基于單片機(jī)的熱能表設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的熱能表設(shè)計(jì)the heat meter based on mcu畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目基于單片機(jī)的熱能表設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化1、 研究背景 目前，北方大部分集中供暖的省市都發(fā)布了新建住宅集中采暖系統(tǒng)必須采用分戶熱計(jì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或行政法規(guī)，給熱量表行業(yè)帶來(lái)了巨大商機(jī)。然而，我國(guó)試點(diǎn)項(xiàng)目使用的熱計(jì)量產(chǎn)品多為歐洲進(jìn)口產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的產(chǎn)品還未實(shí)現(xiàn)成熟的批量生產(chǎn)，質(zhì)量參差不齊。從國(guó)內(nèi)供熱計(jì)量的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，即使是進(jìn)口產(chǎn)品，在施工和使用過(guò)程中也存在問(wèn)題，某種程度上也影響了供熱計(jì)量工作的順利進(jìn)行。2、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，集中

2、供暖計(jì)量收費(fèi)是20世紀(jì)70年代中期由歐洲開(kāi)始的。相應(yīng)的“熱量表”，也經(jīng)歷了從機(jī)械式、電子模擬積分式、電子數(shù)字積分式直到微處理器為基礎(chǔ)的智能式的發(fā)展過(guò)程。直到90年代，戶用熱量表基本上定型，設(shè)計(jì)趨于一致1997年4月，歐洲共同體正式通過(guò)了統(tǒng)一的熱量表標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)en1434?，F(xiàn)在向中國(guó)市場(chǎng)上推銷的歐洲各國(guó)的熱量表，大部分都標(biāo)明了“符合oiml-r75”和“符合en1434標(biāo)準(zhǔn)”。歐洲表熱量積分計(jì)算儀一律采用k系數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞健系數(shù)的取值在進(jìn)水和回水上是不同的，只能規(guī)定其中一個(gè)固定的位置，不得變換。歐洲熱量表采用測(cè)溫元件是pt100和pt500。pt100即在0時(shí)電阻值為100。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)熱量表的

3、自行研制開(kāi)始于上世紀(jì)的九十年代。根據(jù)專利文獻(xiàn)，中國(guó)最早研制“采暖用熱量表”的是山西的一位教師。中國(guó)熱量表的研發(fā)、生產(chǎn)中，認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒了國(guó)外成熟的技術(shù)，也針對(duì)中國(guó)國(guó)情做了大量自主開(kāi)發(fā)的努力。中國(guó)熱量表有以下特點(diǎn)：測(cè)溫傳感器選用了pt1000（相比歐洲過(guò)去采用的pt100和pt500，測(cè)量信噪比提高了2-10倍），不僅如此，我國(guó)熱量表既可用于測(cè)量供熱量，也可用于測(cè)量供冷量（吸熱量），一表兩用。區(qū)別于歐洲熱量表安裝在回水管道上，我國(guó)熱量表大都設(shè)計(jì)成既可安裝在進(jìn)水管道上，也可安裝在回水管道上，這種做法對(duì)盜用熱水有一定的制約作用。中國(guó)國(guó)產(chǎn)熱量表的價(jià)格比歐洲進(jìn)口熱能表便宜1/2到2/3左右，并且中國(guó)目前的

4、供熱系統(tǒng)對(duì)中國(guó)的熱量表提出了比歐洲國(guó)家更苛刻的要求，對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性更高。雖然我國(guó)熱能表相比歐洲有不少優(yōu)勢(shì)，但是由于流量計(jì)主要部件，流量計(jì)量傳感技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，問(wèn)題較多，中國(guó)熱量表在這方面尤其是薄弱的環(huán)節(jié)。3、 研究方案熱能表主要有三部分組成：流量計(jì)、溫度傳感器、積算器。流量計(jì)部分用以測(cè)量流經(jīng)熱交換的熱水流量，設(shè)計(jì)中采用機(jī)械式流量計(jì)，這種流量計(jì)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，性能穩(wěn)定，計(jì)量精度高。溫度傳感器用來(lái)分別測(cè)量供暖進(jìn)回水溫度，傳感器采用pt1000，一方面該傳感器精度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提供較為精確的數(shù)據(jù)，使得計(jì)費(fèi)較為準(zhǔn)確，另一方面，此溫度傳感器各種研究資料較為充足，有利于準(zhǔn)確計(jì)算出熱量值。積算器部分根據(jù)流

5、量計(jì)和溫度傳感器提供的流量和溫度，通過(guò)熱力學(xué)公式計(jì)算出用戶在熱交換系統(tǒng)中獲得的熱量，這部分主要由單片機(jī)構(gòu)成，除單片機(jī)處理和分析各種數(shù)據(jù)以外，為了方便統(tǒng)計(jì)和用戶了解家庭獲得熱量，該部分添加了gsm通信模塊和12864顯示屏。gsm通信模塊可以將單片機(jī)得出的熱量信息發(fā)給統(tǒng)計(jì)部門，這種方法節(jié)省成本，有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理，并且控制簡(jiǎn)單方便，采集信號(hào)范圍廣。顯示方面準(zhǔn)備采用低功耗12864顯示屏，采用這種顯示屏一方面可以節(jié)約電能，延長(zhǎng)熱量表使用時(shí)間，另一方面，12864顯示的數(shù)據(jù)較多，可以更精確的顯示流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。熱能表結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1 熱能表結(jié)構(gòu)框圖4、 預(yù)期結(jié)果本設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)流量傳感

