畢業(yè)設計熱能表模塊設計

1、石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計熱能表模塊設計 the design of the heat meter module 2011 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電氣工程及其自動化學 號 20076344 學生姓名 指導教師 完成日期 2011年 5月 25日畢業(yè)設計成績單學生姓名黃海明學號20076344班級0710-5專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設計題目熱能表模塊設計指導教師姓名薛增濤馬麗指導教師職稱副教授高級工程師評 定 成 績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設計任務書題目熱能表模塊設計學生姓名黃海明學號20076344班級0710-5專業(yè)電氣工程及其自

2、動化承擔指導任務單位電氣工程系導師姓名薛增濤導師職稱副教授一、主要內容用單片機配合進水回水溫度傳感器、流量計，計算出系統(tǒng)釋放的熱能（單位是度或者焦耳）并顯示流量和熱能參數。二、基本要求1溫度傳感器用pt100或pt1000，流量計的輸出信號為脈沖形式，模塊用電池供電，模塊要有液晶顯示。2要求設計流量和熱能的算法公式；3顯示累積流量、累計熱能、瞬時流量、當前溫度等參數。4溫度信號的處理，不用變送器，自己搭建電路實現。5作出實物，編寫單片機程序。三、主要技術指標（或研究方法）1溫度信號的處理，不用變送器，要求設計pcb板，自己搭建電路實現溫度信號到電信號的轉換，注意進行溫度信號的線性化處理；2設計

3、計算熱能的算法和處理溫度的算法；3溫度傳感器用pt100或pt1000，流量計的輸出信號為脈沖形式，模塊用電池供電。4流量計使用標準的大口徑熱能表流量計（帶信號整形模塊）；5系統(tǒng)誤差不大于10%。十進制數，比如12345kj，存儲為12 34 56。6模塊要有液晶顯示，顯示累積流量、累計熱能、瞬時流量、當前溫度等參數。累積流量(m)，三字節(jié)十進制數，比如123456m，存儲、顯示為12 34 56。瞬時流量（m/h），一字節(jié)十進制數，比如12m/h，存儲、顯示為12。累計熱能（kwh），兩字節(jié)十進制數，比如1234kwh，存儲、顯示為12 34。當前溫度（）分為進水th、回水tl，一個字節(jié)，比

4、如25攝氏度，顯示、存儲為25。7液晶可考慮用斷碼液晶；8模塊要有鍵盤接口，設計必要的功能鍵：如查看水溫、消耗的熱能、系統(tǒng)信息等；這些參數保存eeprom芯片中。10要求設計系統(tǒng)硬件電路、編寫單片機程序，作出實物。四、應收集的資料及參考文獻1王樹峰.關于我國熱能表的歷史、現狀和發(fā)展j.中國建設信息供熱制冷,2005(05).2高峰.單片微型計算機原理與接口技術m.科學出版社,2007-4.104131.3杜樹春.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例詳解m.機械工業(yè)出版社,2007-10.4851.4翟智民.熱能表誤差限的分析j.計量與測試技術,2009,(3).五、進度計劃1第1周-第2周 調研、收集材料，

5、完成開題報告； 2第3周-第4周 分析、確定方案；3第5周-第11周 設計系統(tǒng)、編寫單片機程序； 4第12周-第15周 撰寫論文；5第16周 答辯。教研室主任簽字時間 年 月 日畢業(yè)設計開題報告題目熱能表模塊設計學生姓名黃海明學號20076344班級0710-5專業(yè)電氣工程及其自動化一、研究背景長期以來，每到入冬時節(jié)，供暖問題就成為長江以北城鎮(zhèn)居民的熱門話題，特別是近幾年隨著國民經濟的發(fā)展，環(huán)境保護被廣泛重視，能源的利用由粗放式向節(jié)約式發(fā)展，現在普遍采用的按建筑面積收費的弊端越來越明顯，建筑面積通常與實際采暖面積不符，按面積收費，容易引起用戶和供熱部門的糾紛。而且現在普遍實行的先交費后供暖的模

6、式，使得用戶欠費或不交費的狀況時有發(fā)生，由此給國家造成巨大的經濟損失。依據建設部建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)劃的發(fā)展目標中明確指出“對集中供暖的民用建筑安設熱表及有關調節(jié)設備并按表計量收費的工作，1998年通過試點取得成效，開始推廣；2000年在重點城市成片推行，2010年基本完成?！睂崿F供熱計量收費基礎設施是能以足夠的精度對實際使用的熱量進行測量的熱能表。在經濟發(fā)達國家，戶用供暖熱表的使用已經相當普遍。熱表作為熱力公司向每個供暖受益者（住戶）計價收費的手段和依據，不僅已廣泛被用戶接受，而且節(jié)能達到2030%。對中國來說，推行熱能表是勢在必行的。 二、國內外研究現狀1國外研究現狀及特點：

