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建筑知识
有一测温系统，传感器基本误差为σ1=±0.4℃，变送器基本误差为σ 2=±0.4℃，显示记录基本误差为σ 3=±0.6℃，系统工作环境与磁干扰等引起的附加误差为σ 4=±0.6℃，这一测温系统的误差是
有一测温系统，传感器基本误差为σ1=±0.4℃，变送器基本误差为σ 2=±0.4℃，显示记录基本误差为σ 3=±0.6℃，系统工作环境与磁干扰等引起的附加误差为σ 4=±0.6℃，这一测温系统的误差是（）。
A、∑=±1.02℃
B、∑=±0.5℃
C、∑=±0.6℃
D、∑=±1.41℃
【正确答案：D】
根据公式，可以求得这一测温系统的误差为±1.41℃。
一．什么是智能建筑？其主要研究内容是什么？
根据GB/T50314-2000的定义，智能建筑（IB）也叫智能大厦，是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，能向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的环境的建筑。其主要研究内容是：以综合布线系统为基础，以计算机网络系统为桥梁，综合配置建筑物内的各功能子系统，全面实现对通信系统、办公自动化系统、大楼内各种设备(空调、供热、给排水、变配电、照明、电梯、消防、公共安全)等的综合管理。
二．从实现基本功能出发，智能建筑有几部份组成？其核心是什么？画出系统组成结构图。
从实现基本功能出发，智能建筑主要有三部分组成：楼宇自动化系统(BAS)、办公自动化系统(OAS)和通信自动化系统(CAS)三部分组成，即“3A”系统，也叫智能建筑的“3A”结构。
智能建筑的核心是系统集成（SIC)。 SIC借助综合布线系统实现对BAS、OAS和CAS 的有机整合，以一体化集成的方式实现对信息、资源和管理服务的共享。
其系统组成结构图如下图所示。
三、综合布线系统的作用是什么？
综合布线系统(PDS)的作用是提供标准化的强电和弱电接口，把BAS、OAS、CAS与SIC连接起来。
所以，SIC是“大脑”，PDS是“血管和神经”，BAS、OAS、CAS所属的各子系统是运行实体的功能模块。
一、智能建筑的特点有哪些？
工程规模和总建筑面积都比较大
具有重要性质或特殊地位
应用系统配套齐全
资金和技术密集，是现代化的高科技产物
总体结构复杂，是一个综合的集成系统。
二、智能建筑的智能性体现在何处？
体现在所设计的系统应具有如下功能：
(1) 对环境和使用功能的变化具有感知能力，如感温、感光、感烟等。
(2) 具有传递、处理感知信息的能力，如温控、闭路监控等。
(3) 具有综合分析、判断的能力，如根据烟气浓度判断是着火？根据温度状况是否需调节等。
(4) 具有做出决定并且发出指令信息，提供动作响应的能力，如消防处理系统。
三、与智能建筑相关的技术有那些？
计算机技术
控制技术
通信技术
图像处理技术
四、楼宇自动化系统的特点是什么？
设备多温度、湿度、烟雾、亮度、监控、门禁；
设备分散：锅炉、楼层、大厅、空调等，不再一处。
五、楼宇自动化主要包括哪些系统（主要研究内容）？
中央计算机和中央监控系统
供配电系统 保安系统
照明系统 消防系统
给排水系统 物业管理系统
暖通与空调系统
电梯和停车场系统
六．请画出一个单闭环自动控制系统结构图，说明各部分作用
给定：输入给定值；比较：比较给定与反馈值；
控制器：控制算法计算；执行：输出控制量作用于对象
传感变送：检测被控量，并转换为标准值。
一、传感器与变送器的作用如何？
在测量的过程中将物理量、化学量转变成电信号的装置叫传感器。而把传感器得到的电信号再转变成标准的电信号的装置叫变送器。
传感器、变送器是工业自动化控制及信息检测技术中不可缺少的控制元件。它可以把诸如温度、压力、流量、液位、位置等模拟量或开关量转变成电信号，再由自动化控制仪表或计算机进行控制处理和调节。
借助于传感器和变送器，可以对智能建筑的各类参数进行测试和评定，并进行过程控制和调节，还可以进行远距离的传送和信号处理。
二、楼宇自动化中，温度传感器的主要测量对象与作用是什么？
温度传感器用于测量水管或风管中介质的温度，以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。
三．半导体感温元件优点及测温原理是什么？
优点：具有灵敏度高、体积小、寿命长的优点。可分为正温度系数和负温度系数两种类型
工作原理：负温度系数热敏电阻具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减小；当温度降低时，电阻值增大。如果测出热敏电阻的阻值，就可以间接的算出对应的温度值。
1、什么是湿度？
气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。一般指相对湿度，若指空气中含水蒸气的多少，则称谓是绝对湿度。
2、湿度传感器的工作原理是什么？
当湿度发生变化时，敏感元件的阻值或电容值发生变化，将其变化转换为电信号，即可测量湿度的变化。
3、压力与压差在楼宇自控中的作用是什么？
压力或压差传感器主要用来检测水管或是风管中的压力和压差，以此来控制相应的变频器以调整水泵或风机的转速，或是调节比例阀门的开度。
4、按测量原理压力测量如何种类？
静压式：液柱式和活塞式。
弹性式：模盒式、模片式、波纹管式、弹簧管式。
电远传式：压力变送器、压差变送器；从信号转换上又分为：电阻式、电容式、电感式、频率式。
楼宇自动化系统常用的是电远传式。
5、流量传感器的作用是什么？
流量传感器主要是检测水系统中液体的流量，以此来控制相应水泵阀的流量。
6、常用的流量传感器有那些？
涡轮流量计
孔板式流量计(膜盒、膜片、电容式等)
电磁流量计
7、除温度、流量等检测参数外，楼宇系统中还有那些参数需检测？
检验空气中二氧化碳、一氧化碳浓度
检测电网中电流或电压的电流
检测环境明暗程度的照度传感器
