付費(fèi)式熱能計(jì)量與控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)推薦

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）城鎮(zhèn)供暖是生活環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，將直接影響到城鎮(zhèn)居民的日常生活。近年來，由于實(shí)施分戶熱量收費(fèi)的迫切需要，設(shè)計(jì)一種預(yù)付費(fèi)式熱能計(jì)量控制系統(tǒng)十分必要。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的熱能計(jì)量與控制系統(tǒng)。通過DS18B20溫度傳感器和DN20流量傳感器，將溫度、流量數(shù)據(jù)直接傳給單片機(jī)。根據(jù)公式算出消耗的熱能值，并且通過LCD顯示屏顯示消費(fèi)、余額、溫度、時(shí)間等相關(guān)信息，系統(tǒng)設(shè)置有語音預(yù)警提示。單片機(jī)輸出信號通過D/A、V/I電路，將輸出信號傳遞給電動調(diào)節(jié)閥，控制閥門的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度目的。通過CAN總線以及非接觸式IC卡模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和用戶的預(yù)付費(fèi)功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲在儲存芯片AT24C04A內(nèi)，防止數(shù)據(jù)丟失。預(yù)付費(fèi)熱量表不僅可以解決供暖系統(tǒng)中耗熱的計(jì)量問題，還大大提高了供暖計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，杜絕錯(cuò)誤、遺漏等問題，為科學(xué)、及時(shí)、準(zhǔn)確、合理進(jìn)行民用供熱系統(tǒng)的熱能計(jì)費(fèi)、收費(fèi)、控制提供了有效的工具。關(guān)鍵詞：預(yù)付費(fèi)；熱能計(jì)量；遠(yuǎn)程抄表本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractHeatingisanimportantindicatorofurbanenvironmentalqualityoflife,willdirectlyaffectthedailylifeofurbanresidents.Inrecentyears,duetotheurgentneedtoimplementhouseholdcaloriecharges,todesignaprepaid-typeheatmeasurementandcontrolsystemisnecessary.ThispaperdesignsenergymeasurementandcontrolsystembasedonAT89S52microcontroller.DN20throughDS18B20temperaturesensorsandflowsensors,temperature,flowdatadirectlytothemicrocontroller.Energyconsumptionvaluescalculatedaccordingtotheformula,andtheLCDdisplayshowsconsumption,balance,temperature,time,andotherrelevantinformation,thesystemisprovidedwithavoicewarningprompt.MicrocontrolleroutputsignalthroughtheD/A,V/Icircuit,theoutputsignalistransmittedtotheelectriccontrolvalve,controlvalveopening,toregulatetheindoortemperaturepurposes.RemotemeterreadingandusersviatheCANbusandnon-contactICcardprepaidmodulefunctions.SystemdatastoredinmemorychipsAT24C04A,preventdataloss.Calorimeterprepaidheatingsystemcannotonlysolvemeasurementproblemsinheatconsumption,butalsogreatlyimprovetheaccuracyandtimeliness,toeliminateerrors,omissionsandotherproblemsheatingbillingforscientific,timely,accurateandreasonableconductcivilheatingsystemsheatbilling,charging,controlprovideseffectivetools.Keywords:Prepaid;EnergyMetering;RemoteMeterReadingII本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 5\o"CurrentDocument"課題來源與實(shí)際應(yīng)用意義 5\o"CurrentDocument"國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6\o"CurrentDocument"系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求 8\o"CurrentDocument"第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"熱能計(jì)量方法 10\o"CurrentDocument"總體設(shè)計(jì)框圖 11\o"CurrentDocument"控制器的選型 11\o"CurrentDocument"溫度傳感器選擇 12\o"CurrentDocument"流量傳感器選擇 13\o"CurrentDocument"IC卡選型 13\o"CurrentDocument"通訊方式選擇 14\o"CurrentDocument"第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"單片最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"溫度檢測模塊設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"流量檢測模塊設(shè)計(jì) 19\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì) 22\o"CurrentDocument"時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 23\o"CurrentDocument"IC卡接口模塊設(shè)計(jì) 24\o"CurrentDocument"天線電路 26\o"CurrentDocument"電動調(diào)節(jié)閥控制電路設(shè)計(jì) 27\o"CurrentDocument"顯示模塊設(shè)計(jì) 30\o"CurrentDocument"報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 31\o"CurrentDocument"鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 31\o"CurrentDocument"通信模塊設(shè)計(jì) 32\o"CurrentDocument"電源及電源監(jiān)控電路設(shè)計(jì) 33\o"CurrentDocument"第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 36\o"CurrentDocument"系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 36\o"CurrentDocument"初始化子程序設(shè)計(jì) 38\o"CurrentDocument"溫度檢測子程序設(shè)計(jì) 39iii本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"流量檢測子程序設(shè)計(jì) 40\o"CurrentDocument"熱能計(jì)量子程序設(shè)計(jì) 41\o"CurrentDocument"顯示子程序設(shè)計(jì) 42\o"CurrentDocument"IC卡讀寫子程序設(shè)計(jì) 43\o"CurrentDocument"報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 44\o"CurrentDocument"CAN總線子程序設(shè)計(jì) 45\o"CurrentDocument"第5章結(jié)論 46\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 47\o"CurrentDocument"致謝 49\o"CurrentDocument"附錄I 50附錄H 58附錄皿 58IV本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章緒論課題來源與實(shí)際應(yīng)用意義近年來，由我國冬季供暖問題而引發(fā)的矛盾一直是各方關(guān)注的焦點(diǎn)，主要表現(xiàn)在計(jì)價(jià)方法不嚴(yán)謹(jǐn)，繳納供暖費(fèi)不方便，目前國內(nèi)大部分地區(qū)以面積收費(fèi)，不同地區(qū)的居民供暖溫度不同但費(fèi)用統(tǒng)一收取。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和完善，將現(xiàn)行的供暖計(jì)費(fèi)方式由按建筑面積計(jì)費(fèi)變?yōu)榘聪牡臒崮苡?jì)費(fèi)是供暖計(jì)費(fèi)方式發(fā)展趨勢。新型供暖計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和新型供暖設(shè)備開發(fā)等硬件措施則更是必備的條件。家庭采暖用熱能做為需要花錢購買的的消費(fèi)品，已為廣大消費(fèi)者認(rèn)可。