7、集中供暖計量收費是20世紀70年代中期由歐洲開始的。相應的“熱量表”，也經歷了從機械式、電子模擬積分式、電子數字積分式直到微處理器為基礎的智能式的發(fā)展過程。到90年代，戶用熱量表基本上定型，設計趨于一致1997年4月，歐洲共同體正式通過了統(tǒng)一的熱量表標準，代號為en1434。現在向中國市場上推銷的歐洲各國的熱量表，大部分都標明了“符合oiml-r75標準”和“符合en1434標準”。這既是給用戶一個選擇、判斷的基本依據，也表明了歐洲熱量表技術成熟和標準化的程度。歐洲表熱量積分計算儀一律采取的是k系數補償的方式。k系數的取值在進水和回水上是不同的，只能規(guī)定其中一個固定的位置，不得變換。因此，歐洲

8、的熱量表一般規(guī)定要安裝在回水管道上，也就是流量計只能測回水的流量。如果用戶盜用熱水，熱量計量結果反而減少。管道施工和安裝也不夠靈活和方便。歐洲熱量表采用的測溫元件是pt100和pt500。pt100即在0時電阻值為100，測溫探頭的引線電阻必然會給測量帶來誤差。因此對引線電纜的長度有嚴格的要求，一旦配對完畢，不可任意延長或縮短。2我國研究現狀及特點中國熱量表的自行研制開始于上世紀的九十年代。根據專利文獻，中國最早研制“采暖用熱量表”的是山西的一位教師。中國熱量表的研發(fā)、生產中，認真學習借鑒了國外成熟的技術，也針對中國國情做了大量自主開發(fā)的努力。有以下特點：測溫傳感器選用了pt1000（歐洲的熱

9、能表過去一般采用pt100和pt500）；這使得測量信噪比提高了2-10倍。中國熱量表設計大多數能做到：既可用于測量供熱量，也可用于測量供冷量（吸熱量），一表兩用。既可用于集中供熱計量收費；也可用于正在發(fā)展的冷熱聯供，和中央冷暖空調的系統(tǒng)和分戶冷熱計量歐洲的熱量表一般規(guī)定將流量計安裝在回水管道上。中國熱量表大都設計成既可安裝在進水管道上，也可安裝在回水管道上；對盜用熱水有一定的制約作用。中國國產熱量表的價格大概是歐洲進口熱能表的1/2至2/3左右。但是，中國目前的供熱系統(tǒng)對中國的熱量表提出了比歐洲國家更苛刻的要求。如水質很差，氧化、銹蝕問題無可避免地普遍存在。多方面的原因造成水中不僅含有大量的

10、有害化學物質，還有各種對流量計具有破壞性的雜質。熱量表中流量計是主要的部件，流量計量傳感技術相對復雜，問題較多，中國熱量表在這方面尤其是薄弱的環(huán)節(jié)。三、所要進行的主要工作和所采用的方法、手段1主要工作：熱能表的總體設計。單片機中主程序框架的設定。單片機、溫度傳感器、流量傳感器型號的確定及介紹。熱能計算公式的選擇。熱能表模塊系統(tǒng)誤差限分析。2采用的方法、手段：查看國內外熱能模塊相關資料，根據課題中對熱能模塊性能指標的要求對熱能模塊進行總體設計及單片機中主程序框架的設定，再根據下階段對溫度傳感器（目前先確定為pt1000）、流量傳感器以及與之相連的a/d電路的最終確定并計算得出它們的精度范圍。四、

11、預期達到的結果通過流量傳感器、溫度傳感器對水流水溫的測量后通過a/d電路送入單片機，在單片機內經過算法得出相應測量值。配合按鍵、功能鍵模塊調用在液晶模塊上進行顯示。指導教師簽字時 間 年 月 日摘 要隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，現行的集中供暖按面積收費方式越來越不能適應目前狀況，集中供暖的單戶供熱計量收費方式正成為發(fā)展趨勢。在我國，對熱能表的研究還處于起步階段，發(fā)展水平與國外存在明顯差距。由于進口的熱能表價格過于昂貴，因此一定程度上制約了熱能表在我國的普及，所以研發(fā)出一款性價比符合我國國情的熱能表是非常必要的。本文主要介紹以stcle5410ad單片機為基礎的熱能表模塊的總體設計方案。設計的熱

12、能表主要由單片機、測溫電路、流量計、無線傳輸模塊、顯示電路、按鍵電路，電源這些部分組成。文中給出了熱能表模塊熱能計算算法的對比分析，溫度傳感器、流量傳感器等器件的選擇與介紹，最后分析熱能表模塊的精度范圍。從而為解決集中供暖的單戶熱能分配計量提供一種中、高性能，相對低成本的新型熱能表。關鍵字：熱能表單片機熱量計算 誤差限abstractwith the rapid development of chinas social and economically,the existing central heating charges by way of an area can not meet the

13、 current situation,central heating, heating metering and charging of single-family approach is becoming a trend. in china, research on the heat meter still in its infancy, the level of development with foreign countries have significant gaps. however, due to the heat meter imports too expensive,so t

14、o the some extent constrained popularity of heat meters in china,so developed a cost-effective heat meter in line with our national conditions is necessary. this paper describes the stcle5410ad microcontroller module based on the overall heat meter design.heat meter designed by the microcontroller,