空气品质
功率因素等。
1、控制器在楼宇自控中的作用是什么？
通过检测元件对温度、湿度、压力、流量、压差等参数的检测，给出合适的控制算法（开关控制或连续控制），以达到设定值的要求。
2、写出数字PID的增量式与位置式输出数学表达形式，并说明式中各参数的名称与作用。
增量式输出为：
位置式输出为：
式中
K为采样序号（采样节拍号）；T为采样周期；
u（k）为第k次采样时刻计算机的输出值；
∆u(k)为第k次采样时刻的增量式输出值； u（k－1）为第k－1次输出值；
e(k)为第k次采样时刻的系统偏差；
e(k-1)、e(k-2)分别为第k－1次、k-2次采样时刻的系统偏差；
Kp为比例系数；
TI为积分时间常数TD为微分时间常数。
3、液体压差开关的作用是什么？
主要用于供水管路与回水管路之间的压差，通过波纹管检测压差，压差低于下限或高于上限，则输出开关信号。
4.气体压差开关的作用是什么？
感应空气流量、空气压力或空气压差，监视风道中滤网、风机及空气流的状态。典型的应用于探测阻塞的过滤器。
5.电动调节阀在楼宇自动化系统的作用是什么？
是一种可连续对被测介质进行调节的阀门，而不仅仅只有两个位置，一般适用于对温度、湿度、压力等要求较高的场合。主要用于连续控制算法的实现，如PID控制等。在楼宇自控中的应用对象为空调系统、
一、 基于计算机的楼宇自动化控制系统的硬件有几部分组成？
计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，如下图所示。
二、计算机控制系统的软件是如何分类的？
通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。
三、什么是应用软件？
面向用户本身的程序，也就是在它提供的操作系统下开发的用户程序。如数据采集、滤波、标度变换、控制、显示等程序。
四．什么是直接数字控制器（DDC）？有哪些功能？
用一台微机对多个被控参数进行检测、控制的数字调节器，以取代了模拟调节器。
优点：灵活性大，可靠性高，可做复杂运算，性能价格比高。
缺点：参数与回路较多时，实时性较差。
DDC的主要功能包括以下几个方面：
(1) 数据采集。
(2) 数据处理(滤波、放大、转换)。
(3) 数据分析，确定现场设备的运行状态。
(4) 数据比较，对异常状态进行报警处理。
(5) 控制算法运算(连续调节和开关控制) 。
(6) 通过预定控制程序完成各种控制功能，包括P、PI、PID、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、逻辑运算控制和连锁控制。
(7) 面向I/O，数据输出，改变对象的状态。
(8) 数据通信。底层数据上传，使上位机能获得数据（报表、数学模型数据），知道设备状态。同时得到上位机的指示、命令。
五、常见的楼宇专用控制器有哪些？指出适用场合。
常见的专用控制器主要包括下述几类：
(1) 空气处理机组控制器；
(2) 空调控制器；
(3) 照明控制器；
(4) 变风量控制器；
(5) 消防报警控制器。
DDC的应用范围
DDC是小型的、封闭的、模块化的中央控制计算机在监控的范围和信息存储及处理能力上有一定限制。因此，对点多、面广的楼宇自控来讲，必须使用多个DDC，并将其联网（现场总线），组成集散型控制系统。
一、什么是现场总线？
现场总线(Fieldbus)是用于自动化等领域最底层的、具有开放的、统一的通信协议的、直接与现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。它实现了智能化测量仪表与控制器间的双向串行多节点数字通信。（原DDC采用模拟传输。）
二、现场总线的优点有那些？
1、一对N结构 ：一对传输线，N台仪表，接线简单，工程周期短，节省布线费用。如果增加现场设备或现场仪表，只需并行挂接到电缆上，无需架设新的电缆。
2、数字化传输，可靠性高；
3、双向传输。传统的4-20mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。
4、易实现远程操作与控制。操作员在控制室既可了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对其参数进行调整，始终处于操作员的远程监控和可控状态，提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。
5、互换性 。不同厂商的仪表可以互换。
6、互操作性 。用户把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组态，构成他所需的控制回路。不必对它们之间的信号交换再做硬件与软件的工作。
7、综合功能强。现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，实现一表多用。
8、全分布。控制站功能分散在现场仪表中，通过现场仪表就可以构成控制回路，实现了彻底的分散控制，提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。
9、开放式系统。现场总线为开放式互连网络，所有技术和标准都是公开的，所有制造商都必须遵循。这样用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可与同层网络互连又可与不同层网络互连；另外，用户可极其方便地共享数据库。
三、现场总线的网络结构有几种？
线型（总线型、菊花链型）、星型、树型
目前常用的现场总线有：CAN总线、LonWorks总线、Profibus总线等。
四、什么是DCS系统？
又称分布式控制系统(DCS—Distributed Control System)，它的特征是“集中管理，分散控制”，即将分布在现场被控设备分监测、保护与控制，每片安装一台控制器（下位机），将故障分散；通过网络将控制器联起来，实施集中管理，在总控制室可以通览全局。该系统克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性。