6、器模塊，溫度傳感器模塊，通過(guò)單片機(jī)接受傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行積算，得出結(jié)果，通過(guò)顯示模塊輸出顯示流量數(shù)據(jù)，通過(guò)gsm模塊發(fā)送流量，熱量數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)這幾個(gè)模塊體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能表的設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間年 月 日摘 要長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)北方地區(qū)城鎮(zhèn)居民采暖一般按住宅面積而不是實(shí)際用熱量收費(fèi)，導(dǎo)致用戶節(jié)能意識(shí)差，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。顯然這種計(jì)量方法缺乏科學(xué)性，不僅如此，雖然國(guó)外熱能表研究時(shí)間較長(zhǎng)，但是進(jìn)口熱能表價(jià)格較為昂貴，所以研究一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用符合我國(guó)國(guó)情的熱能表非常必要。本文介紹了基于stc12c5204ad單片機(jī)為基礎(chǔ)的熱能表模塊的總體設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)的熱能表硬件部分由單片機(jī)模塊、測(cè)溫模塊、流量傳

7、感器模塊、gsm通信模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源模塊組成。軟件部分由主程序、按鍵程序、流量采集程序、溫度采集程序、ad轉(zhuǎn)換、計(jì)算程序、gsm模塊程序、顯示程序等。最后分析熱能表模塊的精度范圍。通過(guò)對(duì)溫度的采集和流量的采集，通過(guò)單片機(jī)分析，經(jīng)過(guò)顯示模塊顯示入口溫度、出口溫度、流量、熱量等信息，在通過(guò)gsm模塊定時(shí)發(fā)送到統(tǒng)計(jì)端完成對(duì)用戶的計(jì)費(fèi)。從而提供了一種成本較低，性能較優(yōu)的新型熱能表。關(guān)鍵詞：熱能 熱能表 單片機(jī) 熱能計(jì)算abstractfor a long time , chinas urban residents in northern residential area of heati

8、ng generally use heat instead of the actual charges, resulting in poor user awareness of energy , causing serious waste of resources. this apparent lack of measurement science, not only that, although longer study abroad heat meters , heat meters but imports more expensive , it is an economical and

9、practical research in line with china s national conditions of heat meter is necessary.this article describes the overall design scheme based microcontroller based stc12c5204ad heat meter module. the hardware design of the heat meter by the microcontroller module , module temperature , flow sensor m

10、odule , gsm communication module , display module , keypad module and power module. software part of the main program, key procedures, traffic data collection procedures, temperature acquisition procedures , ad converter, computer program , gsm module program, display procedures. finally, the scope

11、of analysis precision heat meter module.collected by the collection of temperature and flow through scm analysis , through the display module displays the inlet temperature , outlet temperature , flow, heat and other information regularly sent through gsm module to complete the statistical end user

12、billing . thus providing a lower cost , better performance of the new thermal table .keywords : thermal energy meter single-chip energy calculation目 錄第1章 緒論11.1 課題研究的目的意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)11.2.2 我國(guó)研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)21.3 研究?jī)?nèi)容和方法2第2章 熱能表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.1 熱能表系統(tǒng)的原理與組成32.1.1 熱能表的基本工作原理32.1.2 熱能表結(jié)構(gòu)框架32.1.3 熱能表的

13、組成及相關(guān)性能指標(biāo)42.2 熱量計(jì)算原理52.2.1熱量的計(jì)算公式52.2.2熱量計(jì)算公式的對(duì)比分析選擇62.3 流量傳感器的選擇72.3.1 流量傳感器的選型分析72.3.2 lct-9273b型流量傳感器簡(jiǎn)介8第3章 熱能表硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1 stc12le5616ad單片機(jī)的選擇和簡(jiǎn)介103.2 主電路設(shè)計(jì)123.3 流量傳感器電路設(shè)計(jì)133.4 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)143.4.1 橋式電路分析143.4.2 差分比例運(yùn)算電路分析143.4.3 pt1000橋式測(cè)溫電路153.5 gsm通信模塊電路設(shè)計(jì)163.5.1 gsm模塊的選擇173.5.2 tc35i模塊簡(jiǎn)介173.6 顯示模

14、塊電路設(shè)計(jì)193.6.1 顯示模塊選擇193.6.2 oled12864模塊簡(jiǎn)介193.6.3 oled12864模塊連接電路20第4章 熱能表軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.1 設(shè)計(jì)思路及程序流程圖214.1.1 設(shè)計(jì)思路214.1.2 主程序設(shè)計(jì)214.1.3 按鍵子程序設(shè)計(jì)及流程圖224.1.4 定時(shí)器t0及串行中斷流程圖設(shè)計(jì)234.1.5 流量統(tǒng)計(jì)子程序流程圖244.2 溫度計(jì)算程序設(shè)計(jì)254.3 液晶顯示子程序設(shè)計(jì)264.4 eeprom子程序設(shè)計(jì)274.5 串行通信子程序294.5.1 串行通信相關(guān)寄存器294.5.2 串行通信子程序314.6 gsm通信程序314.7 ad轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)324

15、.7.1 a/d轉(zhuǎn)換寄存器33第5章 熱能表精度范圍分析355.1熱能表準(zhǔn)確度355.1.1準(zhǔn)確度定義355.1.2誤差限的計(jì)算355.2誤差限影響因素的影響36第6章 結(jié)論與展望396.1 結(jié)論396.2 展望40參考文獻(xiàn)41致 謝42附 錄43附錄a 外文資料43附錄b 熱能表硬件電路圖44附錄c 元器件清單45附錄d 源程序清單46第1章 緒論1.1 課題研究的目的意義長(zhǎng)期以來(lái)，每到入冬的時(shí)候，供暖問(wèn)題就成為長(zhǎng)江以北城鎮(zhèn)居民的熱門話題，近幾年國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)開(kāi)始被越來(lái)越多地提倡，國(guó)務(wù)院對(duì)能源的利用方式由粗放式向節(jié)約式轉(zhuǎn)變相當(dāng)重視，現(xiàn)在普遍采用的按建筑面積收費(fèi)的弊端越來(lái)越明顯,

