智能熱量表的設(shè)計(jì)與研究

摘要關(guān)鍵詞：熱量表；單片機(jī)；溫度傳感器；耗用熱能；二measuringtheuser'sheaofeachhouseholdintheimprovetheefficiencyAutomationdegreeandlevelofpropertymanagement.Onthebasisofreferencetoadvancedtechnology,anewgenerationofhigh-qualityheatmeterisdeveloped,whichhasperfectfunctions,wideapplicationrange,long-termreachingorexceedingthatofimportedsimilarproducts,amicrocomputersystem,whichinspectseachunitregularlyorinfsensorsrespectivelymeasuretheinletwatertemperatureandthereturntemperatureoftheheatingdevice.Afterthreesignalsar二 3 3第三章本設(shè)計(jì)要研究的問題及采用的方法 43.1技術(shù)路線 53.2設(shè)計(jì)成果 53.3方案論證 6 74.1單片機(jī)選型與介紹 74.2IPC的選型 9 4.3.1SHT11的結(jié)構(gòu)和工作原理 4.3.2硬件設(shè)計(jì) 4.3.5溫度值輸出 第五章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5.1電源部分 5.2.3報(bào)警電路 5.2.4按鍵電路設(shè)計(jì) 5.4電機(jī)控制電路 第六章軟件設(shè)計(jì) 6.3顯示子程序流程圖 第七章控制系統(tǒng)建模仿真 參考文獻(xiàn) (1)我國供熱屬于集體供熱，而且很多地方一天24小時(shí)不間斷供熱，這(2)我國智能控制技術(shù)不成熟，目前很多家中有4第三章本設(shè)計(jì)要研究的問題及采用的方法機(jī)內(nèi)部。控制回路采用8位的D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出變頻器(1)對(duì)系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行分析，對(duì)單片機(jī)原理、溫度、流量檢測(cè)原理以能流量表將室內(nèi)的溫度和流量信息收集起來，在通過單片機(jī)內(nèi)部簡(jiǎn)單的計(jì)[方室丙濕度[方室丙濕度繼電器傳感器變頻器叫轉(zhuǎn)換器單片機(jī)溫濕度設(shè)定圖3-1系統(tǒng)圖6進(jìn)行計(jì)算和設(shè)置，最后將反應(yīng)出的結(jié)果反饋至開始N第四章硬件選型適合我們使用的一種單片機(jī)，并且這種可反復(fù)擦寫的單片機(jī)也完全滿足這次設(shè)計(jì)的需求。選用這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)的好處是大家對(duì)它十分了解，在后期的編程主要性能參數(shù)如下：類別參數(shù)存儲(chǔ)器4k字節(jié)擦寫周期全靜態(tài)操作128×8字節(jié)I/0口定時(shí)/計(jì)數(shù)器2×16位中斷源6通道可編程串行UART電源低功耗空閑和掉電模式AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖4-1所示。8pt5決4魚2為低8位地址總線或者數(shù)據(jù)總線使用。PO口作為輸出時(shí)，連接的端口寫入“1”所以需要使用PO口向外擴(kuò)展兩片并行I/0口芯片8255A,并且PO需要作為數(shù)據(jù)出高8位地址，P2口和PO口共同組成16位地址線，P2口也可以作為通用I/0口使用。在本設(shè)計(jì)中，P2口被用來連接4個(gè)溫溫度傳感器STH11,并且利用I/0端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入)P3.6WR(寫信號(hào))P3.7RD(讀信號(hào))鎖存信號(hào)。當(dāng)ALE輸出下降沿時(shí)，PO口輸出的低8位地址，并將地4.2IPC的選型出現(xiàn)的各種問題能快速的反應(yīng)，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)公司的IPC-610-H工控機(jī)。該工控機(jī)可支持多達(dá)15個(gè)附加卡，4U上架式機(jī)箱，4.3傳感器負(fù)0.3℃,并且其測(cè)量范圍非常寬泛。在-80℃至150℃之間。溫溫度傳感器SHT11的引腳如圖4-2所示，腳1和腳4是信號(hào)地和電源，其工作電壓為2.4V～5.5V,本次設(shè)計(jì)中為SHT11傳感器提供的是5V的直流電源；腳2和腳3是數(shù)據(jù)線DATA和時(shí)鐘線SCK,在該傳感器工作過程中DATA用于數(shù)據(jù)的傳輸。該傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。首先傳感器將采集到的模擬信號(hào)線向單片機(jī)傳送對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)9。SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境里進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校VDD4圖4-2SHT11引腳圖二線串行校驗(yàn)數(shù)字接口圖4-3SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖雖然該傳感器芯片與單片機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)只用兩根串行數(shù)字接口線。但是傳感器的通信協(xié)議與通用的I℃總線并不兼容，所以在傳感器工作時(shí)需要使用單片5位的控制代碼來實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳感器芯片的控制，命令代碼如表4-2所列。表4-2SHT11命令控制代碼命令代碼預(yù)留溫度測(cè)量溫度測(cè)量讀狀態(tài)寄存器寫狀態(tài)寄存器軟復(fù)位圖4-4硬件連接圖圖4-5數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序4.3.4溫度線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償數(shù)，取值如表4-3所列。度(℃),t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取值如表4-4所列。表4-3溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)表3.4溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)本設(shè)計(jì)中因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ麟妷簽?V,所以d1的取值為-40C,由于設(shè)計(jì)要求，所以傳感器的分辨率選擇14位的A/D轉(zhuǎn)換，故d2取0.01C,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-5和表4-6所列。表4-5d1與工作電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系表4-6d2與分辨率的對(duì)應(yīng)關(guān)系露點(diǎn)是一種特殊的溫度值，是空氣保持某一定溫度必須達(dá)到的最低溫度，當(dāng)空氣的溫度低于露點(diǎn)時(shí)，空氣容納不了過多的水分，這些水分會(huì)變成霧、露水或霜，露點(diǎn)可以根據(jù)當(dāng)前相對(duì)溫度值和溫度值計(jì)算得出，具體的計(jì)算公式如下12:LogEW=0.66077+7.5×T/(237.3+T)+Dp=((0.66077-logEW)×237.3)/(lo4.4變頻器變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成13。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。本次設(shè)計(jì)中主要選用富士變頻器FRN11F1S2C911對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。富士變頻器的主電路電源端子L1/R,L2/S,L3/T通過線路保護(hù)用斷路器或帶漏電保護(hù)的斷路器連接至三相交流電源。不需考慮連接相序。變頻器的主電路端子如下表4-7所列。表4-7變頻器主電路端子端子標(biāo)記端子名稱說明主電路電源的輸入連接三相電源變頻器輸出連接連接三相電動(dòng)機(jī)控制電源輔助輸入直流電抗器連接用連接直流電抗器(選件)外部制動(dòng)電阻連接用連接外部制動(dòng)電阻(選件)(≤0.75W沒有)主電路中間直流電路中間直流電路電壓輸出，可連接外部制動(dòng)單元(選件)電源再生單元變頻器接地變頻器箱體的接線端子，應(yīng)良好接大地表4-8變頻器內(nèi)的選件片名稱功能繼電器輸出片(0PC-G11S-RY)變頻器本體的控制輸出端子Y1-Y4的個(gè)體等輸出改為繼電器輸出·接點(diǎn)容量：AC250V,0.3A,cOSΦ=0.3DC48V,0.5A(對(duì)應(yīng)低電壓時(shí))數(shù)字量接口片以二進(jìn)制碼設(shè)定頻率(最大16位)以二進(jìn)制設(shè)定頻率、電流、電壓的監(jiān)管(8位)·BCD頻率設(shè)定范圍單位0-99.99Hz:0.01Hz單位0-400.0Hz:0.1Hz單位·輸入：繼電器觸點(diǎn)或晶體管開關(guān)模擬量接口片模擬方式轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定、頻率設(shè)定、頻率同步設(shè)定變頻器的輸出頻率電流、轉(zhuǎn)矩等可用模擬量監(jiān)視·監(jiān)視器輸出：0-±10Vdc可連接2個(gè)模擬電壓計(jì)輸入阻抗：10Ω4-20mA適用負(fù)載5000以下·輸入：0-±10Vdc/0-100%,輸入電阻22kΩ:0-+10Vdc/0-100%,輸入電阻22kΩ:4-20mAdc/0-100%,輸入阻抗2500T鏈接片將本公司產(chǎn)PLC(MICREX-F)變頻器和T鏈連接的選配件最多可連接12臺(tái)變頻器，從PLC可進(jìn)行下列操·運(yùn)行命令(