CN203405736U - 一种节能热流量控制系统 - Google Patents

Abstract

一种节能热流量控制系统，其包括温度采集单元、输入单元、处理器单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元，所述温度采集单元采集室内的实时温度数据，所述输入单元输入报警温度数据以及档位选择数据并发送给所述处理器单元，所述处理器单元比较温度数据与报警温度数据并根据比较结果选择是否发送报警信号给所述超温报警单元，所述超温报警单元接收报警信号并报警，所述处理器单元将档位选择数据发送给所述流量控制单元，所述根据接收的档位选择数据控制输出热流量，所述显示单元显示实时温度数据、报警温度数据以及档位选择数据。本实用新型可采集并显示室内实时温度，可自主对热流量控制实现室内温度精确调节，同时具有高温警报功能。

Description

一种节能热流量控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种热流量控制器，特别是一种节能热流量控制系统。 

背景技术

多年以来，我国的供热情况一直是采取集中供热，一个小区一个集体单位共同使用一个控制阀，按住宅面积为主要的计费依据，按季度或者年缴费，这样不仅不能增强人们的节能意识，而且不能满足不同居民对供暖的不同需求，也无法衡量供热质量。 

虽然我国在近几年大力进行节能建筑研究，在墙体保温上做出了努力，但是节能效果并不理想，其原因是：通过改善墙体结构使室温有所提高，甚至出现过热现象，没有达到预期的效果，因此改善维护机构节能只能为建筑节能创造条件，而温控计量才是落实技能的关键。没有温控计量，不能讲能耗与用户的经济利益联系起来，不能主观上促进用户节能，实现改善维护结构多带来的技能效果。 

随着计算机技术的发展，气体流量控制在天然气流量控制方面已经开始走向成熟，而在供暖业的发展，家庭暖气的普及的现在，热蒸汽的计量引起了人们的特别关注，因为在热蒸汽的制作、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。此外，在环境保护领域，流量测量仪表也扮演着重要角色。在当今这个水资源比较缺乏的时代通过流量控制系统能更好节省水资源，通过不断的普及这将是社会的一笔宝贵的财富。 

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种节能热流量控制系统，其特征在于，包括温度采集单元、输入单元、处理器单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元，所述温度采集单元、输入单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元分别与所述处理器单元连接；其中， 

所述温度采集单元采集室内的实时温度数据，并将实时温度数据传输给所述处理器单元，所述处理器单元将实时温度数据发送给所述显示单元显示； 

通过所述输入单元输入报警温度数据以及档位选择数据并发送给所述处理器单元；所述处理器单元将报警温度数据以及档位选择数据发送给所述显示单 元进行显示；并且所述处理器单元将档位选择数据发送给所述流量控制单元，所述流量控制单元根据接收的档位选择数据控制输出热流量； 

所述处理器单元比较实时温度数据与报警温度数据，当所述实时温度数据大于所述报警温度数据时，所述处理器单元发送报警信号给所述超温报警单元； 

所述超温报警单元接收到所述报警信号后进行报警。 

较佳地，所述处理器单元包括一单片机。 

较佳地，所述温度采集单元包括一温度传感器。 

较佳地，所述流量控制单元包括驱动芯片与电动调节阀，所述驱动芯片接收档位选择数据并控制电动调节阀。 

较佳地，所述驱动芯片为双全桥步进电机专用驱动芯片。 

较佳地，所述超温报警单元包括发光二极管和蜂鸣器。 

较佳地，所述输入单元包括一键盘扫描电路，所述键盘扫描电路包括五个流量选择接口以及一急停接口。 

较佳地，所述显示单元包括一LCD显示屏。 

取得了如下有益效果： 

1、通过键盘输入的精确主动控制，实现热流量的有效实用； 

2、液晶显示的应用，可以实时显示室温和预设的温度，方便使用者操作。 

3、超温报警电路可以在温度过高时给予使用者报警提示，节约不必要的能量浪费。 

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图； 

图2为本实用新型实施例流量控制过程示意图； 

图3为本实用新型实施例提供的超温报警单元示意图； 

图4为本实用新型实施例提供的键盘扫描单元示意图； 

图5为本实用新型实施例提供的温度采集单元示意图。 

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的优选实施例。 

如图1所示，本实用新型提供了一种节能热流量控制系统，其包括温度采集单元2、输入单元1、处理器单元3、显示单元5、超温报警单元4以及流量控制单元6，温度采集单元2、输入单元1、显示单元5、超温报警单元4以及 流量控制单元6分别与处理器单元3连接； 

