智能數(shù)顯熱能表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文智能數(shù)顯熱能表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)DesignofIntelligentDigitalDisplayHeatEnergyMeterSystem吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院2015年6月畢業(yè)設(shè)計(jì)論文智能數(shù)顯熱能表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)DesignofIntelligentDigitalDisplayHeatEnergyMeterSystem學(xué)生：指導(dǎo)教師：劉廣文(副教授)專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào)：110310102所在單位：電氣信息工程系答辯日期：2015年6月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《智能數(shù)顯熱能表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的《電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作規(guī)范》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。2．本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。3．在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。4．本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！作者簽名：年月目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II第1章緒論 11.1課題研究目的及意義 11.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 11.3國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.4主要研究?jī)?nèi)容 21.5熱能表相關(guān)性能指標(biāo) 3第2章熱能表的總體設(shè)計(jì) 42.1熱能表的工作原理 42.2熱能計(jì)算方法的確定 42.3硬件總體設(shè)計(jì) 52.4軟件總體設(shè)計(jì) 6第3章熱能表的硬件設(shè)計(jì) 73.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 73.1.1MSP430F149單片機(jī)簡(jiǎn)介 73.1.2電源電路設(shè)計(jì) 83.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì) 93.1.4晶振電路設(shè)計(jì) 93.1.5按鍵電路設(shè)計(jì) 103.2流量傳感器模塊的設(shè)計(jì) 103.2.1流量傳感器的選擇 103.2.2流量傳感器簡(jiǎn)介 103.2.3流量傳感器電路設(shè)計(jì) 113.3溫度傳感器電路設(shè)計(jì) 123.3.1橋式電路分析 123.3.2差分比例運(yùn)算電路分析 133.3.3Pt1000橋式測(cè)溫電路 143.4A/D轉(zhuǎn)換模塊 153.5顯示模塊 153.5.1LCD1602液晶顯示器簡(jiǎn)介 153.5.2液晶顯示電路設(shè)計(jì) 163.6串行通信模塊電路設(shè)計(jì) 17第4章熱能表的軟件設(shè)計(jì) 194.1主程序設(shè)計(jì) 194.2按鍵子程序設(shè)計(jì) 204.3定時(shí)器T0中斷設(shè)計(jì) 204.4流量統(tǒng)計(jì)子程序設(shè)計(jì) 214.5熱能計(jì)算子程序設(shè)計(jì) 224.6液晶顯示子程序設(shè)計(jì) 224.7串行通信子程序設(shè)計(jì) 234.8A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 24第5章熱能表精度分析 255.1熱能表準(zhǔn)確度 255.1.1準(zhǔn)確度定義 255.1.2誤差限的計(jì)算 255.2誤差限影響因素分析 26結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄1附錄2附錄3摘要隨著我國(guó)供熱體制的改革，熱能表將在不久的將來(lái)進(jìn)入家庭。本文介紹了智能數(shù)顯熱能表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用低功耗MSP430F149單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理的核心，用流量傳感器來(lái)測(cè)量熱水的流量，用熱敏電阻Pt1000溫度傳感器捕獲輸入和輸出熱水的溫度。該系統(tǒng)包括硬件和軟件，硬件包括單片機(jī)模塊、測(cè)溫模塊、流量傳感器模塊、串行通信模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源模塊；軟件部分包括主程序、按鍵、流量采集、溫度采集、A/D轉(zhuǎn)換、熱能計(jì)算、串行通訊模塊、顯示等子程序。單片機(jī)分析處理采集的溫度和流量信息，通過(guò)顯示模塊顯示熱水入口溫度、出口溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、本次熱量、累計(jì)熱量等信息，然后通過(guò)通信模塊發(fā)送給PC機(jī)，對(duì)用戶使用的熱能進(jìn)行計(jì)費(fèi)。關(guān)鍵詞：熱能表；MSP430F149單片機(jī)；流量傳感器；溫度傳感器ABSTRACTAlongwiththereformofheatingsystem,heatenergytablewillbeenteringthefamilyinthenearfuture.Thispaperintroducesthedesignoftheintelligentdigitaldisplayheatenergytablesystem,thesystemadoptsMSP430F149singlechipasthecoreofdataprocessing,lowpowerconsumptionbyflowsensortomeasuretheflowofhotwater,withaPt1000temperaturesensorcaptureinputandoutputtemperatureofhotwater.Thesystemincludeshardwareandsoftware,hardwareincludessinglechipmodule,temperaturemeasurementmodule,theflowsensormodule,serialcommunicationmodule,displaymodule,keysmoduleandpowermodule;Softwarepartincludesthemainprogram,buttons,trafficacquisition,temperatureacquisition,A/Dconversion,thermalcalculation,serialcommunicationmodule,displayprograms.Single-chipmicrocomputeranalysistocollectthetemperatureandflowofinformation,throughthedisplaymoduledisplaytheinlettemperatureandoutlettemperature,instantaneousflow,totalflowrate,thecumulativeofheatenergy,andthensenttothePCthroughthecommunicationmodule,theuserusingtheheatenergyforbilling.Keywords:Heatenergytable;MSP430F149singlechip;Flowsensor;Temperaturesensor第1章緒論1.1課題研究目的及意義在我國(guó)，供暖是一個(gè)長(zhǎng)期性的話題，長(zhǎng)江以北的大部分地區(qū)采用集體供暖，地暖等方式供暖，如果白天家里沒(méi)有人，而供暖還在持續(xù)，那么，這部分就完全被浪費(fèi)了，現(xiàn)如今越來(lái)越多地提倡節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境，資源利用由粗放式轉(zhuǎn)向節(jié)約式。