建设部要求乡镇新建公共修建和居民修建，凡运用会集供热设备的，均需规划、装置具有分户计量及室温调控功用的供暖体系。节能型供热温度操控器是运用主动操控技能，将节能措施与热计量功用融为一体，从以人为本的视点提出的一种新式节能理念和办法，使会集供暖用户既可经过操控器设定、调整并与配套设备共同完结对室内温度的主动操控和长途操控，又可随时了解室内温度、热消耗量，到达节约能源的意图。
1 体系全体结构及计划规划
一个完好的大型公建节能型供热温度操控器由两部分组成：温度测控体系和通讯模块体系。体系全体结构如图1所示。体系温度测控的硬件包含：单片机、温度传感器、信号扩大器、A/D转化器及D/A转化器、稳压器、显现驱动芯片和数码管等。体系通讯模块的硬件包含CAN操控器和CAN收发器。
1.1 温度操控的作业原理
在温度测控体系中，稳压器完结对单片机的供电，数码管完结温度的显现。体系的被测参数是温度，被测温度首要由传感器丈量后得到mV信号，再经扩大器扩大后变为0~5 V电压信号，送入A/D转化器转化后，将模仿信号变为数字信号供应单片机，在单片机内进行数据处理。一方面，与所设定的温度值进行比较发生误差信号，单片机依据预订的PID算法计算出相应的操控量，用操控量操控电气阀的导通和关断，完结温度操控;另一方面，将实时丈量得到的温度送至数码管显现，一起用户也可经过键盘来设定抱负温度。
1.2 CAN通讯模块的作业原理
当CAN总线上的一个节点发送数据时，其以报文方式播送给网络中所有节点。对每个节点而言，不管数据是否是发给自己的，均对其进行接纳。每组报文最初有11位字符作为标识符，其规则了报文的优先级，这种格局称为面向内容的编址计划。在同一体系中标识符是仅有的，不行能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站一起竞赛总线读取时，这种装备尤为重要。当一个站要向其他站发送数据时，该站的CPU要将发送的数据和本身的标识符传送给本站的CAN操控器，并处于预备状况;当收到总线分配时，转为发送报文状况。CAN操控器将数据依据协议组织成必定的报文格局宣布，此刻网上的其他站点处于接纳状况。每个处于接纳状况的站对接纳到的报文进行检测，判别是否接纳这些报文。一般每个CAN模块都是南不同的功用单元构成。CAN操控器与物理总线间需求一个接口CAN接纳发送器，CAN接纳发送器将来自CAN操控器的逻辑电平信号转化为总线上的物理电平。再将总线上的物理电平转化为CAN操控器能接纳的逻辑电平信号。CAN接纳发送器的上一层是CAN操控器，该操控器履行完好的CAN协议，包含信息缓冲和接纳滤波。
2 各部分模块规划
2.1 首要芯片挑选
体系单片机选用8位AT89C51,因操控器所需的单片机，无需在语音、图画进行大规模的数据处理，且对速度要求较低，无需高位单片机。温度传感器该产品选用美国Dallas公司出产的DS18B20数字式温度传感器。选用此类温度传感器可省去信号扩大部分及A/D转化器，使得该温度操控器结构变得简略、明晰。稳压器选用三端LM7805供应单片机电源。LM7805为正稳压电路，TO-220封装，可供应多种固定的输出电压，运用规模广。D/A转化器挑选DAC0832.其是8分辨率的D/A转化集成芯片与微处理器彻底兼容。显现芯片选用PS7219,是一种新式的串行接口的8位数字静态显现芯片，可与任何单片机便利接口，并可一起驱动8位LED.
