畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）集中供暖電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) </p><p>　　集中供暖電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　THE DESIGN OF CENTRAL HEATING ELECTRICAL CONTROL SYSTEM</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要…………

2、…………………………………………………………………1</p><p>　　關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1</p><p>　　1前言………………………………………………………………………………2</p><p>　　1.1課題背景和意義……………………………………………………………………2</p><p>　

3、　1.2設(shè)計(jì)方案的可行性……………………………………………………………3</p><p>　　1.3課題內(nèi)容概述……………………………………………………………………3</p><p>　　2系統(tǒng)總體方案……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………4</p>

4、<p>　　2.2方案總體設(shè)計(jì)框圖……………………………………………………………4</p><p>　　2.3模塊方案設(shè)計(jì)的選擇……………………………………………………………6</p><p>　　2.3.1單片機(jī)的選擇………………………………………………………………6</p><p>　　2.3.2溫度檢測(cè)方案選擇…………………………………………………

5、……………6</p><p>　　2.3.3流量檢測(cè)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………7</p><p>　　2.3.4壓力檢測(cè)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………7</p><p>　　2.3.5鍵盤顯示電路方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………7</p><p>　　2.3.6射頻卡

6、接收電路方案設(shè)計(jì)………………………………………………………8</p><p>　　2.3.7報(bào)警電路方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………8</p><p>　　2.3.8存儲(chǔ)電路與時(shí)鐘電路方案設(shè)計(jì)………………………………………………8</p><p>　　2.3.9閥門及驅(qū)動(dòng)控制電路方案設(shè)計(jì)………………………………………………9</p>

7、;<p>　　2.3.10通信電路方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………9</p><p>　　3硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………10</p><p>　　3.1單片機(jī)W77E58……………………………………………………………10</p><p>　　3.1.1單片機(jī)W77E58引腳功能………………………

8、………………………………10</p><p>　　3.1.2單片機(jī)W77E58復(fù)位電路………………………………………………………12</p><p>　　3.2溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………13</p><p>　　3.2.1 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)…………………………………………………13</p><p

9、>　　3.2.2溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路……………………………………………14</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………14</p><p>　　3.3.1 TLC2543的介紹……………………………………………………………14</p><p>　　3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換工作原理………………………………

10、……………………………15</p><p>　　3.3.3 3.3V的基準(zhǔn)電源……………………………………………………………15</p><p>　　3.4流量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………16</p><p>　　3.4.1 ZRN-LUG渦街流量計(jì)…………………………………………………………16</p><p&g

11、t;　　3.4.2檢測(cè)電路工作原理……………………………………………………………16</p><p>　　3.5壓力檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………17</p><p>　　3.5.1壓力傳感器……………………………………………………………17</p><p>　　3.5.2壓力檢測(cè)電路的工作原理…………………………………………………17

12、</p><p>　　3.6鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………18</p><p>　　3.6.1鍵盤部分…………………………………………………………………18</p><p>　　3.6.2顯示部分…………………………………………………………………19</p><p>　　3.6.3鍵盤顯示的借口電路……………

13、…………………………………………20</p><p>　　3.7射頻卡接收電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………21</p><p>　　3.8報(bào)警電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………22</p><p>　　3.9存儲(chǔ)電路與時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………22</p><p>　　3.

14、9.1存儲(chǔ)芯片…………………………………………………………22</p><p>　　3.9.2時(shí)鐘芯片…………………………………………………………23</p><p>　　3.9.3存儲(chǔ)電路與時(shí)鐘電路原理圖…………………………………………………23</p><p>　　3.10驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………23</p>

15、<p>　　3.10.1電磁閥的驅(qū)動(dòng)控制電路……………………………………………………23</p><p>　　3.10.2電動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)控制電路……………………………………………………24</p><p>　　3.11通信電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………27</p><p>　　3.12電源電路的設(shè)計(jì)…………………………………………

16、…………………28</p><p>　　3.12.1 +5V電源………………………………………………………………29</p><p>　　3.12.2 +12V電源……………………………………………………………29</p><p>　　4軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………29</p><p>　　4.1主程序設(shè)計(jì)……

17、………………………………………………………………29</p><p>　　4.2溫度子程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………31</p><p>　　4.2.1讀出溫度子程序………………………………………………………………31</p><p>　　4.2.2溫度轉(zhuǎn)換命令子程序…………………………………………………………32</p>

18、<p>　　4.3電氣量測(cè)量部分程序設(shè)計(jì)………………………………………………………33</p><p>　　4.4顯示數(shù)據(jù)刷新程序設(shè)計(jì)………………………………………………………33</p><p>　　4.5鍵盤子程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………33</p><p>　　4.6中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)……………………………………………………