如果可以用多少供多少，那么就可以節(jié)約很大一部分資源，群眾不但會(huì)節(jié)約一大部分供暖費(fèi)，而且可以改善按與實(shí)際采暖面積不符的按建筑面積收費(fèi)的弊端。在這個(gè)資源即將匱乏的星球，節(jié)約能源已經(jīng)是不得不重視的話題，所以，在供暖采暖方面，有很大必要做出一些改善，很有必要來(lái)一次節(jié)能革命。歐洲的很大一部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把供熱體系發(fā)展到了智能化[1]，而我國(guó)還處于初級(jí)階段，我們不能再把人多難度大當(dāng)成一個(gè)借口，而把它當(dāng)成前進(jìn)的理由。我希望通過(guò)熱能表的普及，達(dá)到節(jié)約資源、充分利用資源的目的，既能讓資源的使用率提高，也能讓人民受益。1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀集中供暖計(jì)量收費(fèi)是20世紀(jì)70年代中期由歐洲開始的。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?，F(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。歐洲表熱量積分計(jì)算儀一律采取的是K系數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞絒2]。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。參考文獻(xiàn)[1]高峰.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2007,4.104～131[2]杜樹春.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007,10.48～51[3]魏立功.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2004[4]呂崇德,姜學(xué)智等.熱工參數(shù)測(cè)量與處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,1990,1[5]王樹峰.關(guān)于我國(guó)熱能表的歷史,現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷,2005(5)[6]翟智民.熱能表誤差限的分析[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2009(3)[7]楊精林，曹立軍,韓來(lái)章,吳偉福.熱能表示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定[J].工業(yè)計(jì)量,2005[8]包勝華.熱量表中的溫度傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器,2003(3)[9]胡誠(chéng).高精度溫度控制系統(tǒng)的研究[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(3)[10]劉小亮.基于STC12LE5410AD單片機(jī)的熱能表的研制[D].河北科技大學(xué)，2012[11]李晶,莫德舉.戶用低功耗超聲式熱量表的研究[J].北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京，100029[12]陳秋陽(yáng),陳春平.基于MSP430FW427無(wú)磁熱能表的設(shè)計(jì)[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版，2010年第1期英文文獻(xiàn)：[13]ZhangTao.TheResearchandApplicationofLowPowerDesignmentinIntelligentHeatMeter[D].HebeiUniversityofTechnology,2006,3,pp.3-4[14]LiFang.StudyofCalculationMethodsofHeatTransmissionofHeatmeters[J].pp.475-477[15]YeXian-ming;ZhangXiao-dong,“Designonintelligentheatmeter”,InstrumentTechniquesandSensorno[J].1,2005,pp10-12[16]FangLide,“Studyondynamiccharacterofanewheatingmeasurementandcontrolsystem”,Master’sdegreedissertationofHeBeiUniversityofTechnology[D],2005.3,pp18-36附錄1原理圖附錄2元器件清單表1元器件清單元件類型標(biāo)號(hào)數(shù)量(個(gè))1KΩR7、R17、R23、R2442KΩR3、R4、R13、R1445.1KΩR1、R11210KΩR6、R8、R16、R18、R21、R226100KΩR2、R10、R12、R204POT2R5、R9、R15、R194Pt1000J1、J22232-1J41103C7、C8、C9、C114104C2、C3、C4、C5、C6、C10、C13、C158100uFC9、C14210uFC11LM358NU2A、U2B2TL431T1A、T1B2CONJ31KEYS1、S22流量傳感器CG11MSP430F149U11LCD16021LM7805U71AMS1117-3.3U41SP3223U11BridgeD118MHZ晶振Y11附錄3源程序清單//reneng.c主程序#include<msp430F149.h>#include<intrins.h>#include<string.h>#include<stdio.h>#include"codetab.h"#include"isp.h"unsignedcharSCC1[10];unsignedcharSCC2[10];#include"ad.h"sbitk1=P3^2;sbitk2=P3^3;sbitk3=P3^4;union{floatl;charc[4];};unsignedcharspeed,tmp1,tmp2,t,kk;unsignedintspeed;longsaheat;floatheat,aheat;voidchange(floatj,unsignedcharcc[]){ 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ccc(); display(kk); }}voidhet()interrupt1{ t++; if(t==66) { check_tmp(); jisuan(); save(); } TH0=(65535-50000)/256; 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