上位机通讯单元、数据存储单元、键盘管理单元、显示单元共8个单元连接，供回水的温度测量传感器选用DS18B20单线数字温度传感器，通过一根输入口线与微处理器相连。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以两片DS18B20同时连在一根单线总线上，实现与单片机的串行数据通信。室内温湿度的测量采用SHT71温湿度复合传感器，流量检测采用直读水表。通过CMAC神经网络对用户的温湿度匹配值学习、联想记忆，建立舒适度最佳匹配库以及房间温度模糊控制策略，实现室内舒适度的最优控制，满足不同人的舒适性要求。

通过改变流量球阀的开度控制热水的流量，从而实现对室内温度的控制。

累计流量、累积热量的存储采用长寿命的AT24C02串行电可改写及可编程只读存储器E PROM，保证在掉电或在其他情况下计量数据的安全。

采用DS1302低功耗带RAM实时时钟，以实现流量脉冲的定时计数、时间的获取及故障记录。

显示单元采用12864A液晶显示模块，显示64×128点，可直接与单片机并行相连。

通信单元采用RS485模块，实现远程控制和信息交换。

系统采用双路供电，一路采用交流220V整流供电，另一路为后备电池供电，两路供电通过二极管隔离，电池电压低于交流整流供电。正常情况下，交流220整流供电，二极管截止，电池停止供电。当交流220V停电，电池通过二极管向系统供电，保证系统不停电。

附图说明：图1、AT89C52微处理器引脚结  图2、硬件连接框图  图3、12864A与AT89C52接线图  图4、DS18B20与微处理器接线图  图5、SHT71与微处理器接线图  图6、AT24C02与微处理器接线图  图7、DS1302与微处理器接线图  图8、后备电源接线图  图9、微处理器与MAX485接线图  图10、热量控制电路图

如图2所示，系统的整体硬件设计包括单片机与温湿度测量单元、温湿度控制单元、供回水温度测量单元、流量测量单元、上位机通讯单元、数据存储单元、时钟单元、显示单元共8个单元连接。供回水的测量采用DS18B20数字温度传感器，室内温湿度的测量采用SHT71温湿度复合传感器，流量检测采用直读水表。显示单元采用12864A液晶显示模块，显示64×128点，可直接与8位微处理器并行相连。累计流量、累积热量的存储采用长寿命的AT24C02串行电可改写及可编程只读存储器E PROM，保证在掉电或在其他情况下计量数据的安全。表内时钟采用DS1302低功耗带RAM实时时钟，该芯片可实现流量脉冲记数、时间的获取及故障记录。

如图3所示，选用12864A液晶显示模块，显示64×128点阵信息，P0口用于并行数据传输，P2.3控制显示芯片的读写操作，P2.2、P2.1作为显示芯片的片选信号，P2.0用于选择数据或命令，P2.7与微处理器的读写信号一起控制显示芯片的使能端。

如图4所示，供回水的温度测量传感器选用DS18B20单线数字温度传感器，通过一根输入口线与微处理器相连。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以两片DS18B20同时连在一根单线总线上。

如图5所示，室内温湿度的测量选用SHT71温度、湿度复合传感器，该传感器直接输出数字信号，通过一根数据线与微处理器相连，因此可简化硬件电路设计。该传感器可同时测量温度和湿度，湿度测量精度为±2％，温度测量精度为±0.4℃。

如图6所示，累积流量、累积热量、故障记录等信息，在仪表掉电的情况下必须保存下来。本发明采用AT24C02串行电可改写及可编程只读存储器E PROM。其存储容量为2048位，即256字节。信息存取采用2线串行接口。

如图7所示，采用DS1302低功耗带RAM实时时钟，以实现流量脉冲的定时记数、时间的获取及故障记录。DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。与微处理器同步串形通讯仅需三根线：RST(复位)，I/O(数据线)，SCLK(串形时钟)。数据可每次传输一个字节或采用突发方式每次传输31个字节。

如图8所示，系统采用双路供电，一路采用交流220V整流供电，另一路为后备电池供电，两路供电通过二极管隔离，电池电压低于交流整流供电。正常情况下，交流220整流供电，二极管截止，电池停止供电。当交流220V停电，电池通过二极管向系统供电，保证系统不停电。

如图9所示，为串行通信电路，采用RS442串行通信协议，使用MAX485通信模块，实现远程控制和信息交换。

如图10所示，为热量控制电路。通过改变流量球阀的开度控制热水的流量，从而实现对室内温度的控制。

单片计算机的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别控制四个NPN三极管，T1、T2、T3、T4，T1和T4为一个回路，T2和T3为一回路，要求当T1、T4同时导通时，T2、T3同时截止。而T1、T4同时截止时，T2、T3同时导通。T1、T4导通5V电压由T1集电极，T1发射极接直流电机正端，直流电机负端接T4，经T4发射极接地，控制电机正转，打开阀门。