近年來，國家建設(shè)部、各地建委也相繼頒布了有關(guān)推廣政策，要求實(shí)行采暖分戶計(jì)量。但是，采暖分戶計(jì)量收費(fèi)在我國還是一個(gè)全新的話題。它涉及到政策、管理、收費(fèi)方式、相關(guān)產(chǎn)品、技術(shù)等諸多問題。供熱收費(fèi)體制的改革是其中一個(gè)重要組成部分，它已成為繼醫(yī)療、住房改革后與人民生活密切相關(guān)的又一熱點(diǎn)問題。為此，本文設(shè)計(jì)了一種新型的熱能計(jì)量系統(tǒng)，為科學(xué)、及時(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、合理進(jìn)行分戶供熱系統(tǒng)的熱能計(jì)費(fèi)、繳費(fèi)、控制提供了有效的工具。我國地域廣闊，人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，其中住宅建設(shè)約占居住建筑的92%,住宅建設(shè)量大而且面廣，至今仍呈上升趨勢，而且這個(gè)上升趨勢還將持續(xù)20?30年。但是我們必須清醒的看到，我國如此龐大的房屋建筑及住宅建設(shè)的快速增長是以資源和能源的高消耗為代價(jià)換取的，除了利用最直接的資源--土地以外，住宅能源消耗的增長是住宅建設(shè)發(fā)展的一大限制因素。當(dāng)前由于我國建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，供暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達(dá)國家的3倍。到2000年，全國城市建筑耗能將占能源生產(chǎn)總量的14%,這就說明，只有堅(jiān)決采取節(jié)約能源的措施才能維持建筑的可持續(xù)發(fā)展。國外的熱計(jì)量經(jīng)驗(yàn)表明，按照熱量收費(fèi)的制度是促使用戶自覺節(jié)能的最有效手段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，把“大鍋飯”式的采暖包費(fèi)制，改為按實(shí)際使用熱量向用戶收費(fèi)，可節(jié)能20%?30%。而在我國長期以來實(shí)行福利制供暖，能耗多少與用戶利益無關(guān)，這是大鍋飯?bào)w制遺留下來的一大弊端，也是供熱系統(tǒng)節(jié)能工作的一個(gè)最大障礙。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀供熱方式的選擇和發(fā)展隨著一個(gè)國家所處的地理位置、能源資源、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、能源技術(shù)水平等情況的差異而有所不同。與國外相比，我國目前采暖系統(tǒng)相對落后，主要是系統(tǒng)熱效率低，室溫冷熱不均，采暖費(fèi)按面積計(jì)費(fèi)。我國在按戶計(jì)量與溫度控制方面的研究處于起步階段，當(dāng)前的任務(wù)是深化理論計(jì)算研究，完善適合中國國情的系統(tǒng)方案，進(jìn)行深入的、全面的試點(diǎn)試驗(yàn)，制定相應(yīng)的測試方法。我國到2012年在新建住宅和現(xiàn)有住宅中將全面推廣分戶熱計(jì)量供暖型式，實(shí)行供暖按用熱量收費(fèi)制度，這是我國節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施之一，也是世界各國的發(fā)展趨勢。國外熱量是以商品進(jìn)入市場的。歐洲早在20世紀(jì)二十年代就開始進(jìn)行按戶計(jì)量，八十年代已全面實(shí)行集中供暖按戶計(jì)量。美國到八十年代末期應(yīng)用的熱量計(jì)量儀表己達(dá)到250萬臺。七十年代末出現(xiàn)的能源危機(jī)及能源消耗加大環(huán)境污染，使得節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境成了舉世矚目的大事，促進(jìn)了發(fā)達(dá)國家供熱計(jì)量技術(shù)的長足發(fā)展。德國規(guī)定每棟樓必須安裝熱量計(jì)，每組換熱器必須安裝溫控閥和熱計(jì)量裝置。在法國1980年公布的熱計(jì)量收費(fèi)法規(guī)中，也明確制定了每棟樓必須安裝熱計(jì)量表，不允許按面積收費(fèi)。收費(fèi)方法也作了明確規(guī)定：生活熱水按熱水表計(jì)量收費(fèi)，采暖熱費(fèi)則要分兩部分收取，其中30?40%為按建筑面積計(jì)算，60?70%按消耗的熱量計(jì)算。我國早在1986年開始試行第一部建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但建設(shè)部2000年對北方地區(qū)的檢查結(jié)果表明：真正的節(jié)能建筑只占到同期建筑總量的64%!不僅單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達(dá)國家新建建筑的3倍以上，而且空調(diào)系統(tǒng)的能耗也居高不下。事實(shí)上，造成大量能源浪費(fèi)的原因，除體制方面的原因外，還在于傳統(tǒng)的按面積繳納熱費(fèi)或冷氣費(fèi)的做法無形中縱容了“高能耗”的行為。由于我國熱計(jì)量方面的研究處于起步階段，存在一定程度上的盲目性與試探性，研究中出現(xiàn)了一些問題與爭議，比如國外的熱計(jì)量方式與推廣經(jīng)驗(yàn)是否適合中國國情？國外的熱計(jì)量產(chǎn)品能否在中國完全適用？什么樣的系統(tǒng)能夠應(yīng)用計(jì)量？面對我國如此大的市場需求，開發(fā)什么產(chǎn)品、采用什么系統(tǒng)方式能夠經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠，在達(dá)到節(jié)能目的的同時(shí)，滿足舒適需要等等，這些都需要我們進(jìn)行更深入地研究和探討。近幾年來，國內(nèi)許多部門做了大量有效的工作，在居住建筑建立適合熱量計(jì)量的供熱系統(tǒng)以及熱量計(jì)量方法方面做了一些示范工程，進(jìn)行了有益的探索，取得了一定的成效。目前，國內(nèi)不少單位根據(jù)建筑采暖必須計(jì)量收費(fèi)的原則，已著手研究開發(fā)建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，引進(jìn)、消化、研制相關(guān)的控制手段和儀表。北京、長春、沈陽等城市的供熱單位已經(jīng)以不同規(guī)模，不同供熱計(jì)量方式進(jìn)行了試驗(yàn)，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)并取得了可喜的成績。比如天津市凱麗花園熱分配式的熱計(jì)量、龍?zhí)堵饭?jié)能住宅一戶一表式熱計(jì)量等，都為下一步的研究提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另外，熱計(jì)量產(chǎn)品方面，一方面，國外大公司如：何德魯美、Honeywell、西門子、斯倫貝謝等大舉進(jìn)入中國市場，另一方面，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)全面進(jìn)入起步階段，熱計(jì)量產(chǎn)品的研制開發(fā)工作發(fā)展很快，己經(jīng)有數(shù)家企業(yè)開發(fā)出類似產(chǎn)品。特別是在北歐國家，從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來，十分重視建筑節(jié)能工作，并制定了有關(guān)政策、法規(guī)以及相配套的技術(shù)措施。國外發(fā)達(dá)國家的集中供熱系統(tǒng)均為動態(tài)的變流量系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)與控制技術(shù)先進(jìn)，控制手段完善，設(shè)備質(zhì)量高。通常一次管網(wǎng)所提供的熱量在熱力站交換成二次采暖熱水和民用生活熱水。在熱力站的二次水系統(tǒng)中均安裝有變頻調(diào)速的水泵、壓差控制器、電動調(diào)節(jié)閥、氣溫補(bǔ)償器以及回水溫度限制器等設(shè)備。有了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運(yùn)行模式。集中采暖按熱量計(jì)費(fèi)是世界各國發(fā)展的趨勢，也是各國家節(jié)能環(huán)保的一項(xiàng)基本措施。目前除西方發(fā)達(dá)國家已采用這一措施外，東歐各國及原蘇聯(lián)地區(qū)國家正逐步推廣。與此同時(shí)，集中采暖按熱量計(jì)費(fèi)的相應(yīng)技術(shù)也進(jìn)一步發(fā)展，采暖系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)更加先進(jìn)，計(jì)費(fèi)技術(shù)更加可靠和準(zhǔn)確，整個(gè)采暖熱量計(jì)費(fèi)裝置向小型化、計(jì)算機(jī)化發(fā)展。1、國外民用熱量計(jì)量方法(1)測取熱量值收費(fèi)該方法需對用戶的流量及供、回水溫度進(jìn)行測量。例如德國早在1981年就頒布了關(guān)于熱費(fèi)的規(guī)定(根據(jù)國家1976節(jié)能法)，規(guī)定要求在所有新建和現(xiàn)有多層建筑的公寓中安裝分戶熱計(jì)量裝置，住宅按照計(jì)量的熱耗付費(fèi)，但沒有規(guī)定強(qiáng)制性技術(shù)。東西德統(tǒng)一后，上述法令要求前東德的多層住宅在1995年前必須安裝熱計(jì)量裝置。目前約98%的公寓住戶根據(jù)計(jì)量繳納熱費(fèi)。該方法的特點(diǎn)是：原理上準(zhǔn)確，但價(jià)格較貴，安裝復(fù)雜，并且在小流量時(shí)，計(jì)量誤差較大。目前在法國、瑞典等國應(yīng)用較多。(2)通過測定用戶散熱設(shè)備的散熱來確定用戶的用熱量該方法是利用散熱器平均溫度與室內(nèi)溫度差值的函數(shù)關(guān)系來確定散熱器的散熱量；儀表為熱量分配儀表，常用的有蒸發(fā)式和電子式兩種。蒸發(fā)式熱量分配儀表的特點(diǎn)費(fèi)用不高，安裝簡易，但計(jì)量準(zhǔn)確性較差。電子式熱量分配表的特點(diǎn)是：計(jì)量較準(zhǔn)確、方便，價(jià)格比熱量計(jì)量表低，并且可在戶外讀值。