传感器/控制器群针对水、电、气、报警、消防等终端设施进行检测与控制，一般根据监控需求按类或按组控制。对大型DCS，中间还有区域控制中心。
五、基于DCS的楼宇自动化控制方案有哪些？
1、按楼宇设备功能组织的集散型BAS系统
2、按楼宇建筑层面组织的集散型BAS系统
六、三、智能建筑变电系统中，对负荷分布及变压器的配置有何要求？
变电所应尽量设在负荷中心，以便于配电，节省导线，也有利于施工。根据负荷计算变压器容量，选择变压器。
就负荷的竖向分布来说，负荷大部分集中在下部，因此应将变压器设置在建筑物的底部。
40层以上的高层建筑中，电梯设备较多，宜将变压器按上、下层配置或者按上、中、下层分别配置。
输电：
七、智能建筑的供电一般采用何方案？
由母线、开关、配电线路、变压器等组成一次的供电电路，这个电路就是供电系统的一次结线，即主结线。智能化建筑由于功能上的需要，一般都采用双电源进线，即要求有两个独立电源，常用的供电方案如图。
八、智能楼宇的低压配电方式一般有哪些？
低压配电方式是指低压干线的配线方式, 低压配电的接线方式可分为放射式、树干式、混合式，（配电就是将220、380V等电压送给设备）。
六、BAS对供电系统应完成的检测功能有哪些？
高/低压进线、出线与中间联络断路器状态检测和故障报警，电压、电流、功率、功率因数的自动测量、自动显示及报警装置。（进大厦参数）
变压器二次侧电压、电流、功率、温升的自动测量、显示及高温报警。（大厦区域参数）
配电柜中交流电源主进线开关状态监视设备，输出电压、电流等参数的测量、显示及报警。（各具体区域用电）
备用电源系统，包括发电机启动及供电断路器工作状态的监视与故障报警设备，电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、油箱油位、进口油压、冷却水温和水箱水位等参数的自动测量、显示及报警。
九、七、照明监控系统应完成的功能有那些？
(1) 根据季节的变化，按时间程序对不同区域的照明设备分别进行开/停控制。
(2) 正常照明供电出现故障时，该区域的事故照明立即投入运行。
(3) 发生火灾时，按事件控制程序关闭有关的照明设备，打开应急灯。
(4) 有保安报警时，将相应区域的照明灯打开。
另外还有节能照明、艺术照明等等。
一．空气调节的任务是什么？
空调的任务是按照使用的目的对房间或公共建筑物内的空气状态参数进行调节，为人们的工作和生活创造一个舒适的环境。一般通过对温度、湿度的控制实现。
夏季应在25－27度，冬季在16－20度。
冬季在40％－50％，夏季在50％－60％较为适宜。
二、空气调节系统一般有几部份组成？
1、进风部分 2、空气过滤部分 3、空气的热湿处理部分 4、空气输送和分配部分 5、冷热源部分
三、楼宇自动化对空调控制系统的要求是什么？
（1）监测功能
监视风机电机的运行/停止状态；
监测风机出口空气温度和湿度参数；
监测新风过滤器两侧压差，以了解过滤器是否需要更换；(注意）
监视新风阀打开/关闭状态。
（2）控制功能
控制风机启动/停止；
控制空气—水换热器水侧调节阀，使风机出口温度达到设定值
控制干蒸汽加湿器阀门，使冬季风机出口空气湿度达到设定值。(冬季干燥要加湿）
（3）保护功能
冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时，应该停止风机工作，关闭新风阀门，以防止机组内温度过低导致冻裂空气—水换热器；（如东北）
当热水恢复正常供热时，应该能启动风机，打开新风阀，恢复机组正常工作。（局部过热）
(4) 集中管理功能
智能大楼各机组附近的DDC控制装置通过现场总线与相应的中央管理机相连，于是可以显示各机组启/停状态；
传送温度、湿度及各阀门状态值；
发出任一机组的启/停控制信号；
修改送风参数设定值；
任一新风机组工作出现异常时，发出报警信号。
（空调机组不止一台，集散）
四、空调控制系统的典型控制回路有哪些？
1、将回风管的温度与系统设定值比较，用PID控制电动阀的开度，保持回风温度稳定；
2、检测送风管内的湿度值与设定值比较，采用PI控制湿度电动调节阀，使室内湿度保持稳定；
3、对新风管、回风管的温度湿度进行检测，计算新风与回风的焓值，按回风与新风的焓值比例，控制新风门与回风门，达到节能；
4、测量送风机两侧的压力，调节送送风量，保持送风管内有足够的风压。
5、风机启停控制、风机运行状态的检测与故障报警、过滤网堵塞报警等。
一、给水排水监控系统的主要功能是什么？
它的主要功能是通过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数，以达到供水量和需水量、来水量和排水量之间的平衡，实现泵房的最佳运行，实现高效率、低能耗的最优化控制。
二、给排水计算机监控系统主要监控的工艺参数和状态参数有哪些？
1）水池、水箱的水位
2）各类水泵的工作状态。
3）出水压力与报警。
三、智能大厦供水系统的供水方式有几种？
重力给水系统、压力给水系统、水泵直接给水
四．排水系统实现的监控功能有哪些？
1、主要设备：排水水泵、污水集水井、废水集水井等。
2、主要监控功能
(1) 集水井和废水井水位检测及超限报警。
(2) 根据污水集水井与废水集水井的水位，控制排水泵的启/停。当水位达到高限时，连锁启动相应的水泵，直到水位降至低限时连锁停泵。
(3) 排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警。
一、电梯是如何分类的？
1、按控制方式分
手动控制电梯(类似于升降机,两个位置)
自动控制电梯(轿厢内/外信号/其它信号综合分析、控制运行)
群控电梯（综合各种信号、实施优化调度）
2、按控制器件
继电控制、半导体控制、微机控制
3、按驱动形式
交流、直流、液压
4、按用途
客梯、货梯、客货梯、消防电梯、船用电梯
观光电梯
自动扶梯
自动人行道（首都机场）
5、按速度分