16、建筑面積通常與實(shí)際采暖面積不符，按面積收費(fèi)，容易引起用戶和供熱部門的糾紛。而且現(xiàn)在普遍實(shí)行的先交費(fèi)后供暖的模式，使得用戶欠費(fèi)或不交費(fèi)的狀況時(shí)有發(fā)生，由此給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。依據(jù)建設(shè)部建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和2010年規(guī)劃的發(fā)展目標(biāo)中明確指出：“對(duì)集中供暖的民用建筑安設(shè)熱表及有關(guān)調(diào)節(jié)設(shè)備并按表計(jì)量收費(fèi)的工作，1998年通過(guò)試點(diǎn)取得成效，開(kāi)始推廣；2000年在重點(diǎn)城市成片推行；2010年基本完成?！睂?shí)現(xiàn)供熱計(jì)量收費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施是能以足夠的精度對(duì)實(shí)際使用的熱量進(jìn)行測(cè)量的熱能表。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，戶用供暖熱表的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍。熱能表作為熱力公司向每個(gè)供暖受益者(住戶)計(jì)價(jià)收費(fèi)的手段和依據(jù)，不僅已廣泛被

17、用戶接受，而且節(jié)能達(dá)到20%30%。對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，推行熱能表是勢(shì)在必行的。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)集中供暖計(jì)量收費(fèi)是20世紀(jì)70年代中期由歐洲開(kāi)始的。相應(yīng)的“熱能表”，也經(jīng)歷了從機(jī)械式、電子模擬積分式、電子數(shù)字積分式直到微處理器為基礎(chǔ)的智能式的發(fā)展過(guò)程。到90年代，戶用熱能表基本上定型，設(shè)計(jì)趨于一致1997年4月，歐洲共同體正式通過(guò)了統(tǒng)一的熱能表標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為en1434。 現(xiàn)在向中國(guó)市場(chǎng)上推銷的歐洲各國(guó)的熱能表，大部分都標(biāo)明了“符合oiml-r75標(biāo)準(zhǔn)”和“符合en1434標(biāo)準(zhǔn)”。這既是給用戶一個(gè)選擇、判斷的基本依據(jù)，也表明了歐洲熱能表技術(shù)成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的程度。歐洲表熱

18、量積分計(jì)算儀一律采取的是k系數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞?。k系數(shù)的取值在進(jìn)水和回水上是不同的，只能規(guī)定其中一個(gè)固定的位置，不得變換。因此，歐洲的熱能表一般規(guī)定要安裝在回水管道上，也就是流量計(jì)只能測(cè)回水的流量。如果用戶盜用熱水，熱量計(jì)量結(jié)果反而減少。管道施工和安裝也不夠靈活和方便。歐洲熱能表采用的測(cè)溫元件是pt100和pt500。pt100即在0時(shí)電阻值為100歐姆，測(cè)溫探頭的引線電阻必然會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。因此對(duì)引線電纜的長(zhǎng)度有嚴(yán)格的要求，一旦配對(duì)完畢，不可任意延長(zhǎng)或縮短。此外，還有價(jià)格昂貴的問(wèn)題。幾年來(lái)3個(gè)國(guó)家5家公司在中國(guó)幾個(gè)城市的試點(diǎn)，在節(jié)能效果上都得出了肯定的結(jié)論，但推廣卻受到阻力。除去等待政策外，價(jià)格

19、昂貴也是重要的原因。1.2.2 我國(guó)研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)中國(guó)熱能表的自行研制開(kāi)始于上世紀(jì)的九十年代。根據(jù)專利文獻(xiàn)，中國(guó)最早研制“采暖用熱能表”的是山西的一位教師。中國(guó)熱能表的研發(fā)、生產(chǎn)中，認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒了國(guó)外成熟的技術(shù)，也針對(duì)中國(guó)國(guó)情做了大量自主開(kāi)發(fā)的努力。中國(guó)熱能表有以下特點(diǎn)：測(cè)溫傳感器選用了pt1000(歐洲的熱能表過(guò)去一般采用pt100和pt500)；這使得測(cè)量信噪比提高了2-10倍。中國(guó)熱能表設(shè)計(jì)大多數(shù)能做到：既可用于測(cè)量供熱量，也可用于測(cè)量供冷量(吸熱量)，一表兩用。既可用于集中供熱計(jì)量收費(fèi)；也可用于正在發(fā)展的冷熱聯(lián)供，及中央冷暖空調(diào)的系統(tǒng)和分戶冷熱計(jì)量。歐洲的熱能表一般規(guī)定將流量計(jì)安裝在回

20、水管道上，我國(guó)熱能表大都設(shè)計(jì)成既可安裝在進(jìn)水管道上，也可安裝在回水管道上，對(duì)盜用熱水有一定的制約作用。中國(guó)國(guó)產(chǎn)熱能表的價(jià)格大概是歐洲進(jìn)口熱能表的1/2至2/3左右，并且中國(guó)目前的供熱系統(tǒng)對(duì)中國(guó)的熱能表提出了比歐洲國(guó)家更苛刻的要求，如要求熱能表對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性更高。熱能表中流量計(jì)是主要的部件，流量計(jì)量傳感技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，問(wèn)題較多，中國(guó)熱能表在這方面尤其是薄弱的環(huán)節(jié)。1.3 研究?jī)?nèi)容和方法研究?jī)?nèi)容以單片機(jī)為核心，配合進(jìn)水回水測(cè)溫電路、流量計(jì)，計(jì)算出系統(tǒng)釋放的熱能并顯示流量和熱能參數(shù)。其中系統(tǒng)的誤差不大于5%；溫度傳感器用pt1000，流量計(jì)的輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)，模塊用液晶顯示，可以顯示累積流量、累計(jì)熱

21、能、瞬時(shí)流量、當(dāng)前進(jìn)水溫度和回水溫度等參數(shù)；設(shè)計(jì)流量和熱能的算法公式；溫度信號(hào)的處理用自己搭建的電路實(shí)現(xiàn)；各種信息通過(guò)gsm通信傳播；編寫單片機(jī)程序，做出實(shí)物。為此，通過(guò)查看國(guó)內(nèi)外熱能模塊相關(guān)資料，根據(jù)課題要求對(duì)熱能表進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)流量傳感器和溫度傳感器對(duì)水流量和水溫的測(cè)量，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)計(jì)算出相應(yīng)的測(cè)量值。通過(guò)按鍵、功能鍵模塊調(diào)用在液晶模塊上進(jìn)行顯示，同時(shí)系統(tǒng)精確度能夠滿足要求。第2章 熱能表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 熱能表系統(tǒng)的原理與組成2.1.1 熱能表的基本工作原理熱能表用于采暖系統(tǒng)中，將一對(duì)溫度傳感器分別安裝在熱能交換回路的入水口和出水口處，流量傳感器安裝在出口處