目前在歐美受到歡迎。(3)通過測定用戶的熱負(fù)荷來確定用戶的用熱量該方法是測定室內(nèi)、外溫度，并對取體暖季節(jié)內(nèi)的室內(nèi)、外溫差累積求和，然后乘以房間常數(shù)(如體積熱指標(biāo)等)來確定收費(fèi)。儀表為測溫儀表，特點(diǎn)是安本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)裝容易，價(jià)格較低。但有時(shí)將記憶散熱器溫控閥的設(shè)定溫度作典型室內(nèi)溫度而將某一基準(zhǔn)溫度作室外溫度。該方法的特點(diǎn)是：安裝容易，價(jià)格較低。但由于遵循相同舒適度繳納相同熱費(fèi)的原則，用戶的熱費(fèi)只與設(shè)定的或測得的室溫有關(guān)，而與實(shí)際用熱量無關(guān)因此開窗等浪費(fèi)能源的現(xiàn)象無法約束，不利于節(jié)能。目前德國不允許采用，美國、法國有使用供熱采暖網(wǎng)。2、我國現(xiàn)行供熱收費(fèi)辦法(1)按熱量收費(fèi)此方法一般是在熱電廠與熱力公司結(jié)算時(shí)采用。其前提是必須有準(zhǔn)確的并被供需雙方都認(rèn)可的計(jì)量儀表。這是最準(zhǔn)確且無爭議的辦法。(2)按流量收費(fèi)對一些使用工業(yè)蒸汽的用戶與供熱單位之間多采用這種辦法。這種收費(fèi)方法只計(jì)流量而沒考慮蒸汽的品質(zhì)，且供需雙方常因計(jì)量儀表的計(jì)數(shù)差別過大而有爭議。(3)按建筑面積收費(fèi)這種方法主要用于城市采暖用熱的用戶，是目前各類城市中采用較多的一種方法。(4)按使用面積收費(fèi)這種方法與第3種方法基本相同。兩種方法在粗略估算時(shí)以建筑面積乘以0.7等于使用面積。(5)按安裝的供暖裝置數(shù)量收費(fèi)這種方法在個(gè)別中小城市中采用，主要是為了制止、控制某些居民隨意在居住建筑中增設(shè)供暖裝置而采用的辦法。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求本文所設(shè)計(jì)的熱量計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)能完成熱量按戶計(jì)量計(jì)費(fèi)任務(wù)，并具有以下功能：1、用戶的耗熱量計(jì)量、存儲，斷電能長期保存數(shù)據(jù)；2、顯示模塊可顯示用戶供熱系統(tǒng)的進(jìn)水溫度、出水溫度、熱水流量、耗熱量及剩余熱量、取暖費(fèi)用等參數(shù)；3、預(yù)付費(fèi)功能，即先交費(fèi)后方可取暖；4、關(guān)斷功能，即當(dāng)用戶暖氣表發(fā)生故障或用戶欠費(fèi)時(shí)可關(guān)斷閥門停止供暖；5、預(yù)警功能，即提示用戶即將欠費(fèi)關(guān)斷；6、遠(yuǎn)傳控制功能，即用戶計(jì)量數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)自動抄表，且管理系統(tǒng)可控本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）制用戶供熱系統(tǒng)的開、關(guān)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求為：1、所用方案應(yīng)科學(xué)、工作可靠、經(jīng)濟(jì)適用、便于推廣應(yīng)用；2、技術(shù)指標(biāo)可計(jì)進(jìn)水溫度3?100℃±1℃；可計(jì)出水溫度3?100℃±1℃；可計(jì)流量0?9.99±0.01kg/s；20s消耗熱量0?9999.99±0.01kJ。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1熱能計(jì)量方法目前，國產(chǎn)熱量表的熱量計(jì)量方法基本可以分為以下幾種。通過測定用戶的熱負(fù)荷來確定用戶的用熱量的溫差法。該方法是測定室內(nèi)、外溫度，并對取暖季節(jié)內(nèi)的室內(nèi)、外溫差累積求和，然后乘以房間常數(shù)（如體積熱指標(biāo)等）來確定收費(fèi)。儀表為測溫儀表，特點(diǎn)安裝容易，價(jià)格較低。但此種方法需要在室外安裝測溫設(shè)備，而并不直接測量供熱量值，不夠精確，容易受到多種環(huán)境因素干擾，另外，也不利于長時(shí)間累計(jì)計(jì)量，偏重對溫度差的測量。故此法舍去。其次是比較常用的焙差法。Q=qm（hf-hr）=qr（Cpf?pf?力-Cm?pr?0r） （2-1）式中cpf，cpr為入口與出口的定壓比熱容。qv,qm為瞬時(shí)體積、質(zhì)量流量。pf，Pr為入口與出口溫度下的載熱流體密度。0f，0r為入口與出口的溫度。該公式計(jì)算簡單，只要根據(jù)實(shí)測溫度。查表得常數(shù)，代入公式即可。然而，溫度測量精度提高，需要測量計(jì)算的數(shù)據(jù)也就越多。而且，對于所測溫度，需要采用線性插值等近似計(jì)算技術(shù)，通過搜索與其距離最近的點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的焙值，從而得出瞬時(shí)熱量。這一方法會帶來無法避免的誤差，造成收費(fèi)不準(zhǔn)確。故此法舍棄。本設(shè)計(jì)中采用的熱量計(jì)量方法是常系數(shù)比熱容法，按熱量收費(fèi)的方法。消耗熱能Q的計(jì)算公式如下：Q=C?V?At （At=t—t回） （2-2）其中：C為水的比熱容（C=0.01167kWh/L?℃）；V為流過采暖設(shè)備的熱水體積；t進(jìn)水、t回水為流過采暖設(shè)備的兩個(gè)溫度；按照設(shè)計(jì)要求，屏幕可以在一段時(shí)間內(nèi)顯示耗熱量及剩余熱量。剩余熱能Q2=Q1-Q（Q1為用戶所購買熱能和）。10本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總體設(shè)計(jì)框圖整個(gè)系統(tǒng)工作由溫度、流量傳感器檢測溫度和流量的變化，然后將溫度信號和流量信號傳輸給單片機(jī)控制系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)接收傳感器信號，通過軟件程序?qū)ν鈬娐愤M(jìn)行驅(qū)動工作，外圍電路主要包括，顯示及報(bào)警驅(qū)動電路、存儲電路、時(shí)鐘電路、鍵盤電路、IC卡預(yù)付費(fèi)電路、通信電路及電動閥控制電路等。然后實(shí)現(xiàn)對熱量使用信息的顯示，數(shù)據(jù)的傳輸與保存，費(fèi)用時(shí)間的提醒等。流量檢測模塊 ?微控制器 ?顯示接口模塊—進(jìn)水溫度檢測模塊-_j. 鍵盤接口模塊出水溫度檢測模塊■■報(bào)警模塊數(shù)據(jù)存儲模塊閥門控制模塊.時(shí)鐘模塊 IC卡接口模塊電源模塊r圖2.1整體設(shè)計(jì)框圖控制器的選型單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所以對于單片機(jī)的選擇是非常重要的。選購單片機(jī)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：其一是目標(biāo)系統(tǒng)需要哪些資源；其二是根據(jù)成本的控制選擇價(jià)格最低的產(chǎn)品；其三是應(yīng)盡量選擇自己熟悉的單片機(jī)品種，這可以縮短研制周期；其四是選擇具有現(xiàn)成開發(fā)工具的機(jī)種；其五是選擇集程度高、可靠度高的機(jī)種，是系統(tǒng)體積小、成本低?，F(xiàn)有市場上常見的有51、PIC、MSP430等系列單片機(jī)。根據(jù)所學(xué)知識比較熟悉的是AT89S51、S52單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高11本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flach存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。偏上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。綜上所述，鑒于本系統(tǒng)需要測量溫度、流量、等參數(shù)，同時(shí)還有鍵盤輸入、數(shù)碼管顯示、通信等，考慮到程序?qū)懭肟臻g、芯片性能等問題，所以選用AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)CPU。溫度傳感器選擇在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效^方^案。PT100，又叫鉑電阻，熱電阻，是一種溫度傳感器，鉑電阻溫度系數(shù)為0.0039X/℃,0℃時(shí)電阻值為100Q,電阻變化率為0.3851Q/C。采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備。三線制PT100要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測量鋁電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鋁電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時(shí)，導(dǎo)線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差，所以工業(yè)上一般都采用三線制接法。LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0℃開始。0℃?100℃18B20溫度傳感器是DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。12本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜上所述本設(shè)計(jì)選用了美國DALLAS公司最新推出的DS18B20單線數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，它可以把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。更符合設(shè)計(jì)要求。