毕业设计方案调研分析报告范文完整版.doc

调研报告0 引言我重复阅读了单片机原理及应用教程，及其在自动化控制中应用有关期刊和书籍。查阅了我设计课题在国内外研究状况期刊杂志和文献资料。通对期刊杂志和文献资料阅读和分析，我对基于单片机地下车库通风控制系统构成原理有了初步理解。并且懂得了自己题目在控制系统设计中地位和作用。在对单片机地下车库通风控制系统有了一种宏观把握后。我又重点阅读了单片机软件仿真书籍，以及智能诱导通风控制系统期刊和资料。对智能诱导通风控制系统构造原理有了一定理解。最后我把重点放在了单片机控制理论学习和控制电路设计方面上。由于我时间及精力有限，当前我只能对她们有一种比较宏观把握，大略懂得自己思路是什么，对于详细细节我还需要进一步调研。下面我将从如下四个方面说说本次调研收获。 1 课题研究背景、意义、任务近年来，随着国内当代化建设不断发展，都市机动车辆数量飞速增长，停车成了都市交通一大难题。这就规定都市建筑工程向大型化、多层次化、多功能化发展，以减少占用土地资源。地下车库以其面积大、节约建筑用地、管理集中档优势而越来越受到业主青睐。因而，当前许多高层建筑都设有地下车库，以解决存车用地紧张矛盾。因而，地下停车库建设也将随之而发展，以解决汽车存储与都市用地日益矛盾问题。对于地下停车库，保证恰当温度和一氧化碳浓度不超过规定原则，是衡量地下车库空气环境质量两个重要指标。由于地下车库在土壤包围之中，而土壤具备较好热稳定性，受大气温度变化影响不大，在国内大某些地区，地下车库温度都是符合规定。汽车在库内启动、行驶和上下坡道时都要排出废气，重要有害气体是一氧化碳。因而，地下车库内一氧化碳浓度应严格控制。国内虽然从国外引进了为数不少当代化地下车库通风控制系统，但都是国外现成产品，其控制方略并不一定合用于国内详细条件。如何发挥先进地下车库“绿色”通风控制系统示范作用和当代化智能通风控制系统推广还需要更多研究。1.1 课题技术研究背景在地下停车库使用诱导通风系统过程中，由于无法理解到汽车尾气发生详细时间、位置及总量等参数。因而，既有诱导通风系统都是管理人员凭经验对诱导通风系统及主排风机进行开关控制。对于地下车库来说，汽车尾气污染物质发生有其不持续性及尖峰负荷明显等特点，这使得既有诱导通风系统优势并未被较好体现出来，其重要因素是：诱导通风系统拥有高效换气方式，如何精确地减少系统启动时段，同步不影响通风效果，使其比老式换气方式更加节能，这是管理人员凭经验管理是难以做到。诱导通风系统具备分布点均匀特点，可迅速稀释较为集中汽车尾气，不必为排放某些点污染物而启动所有通风设备，但是既有诱导通风系统尚无法对污染物质发生进行有效、精确追踪，灵活地自动控制个别风机启动；所觉得保证通风效果只能采用持续启动办法。但地下停车库中重要解决污染物质为汽车尾气，在汽车尾气发生局部点有害物质浓度不不大于关于部门容许值，但平均到整个汽车库空间内有害物质浓度就很低了。因而使用诱导通风系统持续启动来排放汽车尾气持续进行全面通气换气，显然会导致很大能量挥霍及机械设备磨损。所有，研发出一套智能诱导通风系统显得尤为重要。1.2 课题意义随着人们消费水平不断提高，车库已经成为人们在选取居家时一种不小考虑因素，固然也是社区物业提高品质一种方面；而大型公共场合车库通风联网控制则更是需要一套专业化设施来进行控制。老式诱导风机一经打开就始终处在耗电工作状态，地下车库中一氧化碳浓度变化也与车辆进出、流量等各种因素关于。关于CO 释放量计算，由于地下车库汽车类型和各种类型汽车数量较难精确拟定，在大大倡导能源保护、能源节约今天，车库通风耗电工作在电力使用上显然不够合理，而投入大量人力资源来测量、解决地下车库浓度超标问题也往往事倍功半。由此，特提出该车库诱导风机方案，解决车库CO 浓度自动化测量以及报警通风问题。诱导风机智能控制目，就是为了有效节能，使诱导排风系统更安全可靠、经济地运营。同步该项目启用也是为了提高整个楼宇智能级别。