其中温度采集单元2采集室内的实时温度数据，并将实时温度数据传输给处理器单元3，处理器单元3将实时温度数据发送给显示单元5显示； 

输入单元1输入报警温度数据以及档位选择数据并发送给处理器单元3，处理器单元3比较温度数据与报警温度数据并根据比较结果选择是否发送报警信号给超温报警单元4，超温报警单元4接收所述报警信号并报警，处理器单元3同时将报警温度数据发送给显示单元5进行显示，处理器单元3将档位选择数据发送给流量控制单元6，流量控制单元6根据接收的档位选择数据控制输出热流量。 

本实施例采用的处理器单元为AT89C51单片机，温度采集单元采用单总线型数字式的温度传感器DS18B20，使系统具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强，动态显示的方式等特点；显示单元采用的是LCD1602液晶屏显示。 

流量控制单元采用的是双全桥步进电机专用驱动芯片(Dual Full-Bridge Driver)，本例中使用的是驱动芯片L289驱动的电动调节阀，驱动芯片L289通过控制直流电机转速实现控制控制阀门开度和流量，双全桥步进电机专用驱动芯片(Dual Full-Bridge Driver)，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准。流量控制单元默认的档位为最大档位。 

本实用新型提供的超温报警单元选择了发光二极管闪亮和蜂鸣器来报警，这样可以从视觉也可以从听觉上达到报警的效果。当检测到的实时温度超过用户设定的报警温度时，此时发光二极管闪烁，蜂鸣器发出警报声。如图3所示，利用p2.7口，把单片机的信号传给报警电路，达到报警的功能。 

其输入单元为一键盘扫描电路，如图4所示，键盘扫描电路是通过P1.0—P1.4这五个接口来选择流量的，还有一个急停开关，这样就可以通过键盘扫描电路来控制流量。 

温度采集单元主要是应用温度传感器DS18B20来采集温度的，如图5所示，通过P2.4口传给单片机，让单片机处理数据的。 

如图2所示，本实施例进行热流量控制的过程为： 

首先对整个系统进行数据初始化，温度传感器进行环境温度的采集，这里 温度传感器可以并联在设置在不同的位置，实现组网多点测温，温度传感器将测得的温度数据发送给单片机进行处理，单片机处理温度数据并发送至LCD显示屏进行显示，用户观察显示的温度信息，然后根据需要通过键盘进行热流量选择，通过键盘输入的指令通过单片机发送给驱动芯片，驱动芯片控制电动调节阀实现热流量的控制。 

流量控制原理 

本实用新型的流量控制的整体思路 

液体流量控制通常采用电动调节阀实现，近年来，电动调节阀的结构和控制方式发生了很大的变化，随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控制的开关功率元件进行脉宽调制（pulse width modulation，简称PWM）控制方式得到了广泛的应用。这种控制方式很容易在单片机中实现，从而为电动调节阀的控制数字化提供了基础。将偏差的比例（proportion）、积分（integral）、微分（differential）通过线性组合构成数字控制量，构成数字PID控制器，它具有非常强的灵活性，可以根据试验和经验在线调整参数，因此可以得到更好的控制性能。 

本系统采用C51系列的89S51单片机为核心，通过设置89S51单片机的定时器产生脉宽可调的PWM波，对阀门电机的输入电压进行调制，实现阀门开度的变化，进而实现了对液体流量的控制。单片机通过电磁流量计采集实际流量信号，根据该信号对其内部采用数字PID算法对PWM变量的值进行修改，从而达到对流量的闭环精确控制。 