DS18B20的性能特點(diǎn)：1）采用單總線專用技術(shù)，即可通過串行口線，也可通過其他I/O口線與微機(jī)接口無須經(jīng)過其他變換電路,直接輸出被測溫度值2）無需外圍元件3）由總線提供電源4）測溫范圍為-55℃?125℃,測量分辨率為0.0625℃5）內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM6）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)流量傳感器選擇市場上熱量表中選用的流量傳感器主要有三種類型：電磁式流量傳感器、超聲波流量傳感器、葉輪流量傳感器。考慮到國內(nèi)的特殊情況，水源差雜質(zhì)多的情況，在熱量表的工作過程中十分容易吸附金屬雜質(zhì)。精度下降等問題因此無法避免。因此，就目前情況而言，在我國的客觀條件下，熱量表無磁化是一個(gè)必須的硬性條件。因此在設(shè)計(jì)當(dāng)中，在選擇流量傳感器時(shí)，首先的要求就是其抗磁干擾能力。同時(shí)，綜合熱量表系統(tǒng)構(gòu)建的實(shí)際條件及大批量的用戶使用要求其價(jià)格低、非工業(yè)級別的測量對精度的要求不是特別高；家庭用供熱需要小口徑的管道；根據(jù)各種流量傳感器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)低功耗、低成本的要求，本系統(tǒng)采用無磁式流量傳感器DN20來進(jìn)行對供熱流量的計(jì)量。IC卡選型IC卡它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。IC卡與讀寫器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。根據(jù)通訊接口把IC卡分成接觸式IC卡、非接觸式IC和雙界面卡（同時(shí)具備接觸式與非接觸式通訊接口）。接觸式IC卡該類卡是通過IC卡讀寫設(shè)備的觸點(diǎn)與IC卡的觸點(diǎn)接觸后進(jìn)行數(shù)13本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）據(jù)的讀寫。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7816對此類卡的機(jī)械特性、電器特性等進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。非接觸式IC卡該類卡與IC卡設(shè)備無電路接觸，而是通過非接觸式的讀寫技術(shù)進(jìn)行讀寫（例如光或無線技術(shù)）。其內(nèi)嵌芯片除了CPU、邏輯單元、存儲單元外，增加了射頻收發(fā)電路。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10536系列闡述了對非接觸式IC卡的規(guī)定。該類卡一般用在使用頻繁、信息量相對較少、可靠性要求較高的場合。接觸式IC卡，存儲量大，保密功能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)一卡多用。但這類卡的讀寫速度慢，操作時(shí)必須把卡正確地插入到讀寫器的卡槽總才能完成數(shù)據(jù)交換，在一些需要頻繁讀寫卡的場合不方便，而且讀寫器的觸點(diǎn)和IC卡的觸腳在外面，造成損壞而接觸不良。非接觸式卡具有可靠性高、操作方便、防沖突、可以適合于多種應(yīng)用、加密性能好等優(yōu)點(diǎn)。非接觸式IC卡與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。此外，非接觸式卡表面無裸露芯片，無須擔(dān)心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問題，既便于卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。非接觸式卡使用時(shí)沒有方向性，卡片可以在任意方向掠過讀寫器表面，既可完成操作，提高了每次使用的速度。非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以“同時(shí)”處理多張非接觸式IC卡。這提高了應(yīng)用的并行性，無形中提高系統(tǒng)工作速度。非接觸式卡的序列號是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號固化，不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證IC卡的合法性，同時(shí)IC卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器之間進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密。此外，卡中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。接觸式卡的存儲器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它一卡多用，能運(yùn)用于不同系統(tǒng)，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件。通過以上分析，本系統(tǒng)采用非接觸式卡MIFIR1，讀寫模塊選用MFRC522。MFRC522是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。通訊方式選擇通信方式分為遠(yuǎn)程通信和近距離通信，同時(shí)分為有線通信和無線通信。目前我國普遍采用工作人員上門抄表，這樣的方法既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)時(shí)間。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳控制功能，即用戶計(jì)量數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)自動抄表。所以選擇遠(yuǎn)程通信。1、RS-48514本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）RS-485是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，允許在電路中有多個(gè)發(fā)送器，允許一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動多個(gè)負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以驅(qū)動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器組合單元。RS-485標(biāo)準(zhǔn)的共線電路結(jié)構(gòu)是在一對平衡傳輸線的兩端部配置終端電阻，其發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器可掛結(jié)在平衡傳輸線上的任何位置，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個(gè)驅(qū)動器和接收器共用同一傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用。2、現(xiàn)場總線CANCAN屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN能夠使用差分電壓傳送。CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主/從，通訊靈活。在通訊速率為5Kb/s時(shí)，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km。在通訊距離為40m時(shí)，最高通訊速率可達(dá)1Mb/s，而且傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。CAN總線采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突；采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短；每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕m于在高干擾環(huán)境下使用；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響；可以點(diǎn)對點(diǎn)，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作。具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、通信速率快、結(jié)構(gòu)簡單、互操作性好、總線協(xié)議具有完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制、靈活性高和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。據(jù)以上的分析和硬件成本方面的考慮，決定采用CAN作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€。15本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的微控制器選用AT89S52。它是一種低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，具有8K的可編程存儲器。與工業(yè)80C51引腳完全兼容。因?yàn)樵趩涡酒?，擁有靈巧的8位CPU,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)所使用。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，3直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。