15、temperature measurement circuit, flow meter, the wireless transmission module, the display circuit, key circuit, power supply these parts.the paper gives the heat meter heat calculation algorithm module comparative analysis, temperature sensors, flow sensors and other devices in the selection and in

16、troduction, the final analysis the accuracy of heat range of the module table.to solve central heating the single-family to provide a measurement of heat distribution, high performance, relatively low cost of new heat meter.key words：heat metermcuheat calculationerror bounds目錄第1章緒論11.1研究背景11.2熱能表定義1

17、1.3國內外發(fā)展狀況11.4研究內容及方法21.5熱能表研究方案的選擇3第2章熱能表系統(tǒng)原理和結構52.1熱能表系統(tǒng)的工作原理52.2熱能表模塊的結構框架及主程序流程圖52.2.1熱能表模塊的結構框架52.2.2熱能表模塊的主程序流程圖6第3章相關算法83.1熱能的計算公式83.2熱能計算公式的對比分析8第4章硬件電路104.1電源模塊104.2單片機模塊104.2.1單片機的選擇及評價114.2.2stc12le5410ad單片機簡介114.2.3單片機模塊引腳使用說明134.3測溫電路模塊134.3.1溫度傳感器的選擇144.3.2熱能表配對溫度傳感器的特殊要求與準確度144.4流量傳感器

18、模塊154.4.1流量計的選用型號及原因154.4.2流量計基本工作原理174.5max232簡介174.6液晶顯示模塊18第5章熱能表模塊的精度范圍分析205.1熱能表準確度205.1.1準確度定義205.1.2誤差限的計算205.2誤差限影響因素的影響21第6章結論與展望246.1結論246.2展望24參考文獻25致謝26附錄27附錄a外文資料27附錄b熱能表硬件電路圖45附錄c元器件清單46附錄d源程序清單47第1章緒論1.1研究背景長期以來，每到入冬的時候，供暖問題就成為長江以北城鎮(zhèn)居民的熱門話題，近幾年國民經濟的快速發(fā)展，環(huán)境保護開始被越來越多地提倡，國務院對能源的利用方式由粗放式向

19、節(jié)約式轉變相當重視，現在普遍采用的按建筑面積收費的弊端越來越明顯,建筑面積通常與實際采暖面積不符，按面積收費，容易引起用戶和供熱部門的糾紛1。而且現在普遍實行的先交費后供暖的模式，使得用戶欠費或不交費的狀況時有發(fā)生，由此給國家造成巨大的經濟損失。依據建設部建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)劃的發(fā)展目標中明確指出：“對集中供暖的民用建筑安設熱表及有關調節(jié)設備并按表計量收費的工作，1998年通過試點取得成效，開始推廣；2000年在重點城市成片推行；2010年基本完成?！睂崿F供熱計量收費基礎設施是能以足夠的精度對實際使用的熱量進行測量的熱能表。在經濟發(fā)達國家，戶用供暖熱表的使用已經相當普遍。熱表作為

20、熱力公司向每個供暖受益者（住戶）計價收費的手段和依據，不僅已廣泛被用戶接受，而且節(jié)能達到20%30%。對中國來說，推行熱能表是勢在必行的2。 1.2熱能表定義熱能表（heat meter）也稱熱量表，是用于測量及顯示水流經熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱量的儀表，熱量表是安裝在熱交換回路的入口或出口，用以對采暖設施中的熱耗進行準確計量及收費控制的智能型熱量表。其工作原理是在熱交換系統(tǒng)中安裝熱量表，當水流經系統(tǒng)時，根據流量傳感器給出的流量和配對溫度傳感器給出的供回水溫度，以及水流經的時間，通過計算器計算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量。1.3國內外發(fā)展狀況（1）國外研究現狀及特點：集中供暖計量收費是20世

21、紀70年代中期由歐洲開始的。相應的“熱量表”，也經歷了從機械式、電子模擬積分式、電子數字積分式直到微處理器為基礎的智能式的發(fā)展過程。到90年代，戶用熱量表基本上定型，設計趨于一致1997年4月，歐洲共同體正式通過了統(tǒng)一的熱量表標準，代號為en1434。現在向中國市場上推銷的歐洲各國的熱量表，大部分都標明了“符合oiml-r75標準”和“符合en1434標準”。歐洲表熱量積分計算儀一律采取的是k系數補償的方式。k系數的取值在進水和回水上是不同的，只能規(guī)定其中一個固定的位置，不得變換。因此，歐洲的熱量表一般規(guī)定要安裝在回水管道上，也就是流量計只能測回水的流量。歐洲熱量表采用的測溫元件是pt100和