22、，當(dāng)熱能表模塊開(kāi)始工作時(shí)，單片機(jī)采集這對(duì)溫度傳感器入水口和出水口的溫度信號(hào)和流量傳感器的流量信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些信號(hào)的處理和計(jì)算，得出在進(jìn)行熱交換過(guò)程中回路系統(tǒng)的入水溫度、出水溫度、瞬時(shí)流量、累積流量和累計(jì)熱量等信息，通過(guò)液晶屏顯示出這幾種數(shù)據(jù)量，再按時(shí)間將這些信息發(fā)給統(tǒng)計(jì)部門供供暖部門對(duì)各戶進(jìn)行收費(fèi)。2.1.2 熱能表結(jié)構(gòu)框架熱能表模塊主要由單片機(jī)、測(cè)溫電路、流量傳感器、顯示、按鍵、電源電路、gsm通信模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 熱能表模塊結(jié)構(gòu)框圖測(cè)溫電路1和測(cè)溫電路2分別測(cè)量熱交換系統(tǒng)的入水和出水溫度，流量計(jì)測(cè)量流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水流量，通過(guò)發(fā)出脈沖信號(hào)的頻率來(lái)計(jì)算流量

23、信息。單片機(jī)通過(guò)采集這三個(gè)信號(hào)通過(guò)處理和計(jì)算，得出熱交換系統(tǒng)的入水溫度、出水溫度、瞬時(shí)流量、累積流量和累計(jì)熱量等結(jié)果。顯示屏可以對(duì)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)量進(jìn)行顯示。按鍵可以通過(guò)對(duì)程序的設(shè)計(jì)來(lái)控制熱能表的各種功能，如切換液晶屏顯示數(shù)據(jù)等。電源模塊通過(guò)設(shè)計(jì)完成對(duì)熱能表系統(tǒng)的供電，盡量采取電池供電，滿足現(xiàn)實(shí)需要。單片機(jī)定時(shí)通過(guò)gsm模塊向統(tǒng)計(jì)部門發(fā)出統(tǒng)計(jì)信息用實(shí)現(xiàn)供暖公司對(duì)用戶取暖收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3 熱能表的組成及相關(guān)性能指標(biāo)熱量表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)cj128-2000中定義熱量表(heat meter)：用于測(cè)量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱量的儀表。熱量表主要有以下三部分組成：(1)流量計(jì)：用以測(cè)量流

24、經(jīng)熱交換的熱水流量；(2)溫度傳感器：分別用來(lái)測(cè)量供暖進(jìn)回水溫度；(3)積算器：根據(jù)流量計(jì)和溫度傳感器提供的流量和溫度，通過(guò)熱力學(xué)公式計(jì)算出用戶從熱交換系統(tǒng)中獲得的熱量。熱量表作為一種計(jì)量器具，屬于國(guó)家規(guī)定“實(shí)行強(qiáng)制檢定”的儀表產(chǎn)品，應(yīng)滿足熱量表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)cj128-2000中規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)和相關(guān)要求，主要技術(shù)要求如下：1)環(huán)境溫度：環(huán)境a類：+5+55 環(huán)境b類：-25+552)熱量表至少顯示熱量、流量、累積流量、供回水溫度和累積工作時(shí)間。3)熱量的顯示單位必須用j或wh及其十倍數(shù)。累積流量的顯示單位必須用m3。4)溫度的顯示單位必須用顯示。顯示單位必須標(biāo)在不被混淆的位置。5)顯示數(shù)字的可見(jiàn)高

25、度不應(yīng)小于4mm，小數(shù)數(shù)字必須有小數(shù)點(diǎn)分開(kāi)。6)熱量表必須能夠在最大熱功率下持續(xù)3000h無(wú)超量程地顯示熱量。在最大熱功率下工作一小時(shí)，熱量表最小位數(shù)至少步進(jìn)一位。7)熱量表應(yīng)能承受規(guī)定溫度及壓力下的水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)。8)在常用流量時(shí)，最大允許壓力損失不應(yīng)超過(guò)0.025mpa。9)溫度測(cè)量應(yīng)采用鉑電阻溫度傳感器。如果溫度傳感器和計(jì)算器組成一體，也可采用其他形式的溫度傳感器。溫度傳感器應(yīng)經(jīng)過(guò)測(cè)量選擇配對(duì)。10)熱量表的最大溫差與最小溫差之比應(yīng)大于10，供貨廠家必須提供最小溫差值。11)熱量表的電源宜采用內(nèi)裝電池，內(nèi)裝電池的使用壽命應(yīng)大于5年。12)熱量表計(jì)量準(zhǔn)確度分為三級(jí)，采用相對(duì)誤差限

26、e表示，相對(duì)誤差限e定義如下： e= (2-1) 式中: vd顯示的測(cè)量 vc常規(guī)真實(shí)值。1級(jí) e=(2+4 +0.01) (2-2)2級(jí) e=(3+4+0.02) (2-3)3級(jí) e=(4+4 +0.05) (2-4)式中 : e相對(duì)誤差限%； tmin最小溫差； t使用范圍內(nèi)的溫差 ； qp常用流量m3/h； q使用范圍內(nèi)的流量m3/h。 整體式熱量表準(zhǔn)確度應(yīng)按上述三個(gè)等級(jí)執(zhí)行。13)組合式熱量表準(zhǔn)確度等級(jí)可按分部件誤差限執(zhí)行。熱量表總誤差為三項(xiàng)誤差的算術(shù)和值(絕對(duì)值和)。 計(jì)算器誤差限e e=(0.5+) (2-5)配對(duì)溫度傳感器誤差限e e=(0.5+3) (2-6)流量傳感器誤差限e