低速电梯：额定速度v≤1m/S，以货梯、病床电梯为主，货10层以下客货两用电梯；
中速电梯：
1、m/S<v<2m/S，以客梯、住宅电梯为主，用在15层以内建筑物；
高速电梯：2m/S≤v<4m/S的电梯，一般用于高层写字楼客梯，16层以上；
超高速电梯：v≥4m/S，游览梯，20层以上。
二、电梯的监控系统应完成的功能有哪些？
1）电梯运行状态的监视
电梯的启、停状态
运行方向（如何判断）
楼层计数器增大或减少、电机转动的方向（观点编码器）
电梯所处的位置
电梯的供电情况
电梯的运行方式：自动、司机、检修
安全保护装置的动作情况
电梯远程故障诊断
2、电梯系统报警信号监视
电梯故障报警：
电动机、制动器、门系统设备故障报警；
限速器、限位开关、极限开关等安保装置的报警；
超载信号报警。
紧急情况报警监视：
乘客被困电梯；
乘客安全监视（闭路电视）；
发生地震、火灾。
3、电梯系统的管理与控制
1）电梯的日常管理
由智能大厦控制中心完成，系统可对电梯进行24小时不间断监视，主要包括：电梯的运行时间、运行状态、运行线路、故障情况等，并可形成报表。
2）应急情况下的电梯控制
乘客被困电梯：
如停电造成，投入备用电源；如为机械故障，联系人员维修，或采取其它措施；
火灾管理
应急电源给消防电梯供电，进入消防状态；
普通电梯回到基站，放客后切断电源；
启动广播，即时报告火警情况，安抚顾客。
一、社会生活中,不安全的因素有哪些?安防自动化研究的重点是什么?
1、自然灾害（火、震、水等）；
2、准自然灾害，如产品设计不合理、环境卫生不合格等；
3、人为属性的不安全，如偷盗、抢劫、刑事犯罪等。
安防自动化研究的重点是防盗、防火。
二、安防自动化的含义是什么？
以电子技术、传感技术和计算机技术为基础，用各类安全防范器材构成的一个系统。一旦出现了入侵、盗窃等犯罪活动或火灾情况，安全防范系统能及时发现，及时报警，电视监控系统能自动记录现场和过程，从而节省了人力物力，提高了效率。
三、三、安防自动化系统如何分类？
安全自动化、消防自动化
保安自动化系统包括出入口控制、防盗报警、闭路监控
消防自动化系统包括火灾探测、报警、灭火系统。
四、什么是门禁系统？一般由几部分组成？
对人进门或出门实施控制的系统叫门禁系统。重点是进门系统的控制。它一般由目标识别系统、控制执行系统、计算机管理系统组成。
五、门禁系统各部分的作用如何？
1、目标识别系统
将目标信息转换为电信号送控制器。通常由输入卡（钥匙）、读卡器、转换器组成。
2、控制执行系统
将目标信息与上位机发来的信息比较，一致开门，否则发出报警信息；
3、计算机管理系统
1）对各门禁控制器系统实施管理，如控制器动作的命令、控制参数的修改；
2、）目标信息的修改，如卡信息的修改。
六、通常采用什么方式对目标进行识别？
生物特征识别(由目标自身特性决定)系统如指纹识别、掌纹识别、眼纹识别、面部特征识别、语音特征识别等。
编码识别(由目标自己记忆或携带)系统如普通编码键盘、乱序编码键盘、条码卡识别、磁条卡识别、接触式IC卡识别和非接触式IC卡识别等。
七、防盗报警系统的作用是什么？
防盗报警系统就是用探测器对建筑物内外重点区域、重要地点布防，在探测到非法入侵者时，信号传输到报警主机，声光报警，显示地址。有关值班人员接到报警后，根据情况采取措施，以控制事态的发展。防盗报警系统除了上述报警功能外，尚有联动功能。例如开启报警现场灯光(含红外灯)、联动音视频矩阵控制器、开启报警现场摄像机进行监视，使监视器显示图像、录像机录像等等，这一切都可对报警现场的声音、图像等进行复核，从而确定报警的性质(非法入侵、火灾、故障等)，以采取有效措施。
八、防盗报警系统有几部分组成？画出系统结构图。
防盗报警系统一般由探测器、区域控制器和报警控制中心的计算机三个部分组成，如图所示。
九、从测量原理出发，举出三种常用报警探测器？
根据不同的防范场所选用不同的原理的传感器，如红外探测器、振动电磁探测器、微波探测器、超声波探测器、激光探测器、光电开关探测器等。
十、按警戒范围探测报警器如何分类？
(1) 点探测报警器
(2) 线探测报警器
(3) 面探测报警器
(4) 空间探测报警器
十一、闭路电视监控系统的作用是什么？
1、在控制室观察大厦内外情况；
2、为保安提供视觉效果；
3、消防人员提供视觉效果；
4、也可监视机电设备的运行。
十二、闭路电视监控系统有几部分组成？画出系统结构图
摄像、传输、控制和显示与记录四部分
本设计的温度测量及加热控制系统以 AT89S52 单片机为核心部件，外加温度采集电
路、键盘及显示电路、加热控制电路和越限报警等电路。采用单总线型数字式的温度传
感器 DS18B20，及行列式键盘和动态显示的方式，以容易控制的固态继电器作加热控制
的开关器件。本作品既可以对当前温度进行实时显示又可以对温度进行控制，以使达到
用户需要的温度，并使其恒定在这一温度。人性化的行列式键盘设计使设置温度简单快
速，两位整数一位小数的显示方式具有更高的显示精度。建立在模糊控制理论上的控制
算法，使控制精度完全能满足一般社会生产的要求。通过对系统软件和硬件设计的合理
规划，发挥单片机自身集成众多系统级功能单元的优势，在不减少功能的前提下有效降
低了硬件成本，系统操控简便。
实验证明该温控系统能达到 0.2℃的静态误差,0.45℃的控制精度,以及只有 0.83%
的超调量,因而本设计具有很高的可靠性和稳定性。
关键 词： 单片机恒温控制 模糊控制
1
引 言
温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于
冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有
些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度
控制系统是非常有价值的。
硬件 系统的设计
1、电路总体原理框图
温度测量及加热系统控制的总体结构如图 1 所示。系统主要包括现场温度采集、实