22、pt500。pt100即在0時電阻值為100。（2）我國研究現狀及特點：中國熱量表的自行研制開始于上世紀的九十年代。根據專利文獻，中國最早研制“采暖用熱量表”的是山西的一位教師。中國熱量表的研發(fā)、生產中，認真學習借鑒了國外成熟的技術，也針對中國國情做了大量自主開發(fā)的努力。中國熱量表有以下特點：測溫傳感器選用了pt1000（歐洲的熱能表過去一般采用pt100和pt500）；這使得測量信噪比提高了2-10倍。中國熱量表設計大多數能做到：既可用于測量供熱量，也可用于測量供冷量（吸熱量），一表兩用。既可用于集中供熱計量收費；也可用于正在發(fā)展的冷熱聯供，及中央冷暖空調的系統(tǒng)和分戶冷熱計量。歐洲的熱量表一

23、般規(guī)定將流量計安裝在回水管道上，熱量表大都設計成既可安裝在進水管道上，也可安裝在回水管道上；對盜用熱水有一定的制約作用。中國國產熱量表的價格大概是歐洲進口熱能表的1/2至2/3左右，并且中國目前的供熱系統(tǒng)對中國的熱量表提出了比歐洲國家更苛刻的要求，如水質很差，氧化、銹蝕問題無可避免地普遍存在。多方面的原因造成水中不僅含有大量的有害化學物質，還有各種對流量計具有破壞性的雜質。熱量表中流量計是主要的部件，流量計量傳感技術相對復雜，問題較多，中國熱量表在這方面尤其是薄弱的環(huán)節(jié)3。1.4研究內容及方法研究內容以單片機為核心，配合進水回水測溫電路、流量計，計算出系統(tǒng)釋放的熱能并顯示流量和熱能參數。其中系

24、統(tǒng)的誤差不大于10%；溫度傳感器用pt1000，流量計的輸出信號為脈沖信號，模塊用液晶顯示，可以顯示累積流量、累計熱能、瞬時流量、當前溫度等參數；設計流量和熱能的算法公式；溫度信號的處理用自己搭建的電路實現；編寫單片機程序，做出實物。為此，通過查看國內外熱能模塊相關資料，根據課題中對熱能模塊性能指標的要求對熱能模塊進行總體設計及單片機中主程序框架的設定，再根據下階段對溫度傳感器（目前先確定為pt1000）、流量傳感器以及與之相連的a/d電路的最終確定并計算得出它們的精度范圍。最終達到通過流量傳感器、溫度傳感器對水流水溫的測量后通過a/d電路送入單片機，在單片機內經過算法得出相應測量值。配合按鍵

25、、功能鍵模塊調用在液晶模塊上進行顯示，同時系統(tǒng)精確度能夠滿足要求。1.5熱能表研究方案的選擇按目前國內外市場的產品情況，熱能表通常按照其流量計結構和原理的不同，可分為超聲波式、電磁式、機械式（其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式）等種類。為此，比對這三種方案的熱能表：（1）超聲波式熱能表采用超聲波式流量計的熱能表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時，順水流傳播速度與逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。優(yōu)點：對介質無特殊要求；流量測量的準確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數的影響，流量測量范圍比一般的機械式熱能表寬，尤其是在測量小流量時準確度比機械式熱能表高。一般dn40以上

26、的熱量表多采用這種流量計。具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點。缺點：初投資相對較高，對于用戶來說要考慮成本因素。氣泡對準確測量干擾很大，安裝時要求進行排氣措施。（2）電磁式熱能表采用電磁式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。是一種測量熱變換系統(tǒng)中載熱流體所釋放的熱量的計量儀表。它使用了高精度、高可靠性電磁流量計作為流量測量，采用高精度、高穩(wěn)定性的鉑金熱電阻做溫度測量。優(yōu)點：該熱能表具有非常優(yōu)異的測量性能。缺點：由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有熱量表采用這種方案。（3）機械式熱能表采用機械式流量計的熱量表的統(tǒng)稱。機械式流量計的結構和原理與熱水表類似。優(yōu)點：具有制造工藝簡單，相對成本較低，性能穩(wěn)定，

27、計量精度相對較高等。目前在dn25以下的戶用熱量表當中，無論是國內還是國外，幾乎全部采用機械式流量計。缺點：受水質影響比較大。由于電磁式熱能表成本最高，系統(tǒng)較復雜，因此排除該設計方案。超聲波式熱能表與機械式熱能表相比超聲波熱量表的流量計較為精密，維護非常復雜，而且成本較高，一旦出現故障很難修復，若整臺更換又會造成成本的大幅度增加。在采暖系統(tǒng)中，高溫水會在管道壁上形成氣泡，以及在流過彎道時水流產生的湍流，這些都會給超聲波熱量表的流量計的計量精度帶來巨大的影響。超聲波熱量表的流量計在安裝使用上極為嚴格。由于超聲波流量計所測的流量依賴的參數為聲波的傳導時間，故水流的平緩與否對其十分重要，而且足夠的直