27、 1級(jí) e=(1+0.01) (2-7)2級(jí) e=(2+0.02) (2-8) 3級(jí) e=(3+0.05) (2-9) 各級(jí)流量傳感器誤差限最大不應(yīng)超過(guò)5%。2.2 熱量計(jì)算原理2.2.1熱量的計(jì)算公式熱量的計(jì)算公式習(xí)慣上分為兩種：直接計(jì)算法也稱焓差法見(jiàn)式(2-10)和k系數(shù)計(jì)算法見(jiàn)式(2-11)。 (2-10)式中：釋放或吸收的熱量(或)；流經(jīng)熱能表中載熱液體的質(zhì)量流量()；流經(jīng)熱能表的水的體積流量()；流經(jīng)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(shí)間()。 (2-11)式中：釋放或吸收的熱量(或)；載熱液體流經(jīng)熱交換系統(tǒng)水的體積()；熱交換系統(tǒng)中載熱液體入口

28、處和出口處的溫度差()；熱系數(shù)，它是載熱液體在相應(yīng)溫度和壓力下的函()或()。由于第1種方法采用不同溫度(和壓力)下比焓值差和密度值，直接計(jì)算出熱量，從理論上說(shuō)，它較第2種k系數(shù)方法補(bǔ)償更直接和明確。將式2-10化為求和式 (2-12)式中：第時(shí)刻流經(jīng)熱能表水的體積流量；，分別為供水、回水的溫度下對(duì)應(yīng)的比焓值； 流經(jīng)熱能表的水的密度()。本熱能表的熱量計(jì)算和累積就是根據(jù)式2-12進(jìn)行的。2.2.2熱量計(jì)算公式的對(duì)比分析選擇我國(guó)供熱體制改革是借鑒了歐洲的經(jīng)驗(yàn)下推行的，熱量表行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及熱量表鑒定方法及流程是以歐洲標(biāo)準(zhǔn)en1434“熱能表”為范本，結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情狀況進(jìn)行制定。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)下

29、en1434“熱能表”的k系數(shù)的計(jì)算公式是： (2-13)式中：熱交換回路中入口溫度對(duì)應(yīng)的載熱液體的比焓值()； 熱交換回路中出口溫度對(duì)應(yīng)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()。 (2-14)式中：r=461.526；=(當(dāng)體積計(jì)量位置在入口處)或(當(dāng)體積計(jì)量位置在出口處)。 (2-15)其中：、為常數(shù)；(=1386)。由式(2-13)、(2-14)、(2-15)可以看出熱系數(shù)k是由焓差計(jì)算得出來(lái)的，因此可以說(shuō)焓差法和熱系數(shù)法在本質(zhì)上是相同的。如果假設(shè)入口溫度為80，出口溫度為50，壓力為0.6，質(zhì)量流量為6，在1的時(shí)

30、間內(nèi)釋放的熱量。焓差法：=753.6；熱系數(shù)法：=0.2093=753.4。兩種方法的計(jì)算差別：=0.03%?？梢钥闯鰞煞N計(jì)算方法間的計(jì)算差別遠(yuǎn)小于1級(jí)熱能表的誤差限，所以采用不同方法引起的計(jì)算差別是完全可以忽略的。在測(cè)量過(guò)程中為了計(jì)算方便往往在流量傳感器輸出質(zhì)量流量時(shí)采用焓差法計(jì)算而流量傳感器輸出體積流量時(shí)采用熱系數(shù)法計(jì)算?？偟膩?lái)說(shuō)熱能表熱量計(jì)算方法主要有k系數(shù)法和焓差法，k系數(shù)法和焓差法有著相當(dāng)緊密的聯(lián)系，同時(shí)兩種計(jì)量方法之間存在著一定的差值，但對(duì)于熱能表來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)不一致對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生的影響，可以忽略不計(jì)。根據(jù)實(shí)際情況我們選用焓差法進(jìn)行熱能計(jì)算。2.3 流量傳感器的選擇2.3.1 流量傳

31、感器的選型分析流量傳感器按照國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的情況，主要分為超聲波式、電磁式、機(jī)械式(其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式)。為此，對(duì)比這三種方案的熱能表，各自具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：(1)超聲波式熱能表采用超聲波式流量計(jì)的熱能表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，順?biāo)鱾鞑ニ俣扰c逆水流傳播速度差計(jì)算流體的流速，從而計(jì)算出流體流量。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)介質(zhì)無(wú)特殊要求；流量測(cè)量的準(zhǔn)確度不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響，流量測(cè)量范圍比一般的機(jī)械式熱能表寬，尤其是在測(cè)量小流量時(shí)準(zhǔn)確度比機(jī)械式熱能表高。一般dn40以上的熱能表多采用這種流量計(jì)。具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點(diǎn)。缺點(diǎn)：初投資相對(duì)較高，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)要

32、考慮成本因素。氣泡對(duì)準(zhǔn)確測(cè)量干擾很大，安裝時(shí)要求進(jìn)行排氣措施。(2)電磁式熱能表采用電磁式流量計(jì)的熱能表的統(tǒng)稱。是一種測(cè)量熱變換系統(tǒng)中載熱流體所釋放的熱量的計(jì)量?jī)x表。它使用了高精度、高可靠性電磁流量計(jì)作為流量測(cè)量，采用高精度、高穩(wěn)定性的鉑金熱電阻做溫度測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：該熱能表具有非常優(yōu)異的測(cè)量性能。缺點(diǎn)：由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有熱能表采用這種方案。(3)機(jī)械式熱能表采用機(jī)械式流量計(jì)的熱能表的統(tǒng)稱。機(jī)械式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理與熱水表類似。優(yōu)點(diǎn)：具有制造工藝簡(jiǎn)單，相對(duì)成本較低，性能穩(wěn)定，計(jì)量精度相對(duì)較高等。目前在dn25以下的戶用熱能表當(dāng)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，幾乎全部采用機(jī)械式流量