1.3 课题任务通过主控制器与诱导风机智能控制器联网（RS-485 总线），传感器探测地下车库中空气中一氧化碳浓度，当达到或超过一定指标时，实现报警功能，并自动启动智能诱导风机系统实现排气通风功能，减少有害气体浓度；在每台诱导风机智能控制器中设立温度传感器，当车库发生火灾，温度超标或骤然升温时，温度传感器会将信号传送到主控制器中，由主控制器关闭所有智能型诱导风机，直至温度正常后自动恢复。实现全自动测控，节能、高效目的。2 课题国内外研究现状（诱导通风系统国内外研究现状）无风管诱导通风系统（jet inducting system）源于欧洲，发展于日本，已有30 余年历史，特别在欧洲，东南亚，日本等地使用相称广泛。 但是，由于进入中华人民共和国时间较短，尽管已有不少应用实例，无风管诱导通风系统无论在设计办法还是通风效果上，都缺少有关理论验证。近年来国内厂家也先后投入开发研制射流诱导通风技术工作，并有类似产品推出，其应用呈上升趋势。喷流诱导通风技术，在国内最早应用在公路、铁路等隧道通风中，所使用射流风机，普通为风量在1 万m3/h 以上大中型风机。近几年借鉴国外经验，将此项技术也扩展到地下车库、仓库、场馆通风中，所采用喷流诱导器、射流风机更为小型化、轻型化，普通风量在6001500m3/h，其中箱式不超过1000m3/h。例如北京当前有数十个地下车库工程采用了喷流诱导通风系统， 年广州开始建造70 万m2 国际会展中心（一期），也采用了此项技术。当前面临着一种重要问题，就是如何对的地设计、合理地布置该系统，并保证此后在使用中达到良好效果。该系统引入国内后，由于关于设备己经完全国产化，并加以了改进，同步国内执行是自己设计规范和原则，因而设计办法需要相应更新。在中华人民共和国，当前国家关于部门尚未制定出正式设计计算公式，当前设计都是设计师依照个人经验，按大建筑类型作类比设计。总体感觉设计都很粗略。虽然实际应用无风管诱导型通风系统不少，但缺少相应理论研究，与国际先进水平相比，尚有较大差距。而国内实际使用效果如何，不但是空调专业人士，也是广大顾客关怀事情。当前，国内外新建地下停车库逐渐采用了诱导射流通风方式，特别在日本，地下停车库应用面积已达到80。建设部建筑设计院编著建筑设计专业设计技术办法中3.6和4.6条特别提出：停车库机械通风系统宜采用喷流诱导通风方式，以保证车库内良好换气，并减少通风管占用车库有效层高。3 课题核心内容（诱导风机智能控制系统设计）诱导风机智能排风控制系统是用来排除地下车库内汽车尾气自动排风系统。随着社会经济不断发展，汽车保有量越来越大，诸多建筑物都设计了很大地下停车场。当汽车在地下车库启动时，发动机排放尾气中具有大量CO有毒气体，这些气体积残留在地下车库内，将会对人生命导致很大威胁。诱导风机排风系统重要功能是使地下车库内汽车尾气形成气流，使地下车库和室外形成气流。3.1 状态分析及方案简介初期诱导风机排风系统重要是对整个地下车库内若干个防火分区诱导风机进行人为操控，当闭合诱导风机电源时，防火分区内诱导风机所有打开；当断开诱导风机电源时，防火分区内诱导风机所有关闭 。但这种控制系统在实际运营时存在某些缺陷，其重要缺陷有： 由于没有气体检测装置，操作人员不能精确判断地下车库内汽车尾气浓度，导致能源极大挥霍或对人体伤害。如，当操作人员打开风机时，此时地下车库尾气浓度很低，而当车库内防火分区尾气浓度超过国家规定期，由于操作人员没有及时打开风机，由此对人体导致危害。 当一某些风机检测到CO有毒气体后，某些单台启动，不能高效地形成气流，同样导致能源挥霍。智能诱导风机排风系统通过RS485通信，把每台诱导风机工作状态和所处环境信息都传送给集中控制器。集中控制器按照预先设定方略，鉴定某些风机与否运转，把这些信息再通过RS485通信网络传递给每台风机。这样从主线上克服了老式诱导风机排风系统缺陷，既可以及时稀释地下车库内CO气体浓度，又可以节能降耗。智能诱导风机排风系统重要提成两某些：集中系统控制器和诱导风机控制器。诱导风机控制器通过CO传感器获取CO气体浓度信息值，通过温度传感器获取环境温度值信息。当温度值在单位时间内迅速上升到一定值时，表达有也许有火灾发生或电路产生了故障，元器件温度迅速升高，这时诱导风机控制器将迅速切断诱导风机电源，防止事态进一步扩大。