+S1_D0_?RESERU0.22K-"| 1 1 R21K5V4bC1-22TT1 A-poncco+P10 1U1 P1.0 VCCP1.1 P0.0P1.2 P0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5/MOSI P0.4P1.6/MISO P0.5P1.7/SCK P0.6REST —P0.7P3.0/RXD EA/VP]P3.17TXDALE/PROP3.2/INT0 PSENP3.3/INT1 P2.7P3.4/T0 P2.6P3.5/T1 P2.5P3.6/WR P2.4P3.7/RD P2.3XTAL2 P2.2XTAL1 P2.1GND P2.040P11 239P00uFCLK338P01ik*-*,i—CWW437P02P14 5JJ .U.J-J36 P03P1.56JUEU.J—35P0.4P16 734P05P17 833P06REST9QCDCnP301032P0.JQ1+5VP31 11 2八AT口P3212G29一,QINT01328DTRP341427TXDP3515iJL-z.x.J--26MX4?^^.^^"-LJWR16—25RXDun__irz_—24P2.3—23P2.21Fvi m—22P2.111-?-JL一C3_^3PF~20——21P2.0-“33fj圖3.1.單片機(jī)最小系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，即指使單片機(jī)能正常工作的所需的最少的電路，即應(yīng)包含CPU16本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及輔助電路、ROM、RAM及I/O端口等電路。在AT89S52的基礎(chǔ)上，加復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、EA引腳信號及電源即可。XTAL1接外部晶體的一端，振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2接外部晶體的另一端，振蕩器反相放大器的輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器（本設(shè)計(jì)選用晶體諧振器），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，如圖3.1所示。外接晶振時(shí)，C2、C3值通常選擇為30pF左右（本設(shè)計(jì)兩個(gè)選用33pF）。C2、C3對頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.2?12MHz（本設(shè)計(jì)選用11.0952乂出）。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號。RESET為復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位；VCC掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。本設(shè)計(jì)采用按鍵式復(fù)位電路，上電復(fù)位可利用電容充電來實(shí)現(xiàn)，也可通過按鍵來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)按鍵按下后，RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。溫度檢測模塊設(shè)計(jì)溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按照分類方式的不同主要有接觸式和非接觸式，模擬式和數(shù)字式。（a）接觸法。由熱平衡原理可知，兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長的時(shí)間達(dá)到熱平衡，它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。其特點(diǎn)是，溫度計(jì)要與被測物體有良好的熱接觸，使兩者達(dá)到熱平衡。因此，測溫準(zhǔn)確度較高。用接觸法測溫時(shí)，感溫元件要與被測物體接觸，往往要破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，并受被測介質(zhì)的腐蝕作用。因此，對感溫元件的結(jié)構(gòu)、性能要求苛刻。（b）非接觸法。利用物體的熱輻射能隨溫度變化的原理測定物體溫度，這種測溫方式稱為非接觸法。它的特點(diǎn)是：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。從原理上看，用這種方法測溫上限很高。通常用來測定1000℃以上的移動、旋轉(zhuǎn)或反應(yīng)迅速的高溫物體的表面溫度。本設(shè)計(jì)采用的DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。17本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)：（1）只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號。（3）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在一55oC到+125oC之間。（5）數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由64位ROM、9字節(jié)中間結(jié)果暫存器RAM、3字節(jié)EEPROM寄存器（包括非易失性電可擦寫溫度報(bào)警觸發(fā)器TH、TL和非易失性電可擦寫設(shè)置寄存器）、溫度傳感器和8位CRC發(fā)生器組成。每片DS18B20含有一個(gè)唯一的64位ROM編碼。頭八位是產(chǎn)品系列編碼，接著的48位是產(chǎn)品序列號，最后8位是循環(huán)冗余（CRC）校驗(yàn)碼。所以多片DS18B20能夠連接在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成混亂，這為溫度的多點(diǎn)測量帶來了極大的方便。溫度傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存放在便箋式存儲器中，如果測量的溫度值高于溫度報(bào)警觸發(fā)器TH或低于TL中的值，則DS18B20內(nèi)部的報(bào)警標(biāo)志位就被置位，表示溫度測量值超出范圍。DS18B20工作原理簡單。溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1,計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。在外部電源供電方式下，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。本系統(tǒng)中溫度采集部分的硬件電路框圖如圖3.2所示，其中測溫點(diǎn)是由數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成，DS18B20直接把溫度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。由于DS18B20是單總線式數(shù)字溫度傳感器，每個(gè)DS18B20都有獨(dú)立的序列號，因此本設(shè)計(jì)把3個(gè)DS18B20并聯(lián)在唯一的單線上，與單片機(jī)的P1.1口相連，完成溫度的18

■IGNDDQ-VDD-,1.1■IGNDDQ-VDD-,1.1R15.1KDS18B20 T2檢測。上拉電阻的限值為5.1弋修據(jù)采集、處理模塊主要由AT89S52單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)S52起實(shí)時(shí)控制及通訊作用，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和傳輸。單片機(jī)-VDD-I VDD -VDD-DS18B20GNDRDQVDDT2KT3X.51 +5V5.1KIT2T2TDS18B20GNDRDQVDDT2KT3X.51 +5V5.1KIT2T2T2TOTB81SDDDV.QDDNGOTB81SDDDV.QDDNGOTB81SDDDV-QDDNG3T圖3.2.溫度檢測電路D C B3.3流量檢測模塊設(shè)計(jì)液體流量傳感器，可分為有腐蝕液體流量傳感器以及沒有腐蝕液體流量傳感器，這只是從介質(zhì)方面來區(qū)分的，也是在應(yīng)用選要第一個(gè)注意的事項(xiàng)。A在國內(nèi)外眾多戶用熱量表產(chǎn)品中，因價(jià)格和功耗等諸多因素，普遍采用小口徑的流量傳感器。使用和研究實(shí)踐表明：直接采用小口徑的流量傳感器，存在一系列需要解決的問題。根據(jù)對熱量表流量傳感器的研究體會，發(fā)現(xiàn)小口徑熱量表流量傳感器時(shí)存在的主要問題有：量程問題，冷熱水流量系數(shù)差異問題，降低始1 2 3動流量和提高小流量情況下精度問題，磁傳方式存在的磁干擾問題，高溫失步問題，以及對我國供暖系統(tǒng)水質(zhì)的適應(yīng)性問題。建設(shè)部熱量表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“熱量表的常用流量應(yīng)符合GB/778.3冷水水表的要求，常用流量與最小流量之比應(yīng)為10、25、50或100。公稱直徑W40mm的熱量表，其常用流量與最小流量之比必須采用50或100?！蔽覈┡扇∠到y(tǒng)水質(zhì)差是普遍存在的問題，熱量表是否要適應(yīng)較差水質(zhì)，一直在業(yè)內(nèi)存在著爭論。我們認(rèn)為：在呼吁有關(guān)部門改善水質(zhì)的同時(shí)，研制熱量表必須考慮對不同水質(zhì)的適應(yīng)性，不能因?yàn)樗|(zhì)差就拒絕安裝熱量表。實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)表明：供熱采暖系統(tǒng)水中的雜質(zhì)主要是管道中殘留的泥土、雜物、沙礫、黑紅色的鐵銹。針對這一實(shí)際情況，我們采取加裝特制濾網(wǎng)和磁濾器的措施有效濾除上述雜質(zhì)，延長熱量表的使用時(shí)間。當(dāng)然，濾網(wǎng)和磁濾器要便于19本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)清洗或更換是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題，在水質(zhì)問題沒有得到徹底解決的情況下，做到每個(gè)采暖季清理一次是可行的。目前熱量表中使用的流量傳感器主要有以下三種類型：葉輪流量傳感器、超聲波流量傳感器、電磁式流量傳感器。(1)葉輪流量傳感器葉輪流量傳感器是通過葉輪的轉(zhuǎn)速測量熱水的流量。按口徑分為小口徑和大口徑。