33、計(jì)。缺點(diǎn)：受水質(zhì)影響比較大。以上三種方案中，電磁式熱能表成本極高并且需要外加電源，所以排除這種方案，超聲波式熱能表雖然比機(jī)械式熱能表計(jì)量精密，但是維護(hù)復(fù)雜，初期成本高，故障后只能整體替換，進(jìn)一步提高了使用該方法的成本。不僅如此，由于采暖過(guò)程中，高溫會(huì)使管道壁上形成氣泡，這些都會(huì)給超聲波熱能表流量計(jì)的計(jì)量精度帶來(lái)巨大影響。機(jī)械式流量計(jì)對(duì)于所處環(huán)境要求較為寬松，價(jià)格也較為合理，所以三種流量計(jì)比較起來(lái)選擇機(jī)械式熱能表無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)方面還是精度方面均有較大優(yōu)勢(shì)。綜上所述，設(shè)計(jì)中采用lct-9273系列流量傳感器中的lct-9273b。2.3.2 lct-9273b型流量傳感器簡(jiǎn)介lct-9723系列無(wú)磁

34、流量傳感器，主要用于測(cè)量物體的平動(dòng)位移或轉(zhuǎn)動(dòng)位移、平動(dòng)速度或轉(zhuǎn)動(dòng)速度，輸出數(shù)字信號(hào)，優(yōu)良的遠(yuǎn)距離傳輸功能，功耗極低(小于7a)，能有效滿足工程測(cè)量應(yīng)用的要求。因此可以解決上述無(wú)磁流量計(jì)的諸多弊端，且具有微功耗(56a)，高精度，不受葉輪上下竄動(dòng)影響，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，耐大溫差等特點(diǎn)，并具有相當(dāng)好的遠(yuǎn)傳能力，詳細(xì)指標(biāo)可以參考有關(guān)應(yīng)用說(shuō)明書。另外本模塊采用微功耗、高可靠性、大溫差、寬電壓設(shè)計(jì)，本芯片尤其是適用于在要求微功耗、高可靠性、大溫差的應(yīng)用環(huán)境中，應(yīng)是優(yōu)良的首選器件，其潛在的及尚未開(kāi)發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，具有一系列的潛在效益和應(yīng)用前景，并在各領(lǐng)域中都具有很大的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)選用

35、的lct-9723b：藍(lán)色圓形封裝 ，內(nèi)含探頭，外帶三芯屏蔽線和接地線，適用基表類型為浪花、連利的小口徑基表，暫無(wú)可選配件。其外接 17cm長(zhǎng)的三芯屏蔽線，5cm長(zhǎng)的接地線。其外觀如下圖2-3所示。三芯屏蔽線中：1 白色線：電源；2 紅色線：電源；3 黃綠線：接地線，4 黃色線：信號(hào)。圖2-3lct-9723b第3章 熱能表硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 stc12le5616ad單片機(jī)的選擇和簡(jiǎn)介stc12le5616ad是stc12c5620ad系列單片機(jī)之一，該系列單片機(jī)由stc生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1t)的單片機(jī)，是具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的805

36、1，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路，4路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。其它特點(diǎn)如下：1. 增強(qiáng)型8051cpu，1t，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2. 工作電壓：stc12le5620ad系列工作電壓：3.6v-2.2v(3v單片機(jī))。3. 工作頻率范圍：035mhz，相當(dāng)于普通8051的0420mhz。4. 用戶應(yīng)用程序空間16k字節(jié)。5. 片上集成768字節(jié)ram。6. 通用i/o口23個(gè)，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)i/o口)可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)

37、i/o驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20ma，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55ma。7. 有isp(在系統(tǒng)可編程)/iap(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口(p3.0/p3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8. 有eeprom功能。9. 看門狗。10. 內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路(外部晶體20m以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路)。11. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部r/c振蕩器。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部r/c振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘常溫下內(nèi)部r/c振蕩器頻率為：5.2mhz6.8mhz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。1

38、2. 共6個(gè)16位定時(shí)器。兩個(gè)傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器t0和t1，沒(méi)有定時(shí)器2，pca模塊可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)16為定時(shí)器。13. 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由t0的溢出在p1.0輸出時(shí)鐘，可由t1的溢出在p1.1輸出時(shí)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(shí)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(jì)數(shù)器陣列，4路) 也可用來(lái)當(dāng)4路d/a使用。 也可用來(lái)在實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器

39、。 也可用來(lái)在實(shí)現(xiàn)4個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別)。16. a/d轉(zhuǎn)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，也可再用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口。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(jí))/075(商業(yè)級(jí))。20. 封裝：lqfp-32，sop-32/28/20，skdip-28，pidip-20，tssop-20。stc12le5620ad系列單片機(jī)有多種型號(hào)和管腳，也分不同的排列形式，如雙列窄型/寬型和方型。單片機(jī)封裝有貼片式(ssop)和雙列直插式(dip)。本設(shè)計(jì)選用的

40、是stc12le5616ad型的3v單片機(jī)，此型單片機(jī)是20管腳窄型雙列直插式的。選擇此型單片機(jī)主要是從功能和成本方面考慮的，stc12le5616ad型單片機(jī)能夠很好的滿足設(shè)計(jì)要求，能降低成本，提升性能，原有程序能夠直接使用，硬件無(wú)需改動(dòng)，使產(chǎn)品更小，更輕。stc12le5616ad型單片機(jī)封裝圖如圖3-1所示。圖3-1 stc12le5616ad型單片機(jī)封裝3.2 主電路設(shè)計(jì)主電路主要元件為單片機(jī)，為使單片機(jī)正常工作，配有電源，晶振電路，復(fù)位電路。主電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 主電路原理圖單片機(jī)的復(fù)位引腳是3引腳rst，其復(fù)位方法為通過(guò)短時(shí)間的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，這里使用的復(fù)位方法