当CO传感器检测到CO气体浓度升高，且超过设定浓度值时，诱导风机控制器将处在报警状态，并依照集中控制器预先指定模式执行动作，即时把信息传递给系统集中控制器并启动诱导风机或仅把信息传递给系统集中控制器。集中系统控制器重要任务是把所辖分区内诱导风机控制器各类信息集中，并根据控制方略进行控制。集中控制器与区内诱导风机控制器进行通讯获取地下车库CO气体分布状况，并控制诱导风机控制器工作模式，通过诱导风机控制器直接启动或停止诱导风机运营。此外，集中控制器还具备火灾信号输入端口，当其她系统火灾信号输入时，集中控制器将紧急关闭所辖分区诱导风机电源。当集中系统控制器所辖分区内诱导风机控制器报警数量满足一定条件时，集中控制器可以提供启动信号给排风机和送风机，实现排风机和送风机联动。集中系统控制器同步也通过RS485接口把所辖分区诱导风机控制器CO气体浓度信息、诱导风机工作状态等信息传送给BA等其她系统。系统智能控制模型如图1所示。智能诱导风机排风系统如图2所示。图1智能控制系统模型图图2 智能诱导风机排风系统示意图3.2 功能模块设计3.2.1 诱导风机控制器构成及工作原理诱导风机控制器重要由电源模块、CO气体浓度采集模块、温度采集模块、显示模块、风机驱动模块、通讯模块构成。诱导风机控制器主控单元采用基于AVR RISC构造AT mega 8单片机。该单片机工作在16 IVII-I时性能高达16 MIPS，内置AD转换器，8 k程序空间，512 BEEPROM 。诱导风机控制器内部所需要电源是直流单电源，电压为5 V，功率约3 w，工作电源是交流220 V，50 Hz。考虑到性价比，电源模块一方面采用8 V变压器进行降压，再使用整流二极管进行整流，最后使用三端稳压管7805稳压得到5 V直流电源。CO气体浓度采集采用MQ-7半导体式CO传感器。MQ-7型CO传感器敏感层是由非常稳定二氧化锡制成，稳定性好，检测CO范畴是101 000ppm。在正常使用条件下，其使用寿命可达5年。MQ- 7型CO传感器高加热电压为(502)V，低加热电压为(154-01)V。通过对传感器电压进行测量，运算出CO浓度值，MQ-7属于半导体传感器，在-4080 环境内无需进行补偿。虽然MQ-7对H，等气体也比较敏感，但是在空气中汽车尾气中，等气体含量可以忽视不计，因而也不需要矫正电路。CO传感器电路如图3所示。图3 Co传感器电路图温度采集模块使用DS18B20数字温度传感器，测量范畴-55125 摄氏度，增量值为05 摄氏度。DS18B20只有一种引脚进行数据通讯。可以把DS18B20并联在一根总线上进行温度数据采集。显示模块使用4位LED共阳极数码管轮流显示CO气体浓度值和温度值信息。驱动芯片采用TM1620数码管专用扫描芯片。TM1620最多可动态显示6位8段数码管，其管脚最大可提供20mA 驱动电流，可以实现亮度自主调节。诱导风机工作电压为交流220 V，50 Hz，功率为120 W。由于诱导风机是感性负载，因此诱导风机工作电流至少为06 A，驱动模块使用双向可控硅BTA12600CW隔离光藕，选用MOC3021。诱导风机驱动电路如图4所示。图4 诱导风机驱动电路图通信模块采用SP485R 或SP485E 进行RS485总线数据通讯。SP485R芯片最多可在总线上连接400个节点，SP485E芯片最多可在总线上连接32个节点。在使用SP485R进行数据通讯时，为防止信号反射，需要在最后一台并联一种电阻，阻值可选为负载电阻值。3.2.2 集中控制器构成及工作原理集中控制器普通安装在地下车库供电问内。考虑到环境比较恶劣以及设备易用性等因素，集中控制器普通不采用PC作为监控平台，但是集中控制器可以通过BA通讯接口把数据传递给BAPC监控平台，BAPC监控平台也可以通过通讯接口控制任何诱导风机。结合性价比等综合因素，集中控制器主控单元采用单片机。集中控制器可提成主控单元模块、电源模块、显示模块、信号变送模块、通信模块、有源信号输入模块。集中控制器主控单元采用基于AVR RISC构造AT mega 64解决器。AT mega 64具备内置64 k Flash程序空间，2k EEPROM 存储空间，4 kSRAM 空间，多达53个IO 口，2个USART串口等特点。