T2、T3导通5V电压由T2集电极，T2发射极接直流电机负端，直流电机正端接T3，经T3发射极接地，控制电机反转，关闭阀门。

具体实施方式：供水温度和回水温度的测量：如图4所示，供回水温度测量传感器选用DS18B20单线数字温度传感器，这种传感器具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温度信号转换成串行数字信号，通过一根输入口线与单片机相连。将测量的供回水温度值以串行通信方式输入给单片机，从而实现供回水温度的测量。

室内温、湿度测量：如图5所示，选用SHT71温、湿度复合传感器模块，将温度和湿度测量值直接输出数字信号，通过一根数据线与单片机相连，可大大简化硬件电路设计。

舒适度测量：在室内温度、湿度测量的基础上，利用Fanger的PMV热平衡方程式。以PMV性能指标为依据，加入了热舒适度的测试。人体的热舒适度性能指标与人体活动情况、衣着情况、空气温度、湿度、流速、平均辐射温度6个变量有关，在实际应用过程中不可能对这6个变量都进行测量，况且有些参量的测量很复杂，进行在线测量实施起来很困难，故对一些变量可根据实际情况作一些近似。近似后对应的未知量仅剩下室内温度和室内水蒸气压力。室内温度可通过温度传感器测量，室内水蒸气分压力可根据湿度传感器测得的相对湿度及室内温度求得。由于PMV指标不能直接测量，且与各个影响因素之间存在着严重的非线性关系，计算非常复杂，故采用查表技术。首先确定温度和湿度的计算区间，根据不同的温度、湿度编程推算不可测的热舒适度，得到一张表格。根据实测温度、湿度查表得到对应的舒适度。

流量测量：通过干式光电式直读水表或通过湿式接触式直读水表，将水表字轮以编码的形式输入单片机，实现对水表走字的实时读取。提高了热水流量的测量精度及测量的可靠性。

温度控制：如图10所示，通过改变流量球阀的开度控制热水的流量，从而实现对室内温度的控制。

室内温度的控制受多种因素的影响，很难给予精确的描述，采用模糊控制技术可以达到较好的效果。

湿度控制：智能型热量计量与温度调节一体化装置的初始湿度设定，是根据舒适度算法得到在不同温度下对应的最佳湿度作为初始设定值，若用户不对该装置进行湿度设定，则装置按照初始湿度设定值运行。当用户根据自己的需要对湿度进行设定，则装置记下该温度下的湿度值并保存。只要用户修改设定值，则进行记忆，并采用CMAC进行学习，修改CMAC的权度系数。湿度控制采用控制加湿器和控制干燥的方法，保证室内湿度维持在最佳状态。

本发明的智能型热量计量与温度调节一体化装置，建立了房间舒适度自学习与智能控制策略，通过人工神经网络自学习记忆用户设定参数模型与算法，实现舒适度的软测量并建立了舒适度匹配库，以及房间温度模糊控制策略。提供了一套家用暖气耗热量本地计量和适于集中抄表、最佳舒适度智能控制的一体化装置，为小区智能化管理提供支持，构建节能降耗、以人为本的居住环境，解决了目前热量表不能从根本上解决节能和改善居住环境舒适度的问题。

Claims (5)

1、一种智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：采用AT89C52单片机作为中央处理单元，单片机与温湿度测量单元、温湿度控制单元、供回水温度测量单元、流量测量单元、上位机通讯单元、数据存储单元、键盘管理单元、显示单元连接，供回水的温度测量传感器选用DS18B20单线数字温度传感器，通过一根输入口线与微处理器相连；室内温湿度的测量采用SHT71温湿度复合传感器，流量检测采用直读水表；通过CMAC神经网络对用户的温湿度匹配值学习、联想记忆，建立舒适度最佳匹配库以及房间温度模糊控制策略，实现室内舒适度的最优控制。

2、根据权利要求1所述的智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：所述的供水温度和回水温度的测量选用DS18B20单线数字温度传感器，可直接将温度信号转换成串行数字信号，通过一根输入口线与单片机相连，将测量的供回水温度值以串行通信方式输入给单片机，如图所示。

3、根据权利要求1所述的智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：所述的室内温湿度的测量选用SHT71温度、湿度复合传感器，通过一根数据线与微处理器相连。

4、根据权利要求1所述的智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：所述的数据存储单元采用AT24C02串行电可改写及可编程只读存储器E PROM，信息存取采用2线串行接口，如图6所示。

5、据权利要求1所述的智能型热量计量与温度调节一体化装置，其特征在于：所述的湿度控制是采用控制加湿器和控制干燥的方法，根据舒适度算法得到在不同温度下对应的最佳湿度作为初始设定值，若用户不对该装置进行湿度设定，则装置按照初始湿度设定值运行，只要用户修改设定值，则进行记忆，并采用CMAC进行学习，修改CMAC的权度系数，保证室内湿度维持在最佳状态。

Images