小口徑表(W40mm)又分為單流束式、多流束式和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)芯型多流束式三種，大口徑則分為水平螺翼式和垂直螺翼式二種。表的計(jì)數(shù)器按是否與熱水接觸又分為干式和濕式二種。干式傳感器的葉輪轉(zhuǎn)速通常是通過磁禍合的方式傳遞給計(jì)數(shù)器的，濕式傳感器則是通過機(jī)械連接的方式進(jìn)行傳動，即整個(gè)計(jì)數(shù)器浸在水中。葉輪式流量傳感器在規(guī)格上從小口徑到大口徑已形成系列化，能滿足不同使用范圍的要求。因?yàn)槿~輪式流量傳感器中有可動部件，所以對供熱介質(zhì)的要求較高，通常在安裝上要求配套過濾器，以防備雜質(zhì)對表的損傷。葉輪流量計(jì)測量原理和結(jié)構(gòu)相對簡單，所以價(jià)格較低。(2)超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器是通過波在水中的傳輸速度在順?biāo)骱湍嫠鞯姆较虿煌亩蟪鰺崴牧魉俚姆椒y量熱水的流量，波是通過壓電壓體發(fā)射和接受的。按測量原理的不同超聲波流量傳感器分為多普勒頻率法、頻差法和時(shí)差法等三種,目前大部分采用的時(shí)差法。另外按晶體探頭在內(nèi)部安裝位置的不同，即波穿過整個(gè)流體截而的形式不同又分為很多種式。在理論上講，當(dāng)波在管道的徑向(斜向)穿過流體截面的次數(shù)越多，其測量準(zhǔn)確度就越高。而將探頭安裝在管道的軸向中心的方式因?yàn)槠湟环矫鎳?yán)重?cái)_亂了流場的分布，另一方面其測量的流體流速不具整個(gè)流束截面的代表性，所以是不可取的。因超聲波流量傳感器的測量腔體內(nèi)部沒有任何可動部件，所以對介質(zhì)的成份或雜質(zhì)含量沒有要求。其使用壽命可達(dá)20年以上，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不適用于戶用計(jì)量。(3)電磁式流量傳感器電磁式流量傳感器是按法拉第定律測量熱水的流量，與超聲波一樣其內(nèi)部沒有任何可動部件。唯一不同之處是它對供熱介質(zhì)的電導(dǎo)率有要求(>10uS/cm較潔的水可達(dá)到要求)。因其結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜、價(jià)格較高且通常要求220V交流供電，所以通常不適用于戶用計(jì)量。葉輪流量傳感器因其價(jià)格低廉，大量應(yīng)用在熱量表中。針對普通葉輪流量傳感器具有磁感應(yīng)效應(yīng)的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)把當(dāng)今的無磁流量計(jì)應(yīng)用到熱量表中。無磁流量計(jì)是通過管道中的流體推動葉輪不斷地旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速直接決定于流體的流速。此機(jī)械轉(zhuǎn)動信號經(jīng)一種無磁非接觸式傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號送至微處理器，同20

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)計(jì)算出流體流量。它成功地解決了磁效應(yīng)流量計(jì)容易吸附鐵銹而使轉(zhuǎn)軸偏重，出現(xiàn)噪聲的缺點(diǎn)；而且也不會因?yàn)闇囟雀叨褂来糯艌鰪?qiáng)度降低，顯著降低計(jì)量精度，保證流量計(jì)的長期使用。這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案不僅可以最大限度地提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性，而且還能將功耗降至最低，從而有效延長熱量表流量測量的電池壽命。無磁流量測量是通過把熱水的流動轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的。流體在向前流動時(shí)，帶動葉片轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)類似于普通葉輪式流量計(jì)，葉片通過轉(zhuǎn)軸帶動上而的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。這個(gè)轉(zhuǎn)盤的表而是由兩種不同的材料制成的，它的一半是由非金屬材料制成，另一半是由金屬材料（一般為銅）制成。通過測量轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速來計(jì)算熱水的流量。本系統(tǒng)選取的北京惠晶通科技有限公司生產(chǎn)的電極式無磁流量計(jì)DN20。本無磁流量計(jì)的特點(diǎn)：a.寬電壓、低功耗設(shè)計(jì)，正常情況工作作電壓為3.5-5.5V,電流為動態(tài)值，在最小流量的情況下為9uA。b.利用脈沖激勵信號于金屬阻尼非阻尼振蕩技術(shù)，該技術(shù)可避免傳統(tǒng)基表的磁鋼結(jié)垢的缺點(diǎn)。c.多流束技術(shù)的采用保證了較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性以及較寬的量程范圍。d.傳感器采用無磁檢測技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和維護(hù)。e.智能化的自我診斷和糾錯(cuò)功能，保證儀表的正常運(yùn)行。f接口簡單，可便于與單片機(jī)建立可靠的脈沖信號輸出。g.當(dāng)電源電壓VCC高于3.6V時(shí)可采用光藕進(jìn)行信號的隔離，當(dāng)VCC為3.0-3.6v時(shí)，可以不需要光耦隔離，直接接收脈沖信號。h.脈沖為512us，為高電平脈沖信號。圖3.3為流量傳感器電路。1引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳，與單片機(jī)的P1.3引腳相連，1 2將檢測到的流量信號傳入單片機(jī)。2引腳為電源，3引腳為接地。選用1M阻值的上拉電阻。DN20DN20圖3.3流量傳感器電路21

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.4數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)當(dāng)中中，對于及時(shí)采集到的信息如果不進(jìn)行安全保護(hù)措施，若是丟失會造成嚴(yán)重后果。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，以及考慮到與單片機(jī)連接的方便性，F(xiàn)C接口是首選的。本系統(tǒng)采用了美國ATEML公司推出的AT24C04芯片，它的容量是4KB。AT24C04是ATEML公司的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到2.5V，額定電流為1mA，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存100年，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。簡而言之，AT24C02是一個(gè)在突然掉電的情況下存儲數(shù)據(jù)的芯片，即掉電存儲芯片。AT24C04的優(yōu)點(diǎn)是與400KHZ的F總線兼容；低功耗的CMOS技術(shù)；寫保護(hù)功能；頁寫緩沖器；10萬次編程/擦除周期；可保存數(shù)據(jù)100年。1 2R75.1KR85.1KVCCWPSCLSDAP15R75.1KR85.1KVCCWPSCLSDAP15圖3.4.數(shù)據(jù)存儲電路因?yàn)橹挥幸粋€(gè)AT24C04被總線尋址，故器件地址輸入端A0、A1、A2都接地（或懸空）；SCL為串行時(shí)鐘輸入管腳，經(jīng)電阻上拉后接單片機(jī)I/O口；SDA為串行數(shù)據(jù)地址端，用于接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)、地址，經(jīng)電阻上拉后接單片機(jī)I/O口；WP為寫保護(hù)管腳，接地之后用于執(zhí)行正常的讀/寫操作。22本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。PCF8563的多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能。是一款性價(jià)比極高的時(shí)鐘芯片，它已被廣泛用于電表、水表、氣表、電話、傳真機(jī)、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。PCF8563有16個(gè)8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內(nèi)置振蕩器、分頻器、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報(bào)警器、掉電檢測器和400kHz的總線接口。所有16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當(dāng)一個(gè)RTC寄存器被讀時(shí)，所有計(jì)數(shù)器的內(nèi)容將被鎖存，可以禁止對時(shí)鐘日歷芯片的錯(cuò)讀。其主要特性有：1、寬電壓范圍1.0?5.5V，復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值Vlow=0.9V。2、超低功耗：典型值為0.25uA（VDD=3.0YTamb=25℃）。3、可編程時(shí)鐘輸出頻率為：32.768KHz、1024Hz、32Hz、1Hz。4、四種報(bào)警功能和定時(shí)器功能。5、內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測電路。6、開漏中斷輸出。7、400kHz總線。表3.5引腳功能圖符號管腳號描述OSCI1振蕩器輸入OSCO2振蕩器輸出/INT3中斷輸出（開漏；低電平有效）VSS4地SCA5串行數(shù)據(jù)I/OSCL6串行時(shí)鐘輸入CLKOUT7時(shí)鐘輸出（開漏）VDD8正電源23本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖3.5時(shí)鐘電路IC卡接口模塊設(shè)計(jì)目前市場上非接觸式IC卡的種類很多，比如ATMEL公司的TEMIC系列，TI公司的TAG-IT系列，瑞士EM公司的EM系列等。