通讯模块与诱导风机控制器通讯模块硬件电路一致，但在接受和发送数据时对数据解决应遵循各自合同规定有所不同。显示模块采用128 x 64液晶进行显示。液晶采用金鹏电子OCM128643蓝底白字液晶进行显示。OCM128643工作电压为5 V，接口为并口，通过可调电阻可进行背光调节。电源模块提供双路直流电源：一路为12 V，1 A；另一路为5 V，1 A。电源模块先由2O w 交流变压器降压至AC 24 V，然后用整流桥进行整流。采用LM257612 DCDC芯片进行降压稳压至12 V；由12 V输入采用LM25765 DCDC芯片进行降压且稳压至5 V。LM257612和LM25765输出电流均为3 A，因而这2块芯片完全满足规定。信号变送模块把区域内CO气体浓度等信息变成010 V电压信号。有些环境需要进行远距离信号传播，由于导线电阻存在，010 V电压信号将会衰减，为了使01O V 电压信号可以远距离传播，把相应电压信号隔离并变成电流信号进行数据传播。系统采用ISO EMU2-P2 01隔离型vI转换模块实现0l0V至420mA信号转换，工作电压为12 V。信号输入模块是指当外部有源直流信号输入时，控制器可以自动检测到并依照预先设立进行有关动作。如当消防信号产生时，集中控制器将及时停止，关闭排风机、送风机。由于有源直流信号电压和驱动电流不同，为了更好地保护系统电路，使用P521光耦合进行信号隔离，因而串联一种51千欧电位器进行调节。3.3 系统软件开发流程图集中控制器和诱导风机控制器软件开发均采用AVR Studio，C语言编译器采用GCC。诱导风机控制器软件开发流程图如图5所示。集中控制器流程图如图6所示。图5 诱导风机控制器软件开发流程图图6 集中控制器流程图4 课题可行性分析由于实际应用系统中，往往分散控制单元数量较多，分布较远，现场存在各种干扰，因此通信可靠性不高，再加上软硬件设计不完善，使得实际工程应用中如何保障RS-485 总线通信可靠性成为各研发机构一块心病。普通导致RS-485 网络系统故障因素重要有：线路反射干扰、网络配备不合理、雷击及静电、共模干扰等，因而针对不同故障因素需要研究不同解决办法来提高RS-485 系统可靠性。在分布式应用系统、工业测控系统中，应用场合环境普通比较恶劣，稳定可靠数据通信是实现系统功能核心。因而，采用必要提高可靠性和抗干扰能力办法及合理容错设计是十分必要。可以从硬件线路和软件设计两方面进行考虑。硬件方面，在使用 RS-485 总线时，如果简朴地按常规方式设计电路，在实际工程中也许有如下两个问题浮现。一是通信数据收发可靠性问题；二是在多机通信方式下，一种节点故障（如死机），往往会使得整个系统通信框架崩溃，并且给故障排查带来困难。针对上述问题，可以对485 总线软硬件采用运用终端、偏置电阻消除通信电缆中信号发射和从总线隔离、接口原则及布线等方面进行改进。软件方面，为了保证系统工作稳定可靠，重要是从提高软件可靠性、健壮性和容错能力角度做了某些考虑,在软件中采用了如下核心技术：(1)主控机和下位机之间通信协调。(2) 通过程序来实现延迟通信。(3)超时、差错以及通信中断等解决。(4)采用了数据累加和校验、核心字重发等办法。5 参照文献1吴爽，刘海生 诱导风机在汽车库通风设计中应用J山西建筑，(7)：1572李泓，李海波，许卫洪，等AVR单片机入门与实践M J E京：北京航空航天大学出版社，：283何立民，单片机应用技术选编(8).北京:北京航空航天大学出版社,.4胡圣尧，葛中芹，朱迁虎，诱导风机智能控制系统设计. 常州工学院学报. 第23卷第4期.8月5汪烨，基于RS-485总线地下车库智能通风控制系统设计. 上海电机学院，上海4. ：1 00901 34()070029-036陈港，金玮涛，无风管诱导型通风系统应用. 哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨150090. 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