41、是上電復(fù)位，這種方法使用的是電解電容在剛通電是進(jìn)行充電，使得電路有短時(shí)間的電流通過(guò)，單片機(jī)利用這種方法進(jìn)行上電復(fù)位。4號(hào)引腳為rxd/p3.0引腳，這個(gè)引腳的主要作用是單片機(jī)串行通信的接收端子，5號(hào)引腳為txd/p3.1引腳，這個(gè)引腳的主要作用是單片機(jī)串行通信的發(fā)送端子，單片機(jī)由這兩個(gè)串口與gsm模塊進(jìn)行通信，完成對(duì)gsm模塊的控制。6號(hào)和7號(hào)引腳分別是xtal2和xtal1，這兩個(gè)引腳用于外接晶振，為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，使單片機(jī)依據(jù)該信號(hào)執(zhí)行指令，通過(guò)對(duì)外部晶振頻率的替換可以使單片機(jī)的執(zhí)行速度進(jìn)行改變，在晶振外部并聯(lián)兩個(gè)30pf電容，這兩個(gè)電容與晶振形成諧振，使得單片機(jī)能夠穩(wěn)定的頻率進(jìn)行工作

42、，減少程序錯(cuò)誤的發(fā)生。9號(hào)引腳是clkout/t0/p3.5接外部脈沖，用于計(jì)數(shù)流量計(jì)的脈沖信號(hào)，完成單片機(jī)對(duì)流量的統(tǒng)計(jì)。10號(hào)引腳p3.4，16號(hào)引腳p2.7和15號(hào)引腳p2.6這三個(gè)引腳分別與三個(gè)按鍵key1、key2、key3連接，通過(guò)單片機(jī)對(duì)不同按鍵的識(shí)別，調(diào)用不同的子程序，完成按鍵對(duì)熱能表不同功能的控制。1號(hào)引腳p2.2，2號(hào)引腳p2.3，12號(hào)引腳p2.4，13號(hào)引腳p2.5分別與oled12864液晶屏的scl、sda、rst、d/c連接，用于控制液晶屏的顯示。18號(hào)引腳p1.0和19號(hào)引腳p1.1連接st1和st2，通過(guò)兩個(gè)引腳把上水和回水溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，完成熱能

43、的計(jì)算。28引腳和14號(hào)引腳分別接電源和地，為單片機(jī)供電。其余引腳全部懸空。3.3 流量傳感器電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中選擇lct-9723系列中的lct-9723b型流量傳感器，其基本工作原理如下圖3-3所示。圖3-3 基本工作原理lct-9723b型流量傳感器利用探頭感應(yīng)被測(cè)物的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并將采樣信號(hào)送入控制器進(jìn)行處理并輸出穩(wěn)定幅度的方波信號(hào)。輸出方波的數(shù)量就是被測(cè)物經(jīng)過(guò)探頭位置的次數(shù)，通過(guò)輸出方波頻率可計(jì)算被測(cè)物的移動(dòng)位移或速度。具體來(lái)說(shuō)，即設(shè)定傳感器探頭發(fā)出的脈沖頻率為f，在未接觸基表金屬膜片時(shí)為f1，并將其定為基準(zhǔn)頻率，而一旦接觸到金屬片后頻率便變?yōu)閒2，以此類推，這樣該跳變信號(hào)便經(jīng)過(guò)控制器、

44、比較器、和振蕩器的調(diào)節(jié)作用輸送到放大器，在放大器中將該信號(hào)放大一定倍數(shù)后再輸送至驅(qū)動(dòng)電路，最后傳到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后在液晶顯示電路中顯示出即時(shí)脈沖、累積流量等信息。流量傳感器將脈沖傳遞給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)算出水的流速，從而完成流速信號(hào)的采集，其接線圖如圖3-4所示。圖3-4 流量傳感器電路圖3.4 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)3.4.1 橋式電路分析橋式電路可以測(cè)量直流電阻或其變化量。橋式電路的基本形式是四臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。電橋?yàn)橹绷鞴╇?，?dāng)相鄰兩橋臂電阻的比值相等時(shí)，uo的輸出電壓為0；當(dāng)有一個(gè)電阻大小變化后，將會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)電阻比值不想等，uo的大小將會(huì)改變，uo的大小與電阻的關(guān)系

45、如式3-1所示： (3-1)圖3-5 橋式電路3.4.2 差分比例運(yùn)算電路分析差分放大電路利用電路參數(shù)的對(duì)稱性和負(fù)反饋?zhàn)饔?，有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)為顯著特征。此外，在電路對(duì)稱的條件下，差分放大電路具有很強(qiáng)的抑制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。差分比例運(yùn)算電路如圖3-6所示。圖3-6差分比例運(yùn)算電路兩個(gè)輸入電壓ui1和ui2各自通過(guò)電阻r1和r2分別加在集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端。另外，從輸出端通過(guò)反饋電阻rf接回到反相輸入端。為了保證運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，通常要求 (3-3)在理想條件下，由于“虛斷”，i+ =i- =0，利用

46、疊加定理可以求得反相輸入端得電位為： (3-4)同相輸入端的電位為： (3-5)因?yàn)椤疤摱獭?，即，所?(3-6)當(dāng)滿足條件r1=r2，rf=r時(shí)，整理上式，可以求得差分比例運(yùn)算電路的輸入輸出關(guān)系為： (3-7)3.4.3 pt1000橋式測(cè)溫電路pt1000橋式測(cè)溫電路如圖3-7所示。電路中供電通過(guò)tl431和電位器調(diào)節(jié)參考電壓，r5，r6，r7和pt1000構(gòu)成橋式電路(r5=r6，r7為可調(diào)精密電阻)，當(dāng)pt1000和r7電阻值不相等時(shí)，輸出的壓差信號(hào)通過(guò)由lm358構(gòu)成的放大電路輸出單片機(jī)可直接讀取的電壓信號(hào)，在通過(guò)單片機(jī)采集這個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)ad轉(zhuǎn)換和算式，可以計(jì)算出當(dāng)前溫度。在熱能