2.2 单片机温度收集电路
温控体系包含单片机最小体系和测温传感器。单片机最小体系中，复位电路选用12 MHz晶振，复位电路由复位按钮操控，一起供应单片机AT89C51、CAN操控器SJA1000和显现接口器材PS7219的复位信号。单片机温度收集电路如图2所示，从RST引出线，别离与各芯片的复位信号线相连选用上电复位形式。
2.3 数模转化电路
对输出信号进行数模转化中，DAC0832选用单缓冲作业方式。DAC0832的两级寄存器的写信号WR1和WR2均由单片机的WR引脚操控。当单片机的地址线挑选DAC0832后，只需输出WR操控信号，便可一起完结数字阳的输入锁存和D/A转化输出。因为DAC0832是电流输出型，所以为了得到电压信号，需在DAC0832的输出端接入运算扩大器。接入一级运算扩大器可得到负的电压信号，接入二级运算扩大器，得到正的电压信号。数模转化电路如图3所示。
2.4 CAN通讯模块电路
SJA1000作为CAN的操控部分，在与单片机衔接时，其数据线AD0~AD7与单片机的输入输出管脚P0口衔接，片选信号CS接地，低电压答应拜访，RST、1NT、WR、WD、ALE管脚别离与单片机的相应管脚衔接，操控器的收发端RX0、TX0别离接纳发器CTM1050的收发端RXD、TXD引脚相连。体系通讯模块电路如图4所示。
2.5 电源电路及温度显现、按键电路
当稳压器LM7805对单片机进行供电时，220 V沟通市电经过电源变压器变换为沟通低压，再经桥式整流电路和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两头构成一个并不安稳的直流电压。此直流电压经LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端发生了精度高、安稳度好的直流输出电压。单片机AT89C51的P1.6作串行数据输出，衔接到PS7219的DIN脚，P1.7和P1.5经进程序别离模仿PS7219的时钟脉冲CLK及数据加载LOAD信号。PS7219的SA~SG,SDP端衔接到各LED数码管对应的a~f及dp端，DIG1~DIG3别离接3位LED数码管的共阴极，然后完结位选。PS7219应紧靠LED显现器放置，且连线尽可能短，两个GND引脚均有必要衔接到地线上。体系只设4个按键，别离是功用键、添加键、减小键和确认键。在按键的线路衔接中，每个按键并联一个0.1μF电容，意图是完结消抖。
3 程序规划
3.1 体系主程序规划
主程序模块的首要作业是上电后对体系初始化和构建体系全体软件结构，其间初始化包含对单片机的初始化、D/A芯片初始化和温度传感器初始化等。随后等候温度设定，若温度设定后，判别体系运转键是否按下，若体系运转，则顺次调用各相关模块，循环操控直到体系中止运转。图5所示为主程序流程图。
因为惯例PID操控器操控作用欠安，温度丈量操控中存在非线性、时变、搅扰和纯滞后问题，而增量式PID算法具有计算误差小、切换无冲击和牢靠性高的特色，所以本体系选用该算法。数字增量式PID的输出为：
△u(k)=a0e(k)-a1e(k-1)+a2e(k-2) (1)
其间，Kp为份额系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数
3.2 温度传感器测温子程序
温度传感器DS18B20的操作协议：初始化DS1820(发复位脉冲)→发ROM功用指令→发存储器操作指令→处理数据。其操作程序流程如图6所示。其间任何一步失利时主动从头初始化。
3.3 CAN通讯模块子程序
CAN通讯的软件规划首要包含3部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接纳。AT89C51通电或复位后，调用复位程序给SJA1000的复位端RST供应复位信号，使SJA1000进入复位形式，SJA1000的初始化只要在复位形式下才可进行。初始化程序首要包含以下寄存器的规划：(1)经过时钟分频寄存器界说：是运用BasIC CAN形式或Peli CAN形式;是否能使CLKOUT输出时钟频率;是否旁路CAN输入比较器;TX1输出是否用专门的接纳中止输出。(2)经过查验码寄存器和屏蔽寄存器界说接纳报文的查验码与对报文之间进行比较的相关位界说查验屏蔽码。(3)经过总线守时寄存器界说总线的位速率、位周期内的采样点和一个位周期内的采样数量。(4)经过输出寄存器界说CAN总线输出管脚TX0、TX1的输出形式、装备。终究，要铲除SJA1000的复位恳求标志进入作业形式，方可进行报文的发送和接纳。
单片机即将发送的报文送到SAJ1000发送缓冲区，然后将SJA1000指令寄存器的发送恳求标志位(TR)置位，发送进程南其独立完结。在新报文写入发送缓冲区前，有必要先查看状况寄存器的发送缓冲器状况标志(TBS)，若为“1”,发送缓冲器被开释，可将新的报文写入发送缓冲器。不然，发送缓冲器被确定，新报文不能被写入。
报文接纳也由SJA1000独立完结。收到的报文经过接纳滤波器放在FIFO行列中，第1条报文进入接纳缓冲器，由状况寄存器的接纳缓冲器状况标志位(RBS)和接纳中止标志位(RI)标出。单片机从接纳缓冲器取走1条报文后，经过置位SAJ1000的指令寄存器来开释接纳缓冲器。
4 软件调试
在硬件规划和软件的编程后，将针对要完结的功用编写程序在Keil C51中将编译无误的程序运转，对整个体系而言，首要要对键盘输入和数码显现进行调试，便是整个硬件电路对照电路图进行查看，查找错焊、虚焊、漏焊等过错。查看无误后，便开端运转电路，为确保安稳的电源供应，给PC机的USB接口供应5 V直流电源。将成果与要完结的抱负状况对照，再经过成果对硬件电路进行查验和修正，并将所编程序进行恰当优化，如图7所示。运转成果证明整个体系安稳、牢靠，满意了规划要求。
5 结束语
本计划选用了依据89C51单片机和CAN总线的规划办法，给出了供热温度操控器的全体规划计划，以及首要电路原理图的引脚衔接，并依据功用要求和实践电路规划了体系软件，给出了首要程序的流程图。终究对单片杌进行了软硬件联调，完结了相应功用。