28、管段可消除水中的氣泡，因此對直管段要求十分嚴格。而機械熱量表的流量計相對而言要寬松一些，即使在不能滿足直管段安裝要求的情況下也不會影響到整體的計量精度。綜上分析，我們決定采用機械式熱能表為設計的方案。第2章熱能表系統(tǒng)原理和結構2.1熱能表系統(tǒng)的工作原理熱能表系統(tǒng)的工作原理是：用于以熱水為傳熱媒介的用戶采暖系統(tǒng)中，將配對溫度傳感器分別安裝在需要進行熱能交換回路的入口和出口管上，將流量傳感器安裝在出口管上，見圖2-1熱能表安裝示意圖。當熱能表模塊開啟進入工作時，配對溫度傳感器給出進行熱能交換回路入口和出口管上的溫度信號，流量傳感器則產生傳熱媒介的流量信號。單片機采集溫度信號和流量信號并經過處理、計

29、算，就能給出進行熱能交換回路系統(tǒng)的給水溫度、回水溫度、給回水溫差、瞬時流量、累計流量、累計熱量等數據。通過斷碼液晶顯示器將累計流量、瞬時流量、當前溫度、累計熱量四種數據顯示出來。出水管閥門溫度傳感器單片機模塊流量計溫度傳感器入水管閥門用戶圖2-1熱能表安裝示意圖2.2熱能表模塊的結構框架及主程序流程圖2.2.1熱能表模塊的結構框架本模塊主要由單片機、電源、測溫電路、流量傳感器、按鍵、顯示電路組成。其系統(tǒng)結構框架見圖2-2熱能表模塊結構框圖。單片機顯示電路按 鍵測溫電路1（進水溫度）測溫電路2（回水溫度）流量計電 源圖2-2熱能表模塊結構框圖電源為單片機和顯示電路提供工作電壓。兩個測溫電路分別測

30、量熱能交換系統(tǒng)中的進水溫度和回水溫度，流量計測量的是流經熱交換回路中的水流量，并發(fā)出脈沖信號（驗證時我們用簡單的按鍵電路來模擬、替代流量計的輸出脈沖信號）。單片機通過對兩個測溫電路及流量計發(fā)出的信號進行處理、計算得出可以在顯示電路上顯示出來的當前溫度、瞬時流量、累計熱量、累積流量等結果。顯示的結果可以通過按鍵進行切換。2.2.2熱能表模塊的主程序流程圖圖2-3是熱能表模塊的主程序流程圖4。系統(tǒng)程序由初始化程序，數據采集程序，計算程序，顯示程序，存儲程序組成。初始化程序對單片機一些寄存器、i/o口等的初始狀態(tài)進行設置，定義所需的變量并對變量進行初始化設置。對顯示模塊進行清屏，對2個外部中斷、2個

31、定時/計數器，cpu開中斷為后邊的子程序運行做好準備。數據的采集程序主要是對溫度傳感器采樣的信號進行a/d轉換后采集，以及流量傳感器采樣的脈沖信號進行采集。計算程序則是對數據采集程序采集來的數據通過算法進行計算得出當前溫度、瞬時流量、累計熱量、累積流量等結果。顯示程序由外部功能按鍵對計算結果進行調用顯示在液晶板上。存儲程序是用來把計算的結果保存到單片機的eeprom中。在熱能表系統(tǒng)不斷電的時候系統(tǒng)程序一直會運行在主循環(huán)中。開始定義變量、變量初始化清暫存清顯示外部中斷int0初始化外部中斷int1初始化t0初始化t1初始化cpu開中斷溫度、流量數據采集熱量計算并存儲顯示圖2-3熱能表模塊的主程序

32、流程圖第3章相關算法3.1熱能的計算公式熱量的計算公式習慣上分為兩種5：直接計算法也稱焓差法見式(3-1)和k系數計算法見式(3-2)。 (3-1)式中：釋放或吸收的熱量（或）；流經熱能表中載熱液體的質量流量（）；流經熱能表的水的體積流量（）；流經熱量表的水的密度（）； 在熱交換系統(tǒng)的入口和出口溫度下，水的比焓值（）；時間（）。 (3-2)式中：釋放或吸收的熱量（或）；載熱液體流經熱交換系統(tǒng)水的體積（）；熱交換系統(tǒng)中載熱液體入口處和出口處的溫度差（）；熱系數，它是載熱液體在相應溫度和壓力下的函（）或（）。3.2熱能計算公式的對比分析我國供熱體制改革是借鑒了歐洲的經驗下推行的，熱能表行業(yè)的相關標

33、準以及熱量表鑒定方法及流程是以歐洲標準en1434“熱能表”為范本，結合我國具體國情狀況進行制定。根據歐洲標準下en1434“熱能表”的k系數的計算公式是6： (3-3)式中：熱交換回路中入口溫度對應的載熱液體的比焓值（）； 熱交換回路中出口溫度對應的載熱液體的比焓值（）； 熱交換回路中載熱液體入口處的溫度（）；熱交換回路中載熱液體出口處的溫度（）； 比容（）。 (3-4)式中：r=461.526；=（當體積計量位置在入口處）或（當體積計量位置在出口處）。 (3-5)其中：、為常數；（=1386）。由式(3-3)、(3-4)、(3-5)可以看出熱系數k是由焓差計算得出來的，因此可以說焓差法和熱