19、…………35</p><p>　　5結(jié)論………………………………………………………………………………36</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………37</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………38</p><p>　　附錄………………………………………

20、……………………………………………39</p><p>　　集中供暖電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：隨著人民生活水平的提高, 工作節(jié)奏的加快,使得集中供暖在全國(guó)大部分地區(qū),特別是各大中城市的小區(qū)之中,逐步發(fā)展了起來在新時(shí)代背景下的小區(qū)住戶, 對(duì)小區(qū)供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了人性化、智能化、數(shù)字化以及高能低耗等更全面的要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用

21、77E58單片機(jī)作為控制裝置的核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的自動(dòng)化控制。一方面硬件設(shè)計(jì)中論述了控制器中基本模塊比方說溫度檢測(cè)電路所需的DS18B20、擴(kuò)展I/O口所用的8255以及變流器所用的AD694等芯片的型號(hào)以及功能介紹。重點(diǎn)闡述了單片機(jī)的工作原理、與各個(gè)功能之間的接口、擴(kuò)展、數(shù)據(jù)傳遞、通信協(xié)議以及驅(qū)動(dòng)。另一方面軟件設(shè)計(jì)中論述了實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能所需的流程。該系統(tǒng)采用單片機(jī)檢測(cè)傳感器、電閥等相結(jié)合，有效地監(jiān)控了小區(qū)的供暖系統(tǒng)。</p>

22、<p>　　關(guān)鍵詞：供暖；智能控制；溫度；射頻卡；</p><p>　　THE DESIGN OF CENTRAL HEATING ELECTRICAL CONTROL SYSTEM</p><p>　　Abstract：With the improvement of people's living standard, the accelerating pace of

23、 work, the central heating system in most parts of the country, especially big cities, is more and more important. The progressive development of the residential households demands the district heating system meets the r

24、equirements of intelligent, digital and energy effective.</p><p>　　This design uses the 77E58 single chip microcomputer as the core control device, realized the control with automation. The design of the har

25、dware discussed the basic module controller such as temperature detection circuit for DS18B20, I/O expansion port with 8255 and used the AD694 chip for the converter. Expounded the principle and functions of the interfac

26、es between extension, data transmission, communication protocol and the hard drive. On the other hand, software design discussed the realiza</p><p>　　Key words: Heating；Intelligent control；Temperature；Radio

27、frequency card</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 課題的前景和意義</p><p>　　隨著社會(huì)能源問題日益引起社會(huì)關(guān)注, 各行業(yè)都在設(shè)法節(jié)能, 我國(guó)北方的供熱行業(yè)也不例外。隨著城鎮(zhèn)供熱體制改革的推進(jìn), 停止福利供熱, 實(shí)行用熱商品化, 推行供熱分戶計(jì)量是必然趨勢(shì)。這要求供熱公司提供高質(zhì)

28、量的供暖, 使用小區(qū)供暖式能自主控制室溫, 不僅可以降低熱費(fèi), 而且可實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能。</p><p>　　集中供暖具有管理方便、熱源效率高、環(huán)境污染小等許多優(yōu)點(diǎn)。但也存在很多問題，最突出的是節(jié)能與收費(fèi)的問題。因?yàn)楣┡前疵娣e收取的，不是按采暖量，再加上沒有一種裝置自動(dòng)控制供熱管道、自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，人工開啟、關(guān)閉閥門又過于麻煩，所以大多采取開窗通風(fēng)的方式來降低室內(nèi)溫度，使熱能白白浪費(fèi)掉了；還有，白天大多數(shù)家

29、庭成員或是上班，或是上學(xué)，家里沒人，但暖氣還照常開著，也浪費(fèi)了很多能源。浪費(fèi)熱能，其實(shí)就是浪費(fèi)了用于供暖的煤炭資源。我們萌發(fā)了研究、開發(fā)自動(dòng)控制小區(qū)集中供暖節(jié)能控制器的想法，即利用自動(dòng)控制原理調(diào)節(jié)暖氣的供熱量，解決上班、家中無人及室溫過高時(shí)暖氣的熱能浪費(fèi)問題。這樣不僅能為家庭節(jié)省取暖費(fèi)用，也能為國(guó)家節(jié)約很多煤炭資源。</p><p>　　同時(shí)隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一。單片機(jī)自

30、20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易[1］。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對(duì)它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以77e58芯片為核心，輔以必要