但是其中最具有代表性的兩大射頻卡技術(shù)，就是荷蘭PHILIPS公司的MIFARE1技術(shù)和瑞士KABA公司的LEGIC技術(shù)。LEGIC技術(shù)在我國發(fā)展的初期曾占有大量的市場，即使是現(xiàn)在來講，其高度的安全性和靈活性是其它卡所不能比擬的。然而由于LEGIC的市場定位是中高端用戶的一卡通市場，其對安全認(rèn)證有較高的要求，目前在我國反而是MIFARE1技術(shù)得到了更為普遍推廣和應(yīng)用。MIFARE1卡內(nèi)部有1K字節(jié)的EEPROM存儲空間，共分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的密碼及訪問控制（包括簡單的讀、寫、邏輯算術(shù)運(yùn)算等），可以實(shí)現(xiàn)一卡多用；每張卡在發(fā)行時(shí)即有唯一的32位序列號，確保了卡的唯一性；具有防沖突機(jī)制，可以多張卡一起操作；數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫十萬次；可在-20到+50攝氏度的范圍內(nèi)正常工作。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，并且出于以后產(chǎn)品升級和兼容性的考慮，本課題選用MIFARE1卡作為熱表通訊和信息存儲的工具。MFRC522是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是NXP公司針對“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。MFRC522利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器24

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）部分可驅(qū)動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測（奇偶&CRC）。止匕外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC522支持MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s。作為13.56MHz高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MFRC522與MFRC500和MFRC530有不少相似之處，同時(shí)也具備諸多特點(diǎn)和差異。它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取SPI、I2C或串行UART（類似RS232）模式之一，有利于減少連線，縮小PCB板體積，降低成本。圖3.6為MFRC522的電路設(shè)計(jì)。MFRC522的OSCIN和OSCOUT分別為晶振電路的輸入輸出引腳，接27.12M的晶振，兩者通過一個(gè)15pF的電容接地隔離。使用MFRC522內(nèi)部產(chǎn)生的VMID信號作為RX引腳輸入信號的偏置。接收電路需在RX和VMID之間連接一分壓電路。MFRC522的復(fù)位信號RST由AT89S52給出。27.12MHz—pC1115pFTC1215pF—I—C9—^C10OSCINOSCOUTIRQNRSTPDSIGINAVDDSIGOUT—pC1115pFTC1215pF—I—C9—^C10OSCINOSCOUTIRQNRSTPDSIGINAVDDSIGOUTVMIDTESTPINRXTVSSAVSSTX1AUX1TVDDTX2AUX2TVSSEAD7I2CD6SDAD5PVDDD4DVDDD3DVSSD2PVSSD1■27ns.42—20-J——2^C5C6 I22 *47uF，，01uF」RST0324C70.1uF17圖3.6MFRC522電路25 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）天線電路為了與非接觸式ic卡進(jìn)行通信，讀寫器必須有能發(fā)射和接受射頻信號的天線D可以針對不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)不同大小和形狀的天線。圖3.7天線電路MFRC522根據(jù)其寄存器的設(shè)定對發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號，通過由天線驅(qū)動引腳TX1和TX2驅(qū)動的天線以13.56MHz的電磁波形式發(fā)送出去。在其射頻范圍內(nèi)的RFID卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。天線接收到卡片的響應(yīng)信號經(jīng)過天線匹配電路送到MFRC522的接收引腳RX，芯片內(nèi)部的接收器對接收信號進(jìn)行解調(diào)、譯碼，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由微控制器讀取。為了減少信號線上的干擾，使用了EMC高頻濾波電路。MFRC522的天線引腳TX1、TX2、RX以及參考電壓VMID先經(jīng)過EMC濾波電路，然后再B與天線匹配電路連接。L1、L2、C13、C14、C15、C16、C17、C18組成了MFRC522射頻發(fā)送信號的濾波電路；為了達(dá)到良好的電磁兼容在制作印刷電路板（PCB）時(shí)，這部分的電路必須緊靠MFRC522的天線引腳RX、TX1、TX2。天線線圈就是一個(gè)特定諧振頻率的LC電路，其輸入阻抗是輸入端信號電壓與信號電流之比，輸入阻抗具有電感分量和電抗分量，電抗分量的存在會減少天線從饋線對信號功率的提取，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡可能使電抗分量為零，即讓天線表現(xiàn)出純電阻特性，這時(shí)電路實(shí)現(xiàn)諧振。26

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3.8電動調(diào)節(jié)閥控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥采用智能電動調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥型號為QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，控制信號為4?20mADC或1?5VDC,輸出4?20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。其主要技術(shù)參數(shù)如下：(1)電源：220VAC,50HZ(2)輸入控制信號：4?20mADC或1?5VDC(3)公稱壓力：1.6MPa(4)公稱直徑：20mm⑸重復(fù)精度：±1%(6)介質(zhì)溫度：-4?+200℃(7)行程：10mm(8)功耗：5W根據(jù)數(shù)字PID公式算法，電流I的變化值與之確定的溫度的變化關(guān)系來控制閥門的開度。(8-1)AI=KNT+ZAT(n)+K[AT(n)-AT(n-1)](8-1)圖3.8.1電動閥門控制圖由于單片機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號不能直接驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥，所以需要D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)行信號處理。D/A(數(shù)/模)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。轉(zhuǎn)換過程是先將AT89S52送到D/A轉(zhuǎn)換器的各位二進(jìn)制數(shù)按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬分量，然后再以疊加方法把各模擬分量相加，其和就是D/A轉(zhuǎn)換的27本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果。使用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，要注意區(qū)分D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式和內(nèi)部是否帶有鎖存器。D/A轉(zhuǎn)換器有二種輸出形式，一種是電壓輸出形式，即給D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而輸出為電壓。另一種是電流輸出形式，即輸出為電流。在實(shí)際應(yīng)用中對于電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需要模擬電壓可在其輸出端加一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于D/A轉(zhuǎn)換器需要一定時(shí)間的，在這段時(shí)間內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量應(yīng)保持穩(wěn)定，為此應(yīng)當(dāng)在D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入端的前面設(shè)置鎖存器，以提供數(shù)據(jù)所存功能。D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、建立時(shí)間精度。分辨率是指輸入給D/A轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化，是輸出對輸入量變化敏感程度的描述。通常定義為輸出滿刻度值與2n之比（n為D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)）。顯然二進(jìn)制位數(shù)越多分辨率越高，即D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化的敏感程度越高。建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換速度。其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤差±（1/2）LSB時(shí)所需的時(shí)間。