时温度显示、加热控制参数设置、加热电路控制输出、与报警装置和系统核心 AT89S52
单片机作为微处理器。
图 1：系统总体原理框图
温度采集电路以数字量形式将现场温度传至单片机。单片机结合现场温度与用户设
定的目标温度，按照已经编程固化的模糊控制算法计算出实时控制量。以此控制量控制
固态继电器开通和关断，决定加热电路的工作状态，使水温逐步稳定于用户设定的目标
值。在水温到达设定的目标温度后，由于自然冷却而使其温度下降时，单片机通过采样
回的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制，开启加热器。当用户需要比实时温
度低的温度时，此电路可以利用风扇降温。系统运行过程中的各种状态参量均可由数码
管实时显示。
2、温度采集电路的设计
温度采集电路模块如图 2 示。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、
温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。其中 DQ 为数字信号输
入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端。
2
图 2：温度采集电路
DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例用 16 位符号扩展
的二进制补码读数形式提供，以 0.0625℃/LSB 形式表达，其中 S 为符号位。
这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进
制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘
于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1
再乘于 0.0625 即可得到实际温度。
3、键盘和显示的设计
键盘采用行列式和外部中断相结合的方法，图 3 中各按键的功能定义如下表 1。其
中设置键与单片机的 INT 0 脚相连，S 0 −−S 9 、YES、NO 用四行三列接单片机 P0 口，REST
键为硬件复位键，与 R、C 构成复位电路。模块电路如下图 3：
表 1：按键功能
按键 键名 功能
REST 复位键 使系统复位
RET 设置键 使系统产生中断，进入设置状态
S 0 −−S 9 数字键 设置用户需要的温度
YES 确认键 用户设定目标温度后进行确认
NO 清除键 用户设定温度错误或误按了 YES 键后使用
3
图 3 键盘接口电路
显示采用 3 位共阳 LED 动态显示方式,显示内容有温度值的十位、个位及小数点后
一位。用 P2 口作为段控码输出，并用 74HC244 作驱动。P1.0—P1.2 作为位控码输出，
用 PNP 型三极管做驱动。模块电路如下图 4：
4、加热控制电路的设计
图 4 显示接口电路
用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为电热杯，采用对加在电热
杯两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温
控制的目的。对电炉丝通断的控制采用 SSR-40DA 固态继电器。它的使用非常简单，只
要在控制端 TTL 电平，即可实现对继电器的开关，使用时完全可以用 NPN 型三极管接
成电压跟随器的形式驱动。当单片机的 P1.3 为高点平时，三极管驱动固态继电器工作
接通加热器工作，当单片机的 P1.3 为低电平时固态继电器关断，加热器不工作。控制
电路图如下图 5：
4
图 5 加热控制电路
5、报警及指示灯电路的设计
当用户设定的目标温度达到时需用声音的形式提醒用户，此时蜂鸣器为三声断续的
滴答滴答的叫声。在本系统中我们为用户设计了越限报警，当温度低于用户设置的目标
温度 10 度或高于 10 度时蜂鸣器为连续不断的滴答滴答叫声。当单片机 P1.7 输出高电
平时，三极管导通，蜂鸣器工作发出报警声。P1.7 为低电平时三极管关断，蜂鸣器不
工作。
D1 为电热杯加热指示灯，P1.5 低电平有效；D0 为检测到 DS18B20 的指示，高电平
有效；D10 为降温指示灯，低电平有效。报警及指示灯电路如下图 6 示：
图 6 报警及指示灯电路
5
软 件系统的设计
系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。
1、主程序模块
主程序主要完成加热控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实
际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对外部温度进行实
时显示。把设置键作为外部中断 0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如
下图 7：
6
图 7 主程序流程图
7
2、功能实现模块
以用来执行对固态继电器及电热杯的控制。功能实现模块主要由中断处理子程序、
温度比较处理子程序、键盘处理子程序、显示子程序、报警子程序等部分组成。键盘显
示及中断程序流程图如下图 8：
3、运算控制模块
图 8 键盘、显示、中断 子程序流程图
该模块由标度转换、模糊控制算法，及其中用到的乘法子程序。
3.1 标度转换
16
式中 A 为二进制的温度值， A0 为 DS18B20 的数字信号线送回来的温度数据。
8
单片机在处理标度转换时是通过把 DS18B20 的信号线送回的 16 位数据右移 4 位得
到二进制的温度值。其小数部分通过查小数表的形式获取。程序流程图如下图 9：
开始
将28H低4位与29H高4位组合成
一个字节
将合成的字节(整数部分)送29H
单元
将29H单元低4位送A
给DPTR赋常数表格2首地址
将查到的数值(即小数部分)送
30H单元
结束