控制器算法与PWM波形输出 

流量是一个普通而又重要的物理量，在许多领域里人们需对它进行测量和控制。本系对流量控制采用PID算法，它具有结构简单、易于理解和实现，且一些高级控制都是以PID为基础改进的。在工业过程控制中90%以上的控制系统回路具有PID结构。 

PID调节器的离散化表达式为 

$u\left(k\right)=K_{p}e\left(k\right)+K_i\mathrm{Te}\left(k\right)+\frac{K_d}{T}[e\left(k\right)-e(k-1)]$

比例调节的作用是使调节过程趋于稳定，但会产生稳态误差; 积分作用可消除被调量的稳态误差，但可能会使系统振荡甚至使系统不稳定；微分作用能有效的减小动态偏差。 

PWM波形输出：用89S51单片机的定时器0和定时器1交替工作，产生连续的与偏差大小有关的占空比可调的PWM波形。首先，定时器0定时时间到，产生中断，置位PWM输出口并开启定时器1，定时器1定时期间PWM输出高电平，且定时器1的定时时间可调，与偏差的PID运算结果有关，所以能输出占空比变化的PWM波，控制电机转动，进而控制阀门开度和流量。 

实施例 

本系统中温度采集单元、输入单元、处理器单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元分别通过温度采集电流、键盘控制电路、主控单片机、液晶显示电路、超温报警电路以及流量控制电路实现的， 

所述主控单片机接收按键信号，经过处理之后来控制流量控制电路实现使用者的温控意图。 

具体过程如下：在操作过程中，主控单片机根据温度采集电路采集到的温度与使用者设置的温度来进行比较，如果使用者设置的温度高于温度采集电路采集到的温度，就加大流量控制电路的流量，使得供暖的热水流量增加，实现温度的上升；反之亦然。 

所述显示液晶显示电路，可以显示实时的温度和使用者要设置的温度，使用者在按键上相应的操作可以在液晶显示电路上实时显示。 

进一步的，超温报警电路在室内温度超过24℃之后开始发出提示音，告知使用者这个温度过高，可以适当降低温度，以便在保证使用者正常需求的前提下节约能源。 

本实用新型通过输入单元实现热水流量的主动控制，实现热流量的有效实用；显示单元的应用，可以实时显示室温和预设的温度，方便使用者操作，超温报警单元可以在温度过高时给予使用者报警提示，避免了不必要的能量浪费。 

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具 体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (8)

1.一种节能热流量控制系统，其特征在于，包括温度采集单元、输入单元、处理器单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元，所述温度采集单元、输入单元、显示单元、超温报警单元以及流量控制单元分别与所述处理器单元连接；其中， 

所述温度采集单元采集室内的实时温度数据，并将实时温度数据传输给所述处理器单元，所述处理器单元将实时温度数据发送给所述显示单元显示； 

通过所述输入单元输入报警温度数据以及档位选择数据并发送给所述处理器单元；所述处理器单元将报警温度数据以及档位选择数据发送给所述显示单元进行显示；并且所述处理器单元将档位选择数据发送给所述流量控制单元，所述流量控制单元根据接收的档位选择数据控制输出热流量； 

所述处理器单元比较实时温度数据与报警温度数据，当所述实时温度数据大于所述报警温度数据时，所述处理器单元发送报警信号给所述超温报警单元； 

所述超温报警单元接收到所述报警信号后进行报警。 

2.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述处理器单元包括一单片机。 

3.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述温度采集单元包括一温度传感器。 

4.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述流量控制单元包括驱动芯片与电动调节阀，所述驱动芯片接收档位选择数据并控制电动调节阀。 

5.如权利要求4所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述驱动芯片为双全桥步进电机专用驱动芯片。 

6.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于所述超温报警单元包括发光二极管和蜂鸣器。 

7.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述输入单元包括一键盘扫描电路，所述键盘扫描电路包括五个流量选择接口以及一急停接口。 

8.如权利要求1所述的节能热流量控制系统，其特征在于，所述显示单 元包括一LCD显示屏。 

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