31、的電路，確保了供熱管網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高熱網(wǎng)管理效率，成功控制運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平，對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行了智能化的集中監(jiān)控和量化管理。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案的可行性分析</p><p>　　本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)要求可分為安裝于主管道的主管道控制系統(tǒng)和安裝在建筑物內(nèi)的房?jī)?nèi)控制系統(tǒng)兩部分。主控制器根據(jù)建筑物內(nèi)房間的溫度，控制其主管道流量。一套主管道

32、控制器可以控制相近的建筑物。而屋內(nèi)控制器根據(jù)房間內(nèi)的溫度，控制其主管道流量；采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警；具有顯示功能，顯示內(nèi)容包括：室內(nèi)溫度，室內(nèi)設(shè)定溫度，用水量，供水溫度、管道流量、通信通道狀態(tài)等信息。其中流量、壓力、通過傳感器變?yōu)槟M信號(hào)在通過A\D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)傳給控制器也就是單片機(jī)。室內(nèi)控制流量用到了電磁閥，室外用到了電動(dòng)閥，二者需要驅(qū)動(dòng)電路。而電動(dòng)閥門，其驅(qū)動(dòng)電源為交流電壓220V，電動(dòng)閥門需要4

33、-20mA的電流控制，單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)控制電動(dòng)閥門，電流變換器可用AD694?？刂破鲝膯纹瑱C(jī)價(jià)格考慮采用77E58單片機(jī)</p><p>　　對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大的要求，用到了EEPROM存儲(chǔ)器。顯示電路采用LED顯示溫度、流量等狀態(tài)。溫度傳感器用DS18B20，壓力傳感器用到ICS1220;流量傳感器用渦流流量計(jì)；通信電路用到傳輸芯片RS-485；射頻卡用RS232；報(bào)警電路要用到蜂鳴器等

34、[2］。</p><p>　　1.3 課題內(nèi)容概述</p><p>　　本課題用單片機(jī)完成居住室內(nèi)的溫度的自動(dòng)控制及應(yīng)用熱量的計(jì)量，并能對(duì)小區(qū)內(nèi)的主供熱管道的溫度檢測(cè)和控制，獲得小區(qū)的溫度的分布，并作為供熱中心對(duì)供熱壓力、流量和溫度調(diào)整的重要依據(jù)（故障檢測(cè)）。</p><p>　　其設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：（1）能根據(jù)房間的設(shè)定溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)房間的進(jìn)水量，也可以手動(dòng)控制；（

35、2）根據(jù)供水的水溫，自動(dòng)換算標(biāo)準(zhǔn)水溫的用水量,并實(shí)時(shí)記錄其用水量 ；（3）采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警；（4）具有顯示功能，顯示內(nèi)容包括：室內(nèi)溫度，室內(nèi)設(shè)定溫度，用水量，供水溫度、管道流量、通信通道狀態(tài)等信息。（5）通過鍵盤可以設(shè)置5個(gè)時(shí)段溫度；（要求具有時(shí)鐘功能）（6）.當(dāng)控制器掉電后，電磁閥能自動(dòng)關(guān)閉供熱管路；（7）通過通信電路可實(shí)時(shí)將房間的實(shí)際溫度及用水量傳輸?shù)焦岜O(jiān)控管理系統(tǒng) ；（8）自動(dòng)溫度控制器電路

36、要低功耗設(shè)計(jì) ；（9）現(xiàn)場(chǎng)提供交流220V的電源 ；（10）主管道控制器可以檢測(cè)：管道的溫度、壓力、流量以及流量累計(jì)量；（11）通過電動(dòng)閥控制管道的流量；（12）完成控制的整體電路設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)出電路原理圖和印制板圖； （13）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，完成其監(jiān)控程序的流程。</p><p>　　主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)：（1）溫度測(cè)量范圍：-40℃~100℃； （2）溫度測(cè)量精度：小于0.5%；溫度控制精度：

37、7;1.5℃;（3）流量計(jì)量精度：小于0.5%；（4）采用電磁閥控制供熱量：閥門驅(qū)動(dòng)電源：～220V/120mA;（5）主管道電動(dòng)閥：閥門驅(qū)動(dòng)電源：～220V/1A，并且盡量選擇具有自保持功能的閥門;（6）具有有線或無線通信功能，以便實(shí)現(xiàn)小區(qū)的集中供熱聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控；（7）供熱控制系統(tǒng)與上位機(jī)的串行通信：波特率應(yīng)大于1200bps，通信誤碼率<10-8；</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)&

38、lt;/b></p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖1 建筑物內(nèi)溫度控制</p><p>　　Fig1 Building temperature control</p><p>　　注：1.回水管未畫；2. D—電磁閥；3. S---管道溫度和流量傳感器。</p&g