輸出形式為電流的轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，而輸出形式為電壓的轉(zhuǎn)換器，由于要加上完成I/V轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器的延時(shí)28本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)在本設(shè)計(jì)中采用DAC0832芯片作為D/A轉(zhuǎn)換器。美國國家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是具有2個(gè)輸入數(shù)據(jù)存儲器的8位DAC，它能直接與AT89S52單片機(jī)相連。DAC0832芯片與AT89S52接口時(shí)，常用是單緩沖方式或雙緩沖方式的單機(jī)行輸出。?單緩沖方式單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的二個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通方式，另一個(gè)處于受MCS-51控制的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖是多路模擬量輸出但并不要求多路輸出同步的情況下，就可以采用單緩沖方式。?雙緩沖方式對于多路的D/A轉(zhuǎn)換，要求同步輸出時(shí)，必須采用雙緩沖方式。以此種方式工作時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分二步完成的。單片機(jī)必須通過LE1端來鎖存待轉(zhuǎn)換數(shù)字量，通過LE2端來啟動D/A轉(zhuǎn)換。因此，雙緩沖方式下，DAC0832應(yīng)該為單片機(jī)提供二個(gè)I/O端口。圖3.8.2為D/A轉(zhuǎn)換電路連接圖。另外由于從D/A轉(zhuǎn)換器送出的是電壓(0?5V)不能直接接入電動調(diào)節(jié)閥，因此要把電壓轉(zhuǎn)換為4?20mA電流。它由運(yùn)算放大器、晶體管V1、V2組成。V1構(gòu)成倒相放大級，V2構(gòu)成電流輸出級。由于電路采用電流并聯(lián)負(fù)反饋，因此具有較好的恒流性能。1 2 3圖3.8.3V/I轉(zhuǎn)換電路29本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.9顯示模塊設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LCD數(shù)碼顯示器來顯示控制過程和運(yùn)算結(jié)果，由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此使用非常廣泛。它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。對于供暖計(jì)費(fèi)系統(tǒng)顯示屏需要顯示各種提示信息，如熱量、累計(jì)流量、供水溫度、回水溫度、累計(jì)工作時(shí)間、購熱量、熱表的剩余量。考慮到本系統(tǒng)的低功耗要求，這里采用液晶顯示器。LCD體積小、重量輕、功耗低。本系統(tǒng)采用的是型號是LCD1602。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。具體到LCD1602與單片機(jī)引腳的連接電路如圖3.9所示。通過調(diào)節(jié)電阻改變接入電路的電阻量，調(diào)節(jié)液晶顯示；RS管腳是數(shù)據(jù)/命令選擇端，通過接入單片機(jī)受單片機(jī)的控制；RW管腳是讀/寫選擇端，在本設(shè)計(jì)中，該LCD只作寫的作用，故接地；EN管腳為使能信號端，通過接入單片機(jī)受單片機(jī)的控制；DB0?DB7為數(shù)據(jù)輸入/輸出口，這些端口的信號也由單片機(jī)提供。 2C圖3.9LCD1602電路圖30本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)警模塊設(shè)計(jì)聲光報(bào)警器又叫聲光警號，是為了滿足客戶對報(bào)警響度和安裝位置的特殊要求而設(shè)置。同時(shí)發(fā)出聲、光二種警報(bào)信號。產(chǎn)品專用領(lǐng)域：鋼鐵冶金、電信鐵塔、起重機(jī)械、工程機(jī)械、港口碼頭、交通運(yùn)輸、風(fēng)力發(fā)電、遠(yuǎn)洋船舶等行業(yè)；是工業(yè)報(bào)警系統(tǒng)中的一個(gè)配件產(chǎn)品。系統(tǒng)的聲光報(bào)警電路如圖所示。當(dāng)用戶欠費(fèi)或即將欠費(fèi)時(shí)，系統(tǒng)將會產(chǎn)生報(bào)警。由于蜂鳴器的正常工作電流一般在20mA以上，而52系列單片機(jī)的I/O輸出電流約為5?10mA,顯然單片機(jī)的單個(gè)輸入/輸出管腳驅(qū)動電流無法達(dá)到設(shè)計(jì)所需電流值，因此采用合理的電路去驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警成為了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的關(guān)鍵。這里采用了8550型三極管驅(qū)動的方法，三極管的基極接單片機(jī)的P3.1管腳，顯然，當(dāng)單片機(jī)管腳輸出為高電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通，蜂鳴器不響，而當(dāng)單片機(jī)的P3.1管腳輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器上有電流經(jīng)過，發(fā)出聲音，完成聲音C圖3.10聲光報(bào)警系統(tǒng)鍵盤接口電路設(shè)計(jì)鍵盤設(shè)計(jì)考慮到熱量表的實(shí)際工作情況，應(yīng)該采用使用壽命長的自復(fù)式按鍵。按下為接通，松開后自動還原為斷開，由于單片機(jī)生產(chǎn)廠家的不同，內(nèi)部電路可能有所區(qū)別，因此有可能需要有上拉電阻，保證在沒有按鍵按下時(shí)為高電平,實(shí)際測試時(shí)應(yīng)注意這類問題。在設(shè)計(jì)中使用了四個(gè)功能鍵，功能分別是:按鍵1按下升溫，按鍵2按下降溫，按鍵3按下消除報(bào)警，按鍵4是復(fù)位按鍵，可以用來31本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在出錯(cuò)的時(shí)候?qū)⑾到y(tǒng)復(fù)位，也可以在充值的時(shí)候復(fù)位。SW-PBSW-PBSW-PBSW-PBSW-PBSW-PBSW-PBSW-PB圖3.11鍵盤電路通信模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用了CAN總線的通信模塊。CAN總線采用價(jià)格低廉而安裝方便的雙絞線作為通信介質(zhì),將各節(jié)點(diǎn)聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CAN控制器SJA1000作為核心,執(zhí)行CAN協(xié)議,包括數(shù)據(jù)的成幀和解幀以及幀的收發(fā)等等。由于SJA1000的總線驅(qū)動能力有限，它通過CAN收發(fā)器PCA82C250芯片與物理總線聯(lián)接起來。CAN收發(fā)器將來自CAN控制器的邏輯電平信號轉(zhuǎn)換成適合在CAN總線上傳輸且能被CAN收發(fā)器接收的邏輯電平信號，起到抗瞬間干擾和射頻干擾，增大通信距離和保護(hù)總線等作用。CAN控制器和收發(fā)器配合完成CAN協(xié)議中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議功能。微處理器STC89C52控制SJA1000的功能，包括初始化和監(jiān)控管理,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)通信，執(zhí)行應(yīng)用層功能。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競爭總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它1 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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。VCC1VCC2VCC1VCIN017345^701734^^TAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7ALECSRDTX0~TX1-RX0-RX1"MO：eR3490QR3590QOUVDDGN6NI37ENR38100nF390^--_C22VC(GNR36CZH6.2K'VCVCVCIN017345^701734^^TAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7ALECSRDTX0~TX1-RX0-RX1"MO：eR3490QR3590QOUVDDGN6NI37ENR38100nF390^--_C22VC(GNR36CZH6.2K'VCVCVCVSVSVSC2CTS3S25TWRXTALTNTXTAL2KOUTRSTR374K7GNDVDOUTENINVCCR39390Q-pC21_0.1uF6NI38C23THVREFRSDPCA82C250TXUA1RXDAI100nFSJA1000圖3.12CAN總線通信電路電源及電源監(jiān)控電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，電源設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能滿足系統(tǒng)的需要，并且穩(wěn)定性要好。為滿足設(shè)計(jì)需要的多種直流電源，本設(shè)計(jì)中主要選用的是低功耗的微型三端直流穩(wěn)壓器LM7805芯片。根據(jù)要求，所設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路三部分組成。1、整流電路電路中用了四個(gè)二極管，接成電橋形式，利用二極管的單向?qū)щ娦?，將?/p>