34、系數法在本質上是相同的。如果假設入口溫度為80，出口溫度為50，壓力為0.6，質量流量為6，在1的時間內釋放的熱量。焓差法：=753.6;熱系數法：=0.2093=753.4。兩種方法的計算差別：=0.03%?？梢钥闯鰞煞N計算方法間的計算差別遠小于1級熱能表的誤差限，所以采用不同方法引起的計算差別是完全可以忽略的。在測量過程中為了計算方便往往在流量傳感器輸出質量流量時采用焓差法計算而流量傳感器輸出體積流量時采用熱系數法計算?？偟膩碚f熱能表熱量計算方法主要有k系數法和焓差法，k系數法和焓差法有著相當緊密的聯系，同時兩種計量方法之間存在著一定的差值，但對于熱能表來說，這一點不一致對計量精度產生的影

35、響，可以忽略不計。根據實際情況我們選用焓差法進行熱能計算。第4章硬件電路4.1電源模塊電源模塊由三個部分組成，一個是自鎖按鍵，通過自鎖按鍵來控制單片機的通、斷電，一個是電源通斷l(xiāng)ed顯示燈，電源模塊電路中加了一個led燈做為電源通、斷顯示燈，當自鎖按鍵按下led亮表示電源接通，當自鎖按鍵斷開led熄滅表示單片機斷電。還有一個是數字地與模擬地端口，電路板上的所有數字地與模擬的都接到這兩端上，而數字地與模擬地之間用一個0電阻隔開為了防止數字地和模擬地的相互干擾，從而起到抗干擾的作用。見圖4-1電源模塊電路圖。圖4-1電源模塊電路圖4.2單片機模塊單片機模塊由單片機、電源、晶振電路、復位電路組成。單

36、片機模塊protel原理圖見圖4-2單片機模塊。圖4-2單片機模塊4.2.1單片機的選擇及評價選擇由宏晶科技生產的stc12le5410ad單片機。stc12le5410ad是stc12c5410ad系列單片機之一，該系列單片機為宏晶科技生產，內部含有a/d轉換電路。加密性強，很難解密或破解，解密費用很高、國內能解密的人少，一般的仿制者望而退步。高抗靜電（esd保護），輕松過2kv/4kv快速脈沖干擾（eft測試），寬電壓、不怕電源抖動，寬溫度范圍-4085，i/o口經過特殊處理使其具有超強的抗干擾。速度快，1個時鐘/機器周期，可用低頻晶振，大幅降低emi。掉電模式下，外部中斷喚醒消耗0.1u

37、a，空閑模式下典型的功耗是1.8ma，正常工作下典型功耗是2.7ma7ma。掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜式設備等。所有封裝均符合歐盟rohs要求。完全滿足我們熱能模塊設計的需要。4.2.2stc12le5410ad單片機簡介stc12le5410ad為宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1t）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內部集成max810專用復位電路，4路pwm，8路高速10位a/d轉換，針對電機控制，強干擾場合7。其他特點如下（1）增強型8051cpu，1t，單時鐘/機器周期，

38、指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。（2）工作電壓：stc12le5410ad系列工作電壓：3.6v-2.2v（3v單片機）。（3）工作頻率范圍：035mhz，相當于普通8051的0420mhz。（4）用戶應用程序空間10k字節(jié)。（5）片上集成512字節(jié)ram。（6）有eeprom功能。（7）isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片。（8）通用i/o口23個，復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個i/o驅動

39、能力均可達到20ma，但整個芯片最大不要超過55ma。（9）有看門狗。（10）內部集成max810專用復位電路（外部晶體12m以下時，可省外部復位電路）。（11）時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部r/c振蕩器。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部r/c振蕩器還是外部晶體/時鐘常溫下內部r/c振蕩器頻率為：5.2mhz6.8mhz。精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準。（12）共6個16位定時器。兩個傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數器，16位定時器t0和t1，沒有定時器2，pca模塊可再實現4個16為定時器。（13）2個時鐘輸出口，可由t0的溢出在p1.0輸

40、出時鐘，可由t1的溢出在p1.1輸出時鐘。（14）外部中斷9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，pac模塊可分別或同時支持上升沿中斷/下降沿中斷，power down模式可由外部中斷喚醒，/p3.2，/p3.3，t1/p3.5，rxd/p3.0，pca0/p3.5，pca2/p2.0，pca3/p2.4。（15）pwm（4路）/pca（可編程計數器陣列，4路）也可用來當4路d/a使用。也可用來在實現4個定時器。也可用來在實現4個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別)。（16）a/d轉換，10位精度adc，共8路。（17）通用全雙工異步串行口（uart），由于stc12系列是高速的8051，也可

41、再用定時器軟件實現多端口。（18）spi同步通信口，主模式/從模式。（19）工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。（20）封裝：lqfp-32，sop-32/28/20，skdip-28，pidip-20，tssop-204.2.3單片機模塊引腳使用說明3號引腳是rst起復位作用，我們運用上電復位電路給單片機進行復位操作。4號引腳是rxd/p3.0，5號引腳是txd/p3.1，4、5號端子是單片機的兩個串口分別進行單片機數據的接收和發(fā)送。6、7號引腳是xtal2和xtal1，用于接外部晶振，為單片機產生時鐘信號，選用的是能產生11.0592mhz的晶振。8號引腳是p3.2是外