47、表系統(tǒng)中的進(jìn)水口和出水口各安裝一個(gè)這樣的電路，即可采集進(jìn)水口和出水口溫度，完成對(duì)熱能的計(jì)算。圖3-7 pt1000橋式測(cè)溫電路3.5 gsm通信模塊電路設(shè)計(jì)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(global system for mobile communication)就是眾所周知的gsm，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中采用gsm通信，可以使用較為低廉的短信成本即可完成對(duì)用戶計(jì)費(fèi)信息的統(tǒng)計(jì)，不僅如此，gsm通信非常成熟，在國(guó)內(nèi)大部分地方均有信號(hào)覆蓋，這樣可以更大的提升熱能表的適用范圍，并且由于信號(hào)穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、防盜考能力佳、信息靈敏等優(yōu)點(diǎn)，更大的提升了熱能表信息的傳輸能力。gsm通信屬于無(wú)線通信

48、，相比有線通信，無(wú)線通信具有以下特點(diǎn)：(1)成本廉價(jià)有線通信方式的建立必須架設(shè)電纜，或挖掘電纜溝，因此需要大量的人力和物力；而用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式則無(wú)需架設(shè)電纜或挖掘電纜溝，只需要在每個(gè)終端連接無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)和架設(shè)適當(dāng)高度的天線就可以了。相比之下用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，投資是相當(dāng)節(jié)省的。當(dāng)然在一些近距離的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，無(wú)線的通訊方式并不比有線的方式成本低，但是有時(shí)候?qū)嶋H的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境難以布線，客戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要還是會(huì)選用無(wú)線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。(2)建設(shè)工程周期短當(dāng)要把相距數(shù)公里到數(shù)十公里距離的遠(yuǎn)程站點(diǎn)相互連接通訊的時(shí)候，采用有線的方式，必須架設(shè)

49、長(zhǎng)距離的電纜或者挖掘漫長(zhǎng)的電纜溝，這個(gè)工程周期可能就需要數(shù)個(gè)月的時(shí)間，而用數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，只需要架設(shè)適當(dāng)高度的天線，工程周期只需要幾天或者幾周就可以，相比之下，無(wú)線的方式可以迅速組建起通信鏈路，工程周期大大縮短。(3)適應(yīng)性好有線通訊的局限性太大，在遇到一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動(dòng)物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時(shí)候，將對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的布線工程有著極強(qiáng)的制約力，而用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式將不受這些限制，所以說(shuō)用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式將比有線通訊有更好的更廣泛的適應(yīng)性，幾乎不受地理環(huán)境限制。 (4)擴(kuò)展性好在用戶組

50、建好一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)之后，常常因?yàn)橄到y(tǒng)的需要增加新的設(shè)備。如果采用有線的方式，需要重新的布線，施工比較麻煩，而且還有可能破壞原來(lái)的通訊線路，但是如果采用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，只需將新增設(shè)備與無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)相連接就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充了，相比之下有更好的擴(kuò)展性。 (5)設(shè)備維護(hù)上更容易實(shí)現(xiàn)有線通訊鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而采用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護(hù)數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式相比于有線通訊的缺點(diǎn)：可靠性有待改進(jìn)、受環(huán)境影響較大。3.5.1 gsm模塊的選擇通過(guò)比較各種類型的gsm模塊，最

51、后決定選擇tc35i模塊，該模塊為西門子公司的一款雙頻900/1800mhz的gsm模塊，它易于集成，可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開(kāi)發(fā)出新穎的產(chǎn)品，該模塊最大的優(yōu)點(diǎn)是通信方式為ttl電平通信，可以直接與單片機(jī)串口進(jìn)行通信，這樣做可以省去模塊與單片機(jī)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換減少熱能表整體大小。該模塊與手機(jī)卡連接后，就可以實(shí)現(xiàn)熱能表的無(wú)線控制和遠(yuǎn)程抄表。3.5.2 tc35i模塊簡(jiǎn)介tc35i新版西門子工業(yè)gsm模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)gsm模塊,工作在egsm900和gsm1800雙頻段,電源范圍為直流3.34.8v,電流消耗休眠狀態(tài)為3.5ma，空閑狀態(tài)為25ma，發(fā)射狀態(tài)為300ma(平均

52、)，2.5a峰值；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào),功耗在egsm900(4類)和gsm1800(1類)分別為2w和1w,通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接sim卡讀卡器和天線。圖3-8 tc35i原理圖sim電壓為3v/1.8v，tc35i的數(shù)據(jù)接口(cmos電平)通過(guò)at命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s115kb/s,自動(dòng)波特率為1.2kb/s115kb/s。tc35i的原理圖如圖3-8所示。tc35i模塊有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)zif(zeroinsertionforce，零阻力插座)連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、sim卡、音頻接口和控制。tc35i

53、的第15引腳是正電源輸入腳通常推薦值4.2v，第610引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對(duì)外輸出電壓(共外電路使用)，14為accu-temp接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護(hù)控制。15腳是啟動(dòng)腳igt，系統(tǒng)加電后為使tc35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給igt加一個(gè)大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)1ms。1623為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為dsr0、ring0、rxd0、txd0、cts0、rts0、dtr0和dcd0。tc35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合itu-trs232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps115kbps之間可選，默認(rèn)9600。硬件握手信號(hào)用rts0/cts0，軟件流量控制用xon/xoff，cmos電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的at命令集。其中18腳rxd、19腳txd為ttl的串口通訊腳，需要和單片機(jī)或者pc通訊。tc35i使用外接式sim卡,2429為sim卡引腳，sim卡同tc35i是這樣連接的:sim上的ccrst、ccio、cccl、ccvcc和ccgnd通過(guò)sim卡閱讀器與tc35i的同名端直接相連，zif連接座的ccin引腳用來(lái)檢測(cè)sim卡是否插好，如果連接正確，則ccin引腳輸出高電平，否則為低電平。tc35i的第32腳sync引腳有兩種工作模式