FWD,REV,RST等)的設(shè)定PG反饋片通過來自計(jì)算機(jī)的反饋信號(hào)進(jìn)行PG矢量控制脈沖輸入頻率指令(矢量控制時(shí)為速度指令)速度控制范圍：3-3600[r/min](電動(dòng)機(jī)4極機(jī)時(shí))1:100(最低速度：基本頻率，4極換算為15-1500r/min,1024P/R直連時(shí))1:2(恒轉(zhuǎn)矩范圍：恒功率輸出范圍，基本頻率60Hz時(shí))最大速度：3600r/min(120Hz)·速度控制精度：±0.02%,速度響應(yīng)：40Hz·適用編碼脈沖數(shù)：20-3000P/R,A/B相(增量)·最高響應(yīng)頻率：100kHz/25kHz(推挽式/開路集電極)·適用編碼輸出：推挽式/開路集電極為22KW,轉(zhuǎn)速為2955r/min,額定電流為41.00A,效率為91.4%,功率因數(shù)為第五章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的電路共需要用到5V,12V以及24V三種不同的電cc4圖5-1直流電源電路設(shè)計(jì)C14和C10、C11就是起到濾波作用的濾波電容。后邊7812以及7805是為了穩(wěn)壓準(zhǔn)備的。這樣就可以得到需要的5V以及12V的直流電源了。的24V電源供電。24V開關(guān)電源選用的是華立牌S-250-24型號(hào)的開關(guān)電源。該開關(guān)電源參數(shù)如下，完全滿足本設(shè)計(jì)所需。這款開關(guān)電源的價(jià)格大概在35元左輸出電壓調(diào)整范圍：±10%輸出過壓保護(hù)：115%～145%工作溫度：-25℃~45℃AC/L:接交流電火線AC/N:接交流電零線輸出24V,10.5A5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路序中對(duì)晶振進(jìn)行修改，則默認(rèn)使用內(nèi)部的晶振。本設(shè)計(jì)使用了常用的外部的晶體振蕩器，方便快捷，其振蕩頻率為12MHz。外部晶振電路如圖5-2所示。在圖5-2中，電容C2和C1取30pf,晶體的振蕩頻率取12MHz,晶體振蕩的支持范圍內(nèi)的15。此晶振電路與AT89C51單片機(jī)直接相連，兩引腳分別與單1)上電自動(dòng)復(fù)位：這種方式主要是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的復(fù)位的，電源的本設(shè)計(jì)中就采用了該種方式，復(fù)位電路如圖5-3所示。在實(shí)際各種電路設(shè)計(jì)以及工程應(yīng)用中，電路中都會(huì)增加報(bào)警模塊。報(bào)警的模式可以為聲音報(bào)警，也可以是LED燈光報(bào)警。報(bào)警的主要目的是為了安全生產(chǎn)，避免各種事故的發(fā)生，防范于未然。當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)或者檢測(cè)到的數(shù)值超出圖5-4蜂鳴器報(bào)警電路按鍵是否按下是通過檢查各自輸入線的電平狀態(tài)決定的(適合按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合)。矩陣鍵盤又叫行列式鍵盤，這種鍵盤是比較復(fù)雜的一種按鍵方式，確定按鍵是否按下需要由行、列線信號(hào)配合處理才可以確定(適用于按鍵數(shù)較多的場(chǎng)合)。本次設(shè)計(jì)只使用4個(gè)按鍵即可滿足溫溫度上下限的設(shè)定，且在整體設(shè)如表1所示。原理圖如下圖5-5所示。表5-1按鍵功能按鍵按鍵功能加減溫度上、下限切換溫度上、下限切換0圖5-5按鍵電路5.3串行通訊RS232電路是一種全雙工通信，在本設(shè)計(jì)中使用RS232通訊讓單片機(jī)與工控機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。連接如圖5-6所示。5.4電機(jī)控制電路在本設(shè)計(jì)中需要用變頻器控制三相異步電機(jī)，其中變頻器的11腳需要直接反轉(zhuǎn)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)的接口。本設(shè)計(jì)中由于不需要控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)，所以只需要使安全，使用了繼電器吸合導(dǎo)通的方式，外接了一個(gè)24V的繼電器，圖中的RL1是一個(gè)直流電磁繼電器，采用的是晶體管驅(qū)動(dòng)的方式，當(dāng)?shù)诙?255A的PA1管腳置“1”時(shí)，繼電器吸合，電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸入到變頻器的12腳控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。連接圖如5-7所示。第六章軟件設(shè)計(jì)開始開始NY圖6-1主程序流程圖開始開始N圖6-2溫度采集流程圖6.3顯示子程序流程圖返回圖6-3顯示子程序流程圖第七章控制系統(tǒng)建模仿真比例比例積分十圖7-2仿真模型當(dāng)前系統(tǒng)的超調(diào)量為33%,上升時(shí)間為1.528S,峰值時(shí)間為4.021S。取KP=200,KI=0.02;KD=0