42、部中斷0，與按鍵key連接，從而使通斷按鍵key給單片機產生外部中斷，用于單片機調用不同的子程序。10號引腳是t0/p3.4，用于接流量計發(fā)出的脈沖，對流量計脈沖進行外部中斷計數。25、26、27引腳為p1.7/adc7、p2.0、p2.1分別與斷碼液晶的lcm_cs、lcm_clk及l(fā)cmdate連接組成顯示電路。24引腳p1.6/adc6連接pt1000-1，25引腳p1.7連接pt1000-2，28引腳為vcc，14引腳接地。4.3測溫電路模塊測溫電路模塊1與測溫電路模塊2見圖4-3。（）（）圖-3測溫電路（）是進水口測溫電路（）是出水口測溫電路圖中用到的兩個溫度傳感器分別放在進、出水口

43、用來檢測進出水溫度的變化。模塊中的穩(wěn)壓管起到一個穩(wěn)壓作用，當外界電源出現干擾時能保證電壓穩(wěn)定不會影響測量的準確性，后面是個橋式電路，溫度傳感器作為其中的一個橋臂，當溫度變化時溫度傳感器阻值也發(fā)生變化，使得橋式電路的輸出電壓也發(fā)生變化，通過電壓和溫度的關系從而得到溫度值。4.3.1溫度傳感器的選擇因為鉑電阻溫度傳感器相對其他溫度傳感器比較準確，測量出數值穩(wěn)定性好，并且在0100溫度范圍線性度比較好。故目前在溫度測量領域中，鉑熱電阻溫度計是應用最為廣泛，也是精度比較好的溫度傳感器之一。全球各熱能表的廠商也多采用鉑電阻作為熱能表的溫度傳感器。歐洲標準en1434中所推薦的溫度傳感器就是鉑電阻溫度傳感

44、器。常用的電阻溫度傳感器如pt100、pt500、cu50等，熱能表大多以pt1000鉑電阻溫度傳感器作為熱能表的溫度傳感器。4.3.2熱能表配對溫度傳感器的特殊要求與準確度一般選擇鉑作為熱電阻材料，因為它具有耐腐蝕、易加工以及良好的線性關系等優(yōu)點。在現行的國內外標準和檢定規(guī)程中，一般規(guī)定了兩種準確度等級，見表4-1準確度等級表。對于熱能表的配對溫度傳感器來說，除了要滿足單支溫度傳感器的鑒定要求之外，還應符合配對溫度傳感器的特殊要求。表4-1準確度等級準確度等級使用溫度范圍允許偏差（）允許偏差（0）允許偏差（100）a級-200+600（0.15+0.0020|）0.150.35b級-200+

45、850（0.30+0.0050| ）0.300.80注：為溫度的絕對值。在進行分量檢定的熱能表，其單支溫度傳感器溫度的誤差應滿足：(0.30+0.0050|)，期中為溫度值。配對溫度傳感器的溫度誤差應滿足：%。熱能表的溫差下限一般為3，為熱能表進、出口水溫差。因此在最小溫差時，配對溫度傳感器的誤差約為0.1。由此可以看出配對溫度傳感器的溫差的誤差要求相對其單支溫度傳感器更為嚴格。因此所選用的檢定設備必須滿足溫差鑒定的要求。在歐洲標準en1434中熱能表配對溫度傳感器的誤差分為三個等級，具體要求和技術指標如表4-2溫度傳感器誤差的三個等級表：表4-2溫度傳感器誤差的三個等級等級誤差（）30.10

46、53k20.0702k10.0351k等級1和等級2對溫度探頭的性能和生產測量技術提出了非常高的要求，等級3相對容易得到，我國的現行有關標準和檢定規(guī)程中一般都規(guī)定選為3，配對溫度傳感器溫度的誤差：0.105也就是說在3最小溫差下，熱能表的兩個傳感器的配對誤差不能大于0.105，大于這個值就不能滿足要求。為了成功地配對，溫度探頭應該按溫度曲線特性進行，這樣才能在整個測量溫度范圍內保證配對的精度。總的來說熱能表所用的鉑電阻溫度傳感器通常有pt100，pt500，pt1000等種類，國外廠家使用pt100，pt500比較多，而在中國使用pt1000的非常多。只要特性指標達到要求，這三種傳感器都可以用

47、于作為熱能表的配對溫度傳感器。因而我們選擇pt1000做為本熱能表的溫度傳感器。4.4流量傳感器模塊4.4.1流量計的選用型號及原因市場中的流量計一般可以分為有磁型和無磁型，而理論上沒有定義“有磁”和“無磁”，但在實際應用中，是根據傳感器是否通過磁場變化采樣來加以區(qū)分有磁和無磁的，這要看應用場合的選擇。嚴格的說在熱量表基表和智能水表上是絕對禁止使用有磁采樣器件的，如果使用有磁器件，除了會人為的降低采樣器件（在基表中指葉輪）的靈敏度外，而且增加了一些不穩(wěn)定的因素和潛在的危害，帶來一系列不應有的麻煩，如抗干擾能力低下，精度差，易阻塞，磨損增加，壽命降低，遇低溫和長時間在水中浸泡發(fā)生磁鐵退磁等等。在