3.2 模糊控制算法子程序
图 9 标度转换子程序流程图
该系统为一温度控制系统，由于无法确切确定电炉的物理模型，因而无法建立其数
学模型和传递函数。加热器为一惯性系统，我们采用模糊控制的方法，通过多次温度测
量模糊计算当用户设定目标温度时需提前关断加热器的温度，利用加热器自身的热惯性
使温度上升到其设定温度。每隔 5 摄氏度我们进行一次温度测量，并当达到其温度时关
断加热器记录下因加热器的热惯性而上升的温度值。从而可以建立热惯性的温度差值
表，在程序中利用查表法，查出相应设定温度对应的关断温度。通过实验数据我们可以
看出，当水温从 0℃加热到 50℃这段温度区域，其温度惯性曲线可近似成线性的直线，
水温从 50℃加热到 100℃这段温度惯性曲线可近似成另一条线性的直线段。通过对设置
的目标温度与温控系统监测温度进行差值处理就可近似的求出单片机的提前关断温度。
程序流程图如图 10：
9
4．源程序见附录[2]
图 10 模糊控制算法子程序流程图
设计 总结
我们的温度控制系统是基于 AT89S52 单片机的设计方案，她能实时显示当前温度，
并能根据用户的要求作出相应的控制。此系统为闭环系统，工作稳定稳定性高,控制精
度高,利用模糊控制算法使超调量大大降低。软件采用模块化结构,提高了通用性。本设
计的目的不仅仅是温度控制本身,主要提供了单片机外围电路及软件包括控制算法设计
的思想,应该说,这种思想比控制系统本身更为重要。
1、设计所达到的性能指标
1.1 温控系统的标度误差
我们将标准温度计和温控系统探头放人同一容器中，选定若干不同的温度点，记
录下标准温度计显示的温度和温控系统显示的温度进行比较。测量数据如下表 2 所示：
表 2 标准温度计测量的温度和温控系统显示的温度
标准温度计和温控系统显示的温度（℃）
标准温度计 16.9 47.7 57.8 63.0 72.8 85.1 90.9
温控系统 16.5 48.0 58.3 62.9 73.0 85.5 90.5
差值比较 -0.4 0.3 0.5 0.1 0.2 0.4 -0.4
标度误差 1.5%
10
1.2 温控系统的静态误差
通过测量在不同的温度点同标准温度的温度差来确定温控系统的静态误差。其测量
数据如下表 3：
表 3 标准温度和温控系统显示的温度
标准温度和温控系统显示的温度（℃）
标准温度 26.0 37.0 46.0 60.0 70.0 83.0
系统显示值 25.7 36.4 46.1 59.6 70.0 83.3
差值 -0.3 -0.6 -0.1 -0.4 0 0.3
静态误差 0.18℃
1.3 温控系统的控制精度
通过设定不同的温度值，使加热器加热，待温度稳定时记录各温度点的温度计数据
和温控系统的显示值。其记录数据如下表 4：
温度计读数和温控系统显示的温度（℃）
设定温度
值 20.0 28.0 35.0 45.0 55.0 75.0 87.0 91.0
系统显示
值 20.5 27.7 34.4 45.1 54.1 74.9 86.1 91.2
差值 0.5 -0.3 -0.6 0.1 -0.9 -0.1 -0.9 0.2
控制精度 0.45℃
超调量 0.83%
2、结果分析论述
我们的系统完全满足设计要求，静态误差方面可以达到 0.18℃的误差，在读数正确
方面与标准温度计的读数误差为 1.5％，对一般的工业生产完全可以采用我们的设计。
该系统具有较小的超调值，超调值大约为 0.83%左右。虽然超调为不利结果，但另
一方面却减小了系统的调节时间。从其数据表可以看出该系统为稳定系统。
3、设计方案评价
3.1 优点
在硬件方面：本设计方案采用了单总线型数字式的温度传感器，提高了温度的采集
精度，节约了单片机的口线资源。方案还使用仅一跟口线就可控制的美国生产的固态继
电器 SSR—40DA 作加热控制器件，使设计简单化，且可靠性强。在控制精度方面，本设
计在不能确定执行机构的数学模型的情况下，大胆的假设小心的求证，利用模糊控制的
算法来提高控制精度。
在软件方面：我们采用模块化编程，思路清晰，使程序简洁、可移植性强。
3.2 缺点
本设计方案虽然采用了当前市场最先进的电子器件，使电路设计简单，但设计方案
造价高。本系统虽然具有较小的超调量，但加大了调节时间。如果需要更高的控制精度，
则我们的模糊控制将不适应，需修改程序。
11
3.3 方案的改进
在不改变加热器容量的情况下，为减小调节时间，可以实行在加热快达到设定温度
时开启风扇来减小热惯性对温度的影响的措施。在控制精度上可采用先进的数字 PID
控制算法，对加热时间进行控制，提高控制精度。
可以改进控制系统使能同 PC 联机通信，以利用 PC 的图形处理功能打印显示温度曲
线。AT89S52 串行口为 TTL 电平，PC 串行口为 RS232 电平，使用一片 MAX232 作为电
平转换驱动。
参考 文献
[1] 李广弟 单片机基础 北京：北京航空航天大学出版社，2001
[2] 王福瑞 单片微机测控系统设计大全 北京：北京航空航天大学出版社，1997
[3] 赵茂泰 智能仪器原理及应用（第 2 版）北京：电子工业出版社，2004
[4] 赖寿涛 微型计算机控制技术 北京：机械工业出版社，2000
[5] 沙占友 模拟与数字万用表检测及应用技术北京：电子工业出版社 1999
12
附 录
附录[1]使用说明书
按 键功能说明
数字键：按 SET 键后，按相应的数字键（0~9）可对温度进行设置，所设置的温
度将实时显示在 LED 显示器上；
SET 键：按 SET 键可对温度的十位、个位以及小数部分进行设置；
YES 键：设置好温度后按 YES 键，系统将据你所设置的温度（须大于当前实际
温度）对水进行加热；
NO 键：若误按了 SET 键，或对输入有误，可按 NO 键进行取消；
RST 键：对系统进行复位。
指示 灯及报警器说明
红 灯：加热状态标志；
绿 灯：温度传感器正常工作标志；
蓝 灯：保温状态标志；
报警器：功能①当水温达到预设值时报警提醒；
功能②当水温达到或超越上、下限时报警提示。