39、t;<p>　　2.2 方案總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求采用單片機(jī)完成居住室內(nèi)的溫度的自動(dòng)控制及應(yīng)用熱量的計(jì)量，并能對(duì)小區(qū)內(nèi)的主供熱管道的溫度檢測(cè)和控制，獲得小區(qū)的溫度的分布，并作為供熱中心對(duì)供熱壓力、流量和溫度調(diào)整的重要依據(jù)（故障檢測(cè)）。按照設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)可分為安裝于主管道的主管道控制系統(tǒng)和安裝在建筑物內(nèi)的房?jī)?nèi)控制系統(tǒng)兩部分。它們的設(shè)計(jì)框圖如圖2、圖3所示。</p>

40、<p>　　主控制器根據(jù)建筑物內(nèi)房間的溫度，控制其主管道流量。我們可以將主控制器分為多個(gè)模塊。主管道上需要安裝有管道溫度、壓力和流量傳感器和電動(dòng)閥門。其中安裝壓力傳感器的目的是便于檢測(cè)管道壓力，便于管道出現(xiàn)泄漏時(shí)的檢修。采用電動(dòng)閥</p><p>　　門主要是控制管道流量的大小，它要用到驅(qū)動(dòng)控制模塊?？刂坪诵哪K可以用單片機(jī)，由各個(gè)電路分別采集來的流量溫度、壓力、信息傳給控制器。通過顯示模塊，可以顯

41、管道流量、壓力、溫度、通信通道狀態(tài)等信息，利用通信模塊可以實(shí)現(xiàn)與屋內(nèi)控制器以及上位機(jī)的信息傳送。另外還用用到存儲(chǔ)電路來存儲(chǔ)和處理整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　而屋內(nèi)控制器根據(jù)房間內(nèi)的溫度，控制其主管道流量；我們可將主控制器分為多個(gè)模塊。屋內(nèi)管道上需要安裝有管道溫度、流量傳感器和電磁閥門。采用電磁門主要是控制管道流量的開關(guān)，它要用到驅(qū)動(dòng)控制模塊?？刂坪诵哪K可用單片機(jī)，由各個(gè)電路分別采集來的流量、溫度

42、等信息傳給控制器。通過鍵盤顯示模塊，可以顯示管道流量、溫度、時(shí)段、通信通道狀態(tài)等信息，并進(jìn)行調(diào)節(jié)[3］。采用射頻卡接收電路與報(bào)警電路主要是設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警。利用通信模塊可將實(shí)現(xiàn)與主控制器的信息傳送。另外還用到存儲(chǔ)電路來存儲(chǔ)和處理整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　2.3 模塊方案設(shè)計(jì)的選擇</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)的選擇</p&

43、gt;<p>　　單片機(jī)又稱作單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利的條件?，F(xiàn)在從8位、16位到32位等等，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的天地。串口的設(shè)計(jì)，考慮到本設(shè)計(jì)所需要的I/O口較多，故這里選用了雙W77E58單片機(jī)[4］。</p>

44、;<p>　　單片機(jī)采用W77E58，77E58與標(biāo)準(zhǔn)8051相兼容的全新核心的微處理器。由于去掉了多余的存儲(chǔ)器周期和運(yùn)算周期，它在相同周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快得多。典型的指令周期77E58比8051快1.5到3倍。電源消耗也做了改進(jìn)采用靜態(tài)COMS設(shè)計(jì)?？梢怨ぷ饔谳^低的時(shí)鐘頻率下。由于需要我們用到了8255對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行了擴(kuò)展，同時(shí)用到了74LS245擴(kuò)展了并行輸入口用于連接顯示電路。</

45、p><p>　　2.3.2 溫度檢測(cè)方案選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)現(xiàn)有的集中供暖系統(tǒng)中的弊端來進(jìn)行的改進(jìn)，本系統(tǒng)充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)屋內(nèi)現(xiàn)有的溫度狀況來設(shè)置所需供暖的時(shí)段進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，供暖監(jiān)控中心也可時(shí)時(shí)獲知主管道的水溫，以便對(duì)閥門的開度及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。而溫度的采集主要是由溫度傳感器來處理，這就要求本系統(tǒng)要用到溫度傳感器。</p><p&g

46、t;　　溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩種，所謂的接觸式傳感器就是溫度測(cè)量的基本形式，它的測(cè)量精密低而非接觸方式是測(cè)量物體熱輻射而發(fā)出的紅外線從而測(cè)量物體的溫度。本系統(tǒng)選擇非接觸式溫度傳感器， 適合于管道溫度測(cè)量的溫度傳感器有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、集成溫度傳感器等。集成溫度傳感器是把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器，其特點(diǎn)是使用方便、外圍電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。溫度傳感器DS18B20，作為