48、熱量表和智能水表上就不應該應用以有磁傳感器從葉輪上采樣的器件。這是一種誤用，或者說是有磁傳感器在應用場合的錯誤，絕大多數情況是因為找不到合適的傳感器不得已而為之。總之，有磁傳感器的這些缺點導致它在熱量表上的應用將逐漸被“無磁熱量表”所取代。因此本熱能表模塊所使用的流量計型號為：lct-9723-b-dn20。其中l(wèi)c是代表山東力創(chuàng)科技，t是代表耐低溫，9723是力創(chuàng)無磁流量傳感器模塊的產品序列號，力創(chuàng)產品序列號均是以9打頭，具有自主知識產權，b為子型號，藍色圓形封裝，dn20代表口徑是20mm。功能特點：（1）微功耗。（2）無磁采樣。（3）對被測物的移動不產生任何阻力。（4）耐高溫。（5）工作

49、電壓范圍寬。（6）抗噪性強。（7）采集數據可靠。（8）傳輸距離遠。技術指標：（1）平均工作電流：57a（dc3.6v供電時），靜態(tài)工作電流：56a。（2）采樣方式：無磁性采樣。（3）探測物質：銅、鐵、鋁、不銹鋼等。（4）探測距離：5mm。（5）上電復位時間：5st15s，采樣時間可控范圍3ms120s。（6）輸出信號：穩(wěn)幅方波，輸出阻抗：600k、信號輸出頻率（0300）hz。（7）信號幅度：波峰（高電平）為工作電壓的80%，波谷（低電平）0.1v，傳輸距離不小于30m。（8）工作溫度范圍：25125。（9）工作電壓：dc2.012v推薦dc2.05v。（10）計量精度高及抗干擾能力強。4.4

50、.2流量計基本工作原理流量計的基本工作原理是配合熱量表或水表的基表使用的，基表葉輪上安裝有非磁性金屬膜片，lct-9723探頭發(fā)射的電磁波，頻率為超聲波段，這一頻率穿透性極好，在遇金屬片時會發(fā)生頻率、幅度、相角的變化，通過對這些信號的整理輸出穩(wěn)幅方波。這些幅值的頻率與流過流量計的流量成正比關系，數字信號輸出，供給單片機進行相關流量的計算。微功耗設計，平均工作電流在56a之間。其工作原理框圖見圖4-4流量計工作原理框圖。圖4-4流量計工作原理框圖4.5max232簡介其管腳圖見圖4-5max232接口電路。圖4-5 max232接口電路我們選用的該芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標準串口設

51、計的能將ttl電平轉換成232電平。只要將待進行串行傳輸的設備的發(fā)送和接收端相應的接上，就可與電腦的九針串口相連下載程序。單片機的串行口txd及rxd分別與max232芯片的第10腳t2in和第9腳r2out，第7腳t2out、第8腳r2in分別接到db9得第2腳和第3腳，max232使用+5v單電源供電,從而可以成為單片機和單片機之間、單片機和pc機串口之間的符合rs232串行接口電路。有條件的情況下可以實用max232的改進版max2323來代替。他們的區(qū)別在max232是5v電壓供電的，而max3232是5v或3.3v電壓供電的；max232功耗較大，供電電壓5v時，耗電5ma；而max

52、3232功耗較小，供電電壓5v或3.3v時，耗電0.3ma；max232外接4個1uf電容，而max3232外接4個0.1uf電容。4.6液晶顯示模塊本設計選用的液晶顯示為特別訂做的dgm0804，其工作電壓在2.2v3.3v之間，工作電流在4570，顯示色彩為黑色，無背光，需要ht1620的驅動器。液晶顯示模塊protel圖見圖4-6液晶顯示模塊接線圖。ht1620是一款顯示段數為128（324）即片內324位顯示ram的，存儲器映射的多功能lcd驅動器。ht1620的軟件配置特性使其適合于各種lcd的應用，包括lcd模塊和顯示子系統(tǒng)。主控制器與ht1620通信只需要3到4條線。由于采用了電容型偏置電壓充電泵，ht1620的操作電流非常的小。圖4-6液晶顯示模塊接線圖1號端子是模塊的irq腳功能是定時器的輸出，使用時直接懸空。2號端子是模塊的vdd腳是模塊的正電源端口，使用時接3.3v。3號端子是vss腳是模塊的負電源端口，使用時直接接地。4號端子是帶上拉電阻的數據輸入腳data，使用時接到單片機的p2.1腳。5號端子是帶上拉電阻寫數據腳wr，使用時把該腳接到單片機的p2.0腳上。6號端子是帶上拉電阻的片選輸入cs腳，使用時把該腳接到單片機的p1.5腳上。模塊的主要作用是通過按鍵調用的顯示子程序讓液晶模塊顯示熱