13
附录[2]设计总电路
14
附录[3]程序清单
TEMPER_LEQU 29H 用于 保存读出温度的低 8 位
TEMPER_HEQU 28H 用于 保存读出温度的高 8 位
FLAGEQU 38H 是否 检测到 DS 18B20 标志位
DAYUEQU 44H 设温 >实温
XIYUEQU 45H 设温 <实温
DEYUEQU 46H 设温 =实温
GAOLE EQU 47H 水温 高于最高温度
DILEEQU 48H 水温 低于最低温度
A_bit EQU 79h 数码 管个位数存放内存位置
B_bit EQU 7Ah 数码 管十位数存放内存位置
C_BIT EQU 78H 数码 管小数存放内存位置
ORG 0000H
AJMPSTART
ORG 0003H
AJMPPITO
ORG 0030H
START CLR P1.7
CLR P1.3
CLR P1.5
SETB P1.6
MOV R4, #00H
MOV SP, #60H 确立堆栈区
MOV PSW, #00H
MOV R0, #20H RAM 区首地址
MOV R7, #60H RAM 区单元个数
MLMOV @R0, #00H
INC R0
DJNZR7, ML
CLRIT0
MAINLCALL GET_TEMPER 调用读温度子程序 进行温度显示,这里我们考
虑用网站提供的两位数码管来显示温度
显示范围 00 到 99 度,显示精度为 1 度
因为 12 位转化时每一位的精度为 0.0625 度,
我们不要求显示小数所以可以抛弃 29H 的低 4
位将 28H 中的低 4 位移入 29H 中的高 4 位,这
样获得一个新字节,这个字节就是实际测量获
得的温度
LCALL DISPLAY 调用数码管显示 子程序
JNB 00H, MAIN
CLR 00H
15
MOV A, 38H
CJNEA, #00H, SS
AJMPMAIN
SSLCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY调用 数码管显示子程序
LCALL BIJIAO
LCALL XIAOYU
LCALL JIXIAN
JNB DEYU,LOOP
CLR P1.3 关加热器
SETBP1.6 关 蓝灯
SETBP0.7 关风扇
CLR DEYU
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPTT2
LOOPJNB DAYU ,TT
CLR DAYU
SETBP1.3
SETBP1.6
SETBP0.7
CLR P1.7
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPTT2
TTJNBXIYU,TT2
CLRXIYU
CLRP0.7
CLRP1.6
CLRP1.3
CLRP1.7
LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
TT2MOV A, 29H
CLR C
CJNEA, 50H, JX
MOV A ,30H
CLR C
CJNEA, 51H, JIA1
AJMPYS2
JIA1JC JX
MOV A, 51H
MOV 52H, A
ADD A, #2
16
MOV 52H, A
CLR C
MOV A, 30H
CJNEA, 52H,JIA2
JIA2JNC JX
YS2SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YSLCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS1LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS1
YS3SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YS0LCALLGET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS0
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS01LCALLGET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS01
YS4SETBP1.7
CLR P1.6
MOV R5,#20H
YS02LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS02
CLR P1.7
SETBP1.6
MOV R5,#20H
YS03LCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
DJNZR5,YS03
JX MOVA,29H
CJNEA,31H, JX00
JX01SETBP1.7
17
CLR C
AJMPLAST
JX00JC JX01
CLR P1.7
CJNEA,
JX02SETBP1.7
CLR C
AJMPLAST
JX03JNC JX02
32H,
JX03
CLR P1.7
LASTLCALL GET_TEMPER
LCALL DISPLAY
AJMPSS
***************************常数表格区**** ******************************************
TABDB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8 H,80H 0-8
DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH ,0CH9,A,B,C,D,E,F,灭,p.
TAB1DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H ,10H, 0.--9.
TAB2DB 0, 0, 1, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 8, 9, 9, 小数点
*************************1ms 延时程序*************** *********************
************************* ****中断服务程序* *********************************
完成按键识别,键值求取,按键实时显示 等功能
************************* **************** **********************************
PITOPUSHACC
PUSHPSW
SETBRS0
CLR RS1
SET B00H
MAIN1 MOV R7 , #03H 显示位数为 2 位
MOV R0, #7AH
MOV 78H, #00H
MOV 79H, #00H
MOV 7AH, #00H
KK LCALL DIR
LCALL KEY1
LOOP1CJNEA, #11, LOOP2
AJMPLAST0
LOOP2CJNEA, #12, LOOP3
LJMP LAST3
LOOP3 CJNEA, #10, L4
MOV A, #00H
L4 MOV @R0, A
LCALL DIR
DEC R0
DJNZR7, KK
18
SETB01H
LAST0JNB 01H, KK
LOOP4LCALL KEY1
CJNEA, #12,LOOP5
AJMPLAST3
LOOP5CJNEA, #11,LOOP4
LAST1LCALL DIR
LCALL MUN
LCALL JD
LCALL BIJIAO
LAST3POPPSW
POPACC
RETI
******************精度控制 子程序********** ******
JD PUSHACC
PUSHPSW
CLR C
MOV A, 38H
MOV 50H, A
MOV A, 39H
MOV 51H, A
CJNEA, 29H,L001
L001JC LAST02设温<实温,则跳出
MOV A, 29H
MOV 41H, A
MOV A, 38H
CJNEA, #25,L002
L003CLRC 0 <T<25
SUBBA, 41H
CJNEA, #3, L004
L005MOV A, 30H
ADD A, #5 0<T<25, 差值小于 3 度
DA A
JNB ACC.4, L0051
ANL A, #0FH
SETBC
L0051MOV39H, A
MOV A, 29H
ADDCA, #1
MOV 38H, A
AJMPLAST2
LAST02 AJMPLAST2
L004JC L005
MOV A, 39H
19
SUBBA, #0
DA A
MOV 39H, A
JNC L0041
DEC 38H
L0041MOV A, 38H
SUBB A, #20<T<25, 差值大 于 3 度
MOV38H,A
AJMP LAST2
L002JC L003
CJNE A, #50,L006
L007CLRC25<T<5 0
SUBB A, 41H
CJNE A, #3, L008
L009MOVA, 30H
ADDA, #1
DA A
JNBACC.4, L0091
ANLA, #0FH
SETB C
L0091MOV39H, A
MOVA, 29H
ADDC A, #1
MOV38H, A
AJMP LAST2
L008JCL009
MOV A, 39H
SUBB A, #0
MOV 39H, A
MOV A, 38H
SUBB A, #2
MOV 38H,A
AJMP LAST2
L006JC L007
CJNEA, #65, L010
L011CLRC
SUBBA, 41H
CJNEA, #3, L012
L013MOVA, 30H
ADDA, #2
JNBACC.4, L00131
ANLA, #0FH
SETBC
L00131MOV39H, A
20
MOVA, 29H
ADDCA, #1
MOV38H, A
AJMPLAST2
L012JC L013
MOVA, 39H
SUBBA, #0
MOV39H, A
MOVA, 38H
SUBBA, #2
MOV38H, A
AJMPLAST2
L010JC L011
CJNEA, #90, L016
L017CLRC
SUBBA, 41H
CJNEA, #2, L014
L015MOVA, 30H
ADDA, #0
JNBACC.4, L00151
ANL A, #0FH
SETB C
L00151MOV39H, A
MOVA, 29H
ADDCA, #1
MOV38H,A
AJMPLAST2
L014JCL015
CLRC
MOVA, 38H
SUBBA, #1
MOV38H,A
AJMPLAST2
L016JC L017
LAST2POPPSW
POPACC
RET
*******************************键扫描** ************************************
KEY1LCALL KS1 键 扫描
JNZ LK1
LCALL DIR
AJMPKEY1
LK1LCALL DIR
LCALL DIR
21
LCALL KS1
JNZ LK2
LCALL DIR
AJMPKEY1
LK2MOV R2, #0FEH 确定键值
MOV R4, #01H
MOV A, R2
LK4MOV P0, A
NOP
MOV A, P0
JB ACC.3, LONE
MOV A, #00H
AJMPLKP
LONEJB ACC.4 , LTWO
MOV A, #03H
AJMPLKP
LTWOJB ACC.5, LTHR
MOV A, #06H
AJMPLKP
LTHRJB ACC.6, NEXT5
MOV A, #09H
AJMPLKP
NEXT5INC R4
MOV A, R2
JNB ACC.2,KND
RL A
MOV R2, A
AJMPLK4
KNDAJMPKEY1
LKP ADD A, R4
PUSHACC
LK3LCALL DIR
LCALL KS1
JNZ LK3
POP ACC
RET
KS1PUSHPSW
MOV P0, #78H
NOP
MOV A, P0 判断有无键按下
CPL A
ANL A, #78H
POP PSW
22
RET
*************求设置温度的二 进制代码，值保存在 38H 单元**************
MUN PUSH PSW
MOV R0, #7AH 求键值
MOV A, @R0
SWAPA
DEC R0
ADD A, @R0
MOV R1, A
ANL A, #0F0 H
SWAPA
MOV B, #10
MUL AB
MOV R2, A
MOV A, R1
ANL A, #0FH
ADD A, R2
MOV 38H, A
MOV R0, #78H
MOV 39H, @R0
POP PSW
RET
*************比较实际温度和设置温度的大小 并设置相应的标志位***********
BIJIAOMOV A, 29 H 实际温度
MOV 40H, A
温度传感器的测量范围 -50℃~350℃,那么这传感器的最高可以测量温度就是350℃。其允许最大误差为±3℃，那么这传感器的精度为国家行业规定的最差的等级都要比它好，当测量到50℃、200℃时的最大误差是多少？其允许最大误差为±3℃，任何温度下测量显示不超过±3℃，就是好的。 你说的不是温度传感器吧，应该是温度显示仪吧。 量程-50℃~350℃，精度是0.86级，不过市场上没有这样的表，量程是有，精度没有这样的精度，一般也就是0.1，0.2，0.3，0.5，1级，这样的0.86级见不到的。呵呵
温馨提示：