47、 DS1820的改版可使溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一顆自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。溫度測(cè)量范圍寬，能測(cè)到-55—125度的溫度，在-10到+85度時(shí)精度為正負(fù)0.5度。另外提供9到12位的測(cè)量分辯率，對(duì)應(yīng)的溫度精度分別為0.5度、0.25度、0.125度和0.0625度，實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量。</p><p>　　2

48、.3.3 流量檢測(cè)的方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　因本系統(tǒng)需要用戶對(duì)自己屋內(nèi)管道進(jìn)行檢測(cè)，以了解自己的取暖用水量，來更合理的安排用水；而且供暖監(jiān)控中心的工作人員也需要知曉各個(gè)用水單元的用水量來進(jìn)行合理調(diào)配，安排，同時(shí)用戶和供暖監(jiān)控中心還可以通過調(diào)節(jié)管道流量來提高或降低供暖溫度。故本系統(tǒng)需要測(cè)量屋內(nèi)和屋外管道的流量，這就需要用到流量傳感器。從功能和經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮最終選擇了渦街流量計(jì)來測(cè)量管道流量。</

49、p><p>　　渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。本設(shè)計(jì)用的流量計(jì)為ZRN-LUG渦街流量計(jì)，極大地克服了傳統(tǒng)壓電式渦街流量?jī)x表抗振性差、不耐高溫的缺點(diǎn)，擴(kuò)展了渦街流量?jī)x表的應(yīng)用范圍。其輸出為4-20mA的電流信號(hào)，便于傳感器可安裝在室內(nèi)與室外，也可安裝在水平、垂直或傾斜（流體的流向自下而上）的與其公稱通徑相應(yīng)的管道上。</p><p>　　2.3.4

50、 壓力檢測(cè)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)楦鱾€(gè)用戶取暖所用的熱水都是經(jīng)由主管道的傳輸送到各個(gè)單元，然后再經(jīng)由屋內(nèi)管道送到暖氣設(shè)備。因?yàn)橹鞴艿赖目趶捷^寬，而且供應(yīng)很多用戶的取暖熱水，雇主管道的工作壓力會(huì)相對(duì)較大。若是主管道出現(xiàn)裂紋或是破損，不僅會(huì)影響到住戶的供暖質(zhì)量，還可能因?yàn)橹鞴艿赖钠茡p而對(duì)小區(qū)居民造成安全隱患。所以，對(duì)主管道是否處在正常的工作模式即管道壓力是否處于正常值的范圍的檢測(cè)就顯得尤為重要。壓力傳感

51、器用來測(cè)量主管道的壓力，方便供暖監(jiān)控中心對(duì)供暖管道進(jìn)行檢測(cè)和維修。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的要求等綜合考慮，本系統(tǒng)選用的是NPC-1220壓力傳感器。 1220型是經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹鹤枋綁毫鞲衅?，采用雙列直插封裝結(jié)構(gòu)，它的壓力范圍可達(dá)到0-70KPa，符合管道要求適用要求成本低，性能優(yōu)越，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　2.3.5 鍵盤顯示電路的方案設(shè)計(jì)</

52、p><p>　　因本系統(tǒng)需要用戶和供暖監(jiān)控中心的工作人員及時(shí)了解供暖現(xiàn)狀，這就需要一個(gè)媒介把信息數(shù)據(jù)告知用戶和工作人員，這就需要顯示電路。顯示電路可以把溫度、流量、壓力、余額等信息顯示出來，以便人們進(jìn)行合理調(diào)度及安排。而且用戶可以自己設(shè)定五個(gè)時(shí)間段的供暖信息，對(duì)屋內(nèi)供暖系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。主控室工作人員也可以根據(jù)各樓宇的供暖溫度設(shè)定調(diào)節(jié)主管道閥門開度，這就需要人機(jī)接口鍵盤電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。</p><

53、p>　　為了方便經(jīng)濟(jì)易于設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用了動(dòng)態(tài)的LED顯示，考慮到時(shí)間。溫度等的精確顯示，本設(shè)計(jì)采用了6個(gè)數(shù)碼管顯示。鍵盤電路部分，設(shè)計(jì)采用行列式按鍵結(jié)構(gòu)，鍵盤區(qū)設(shè)計(jì)4*2個(gè)按鍵, 共占用4個(gè)I /O 端口,，行列式鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，這種鍵盤易于設(shè)計(jì), 編程簡(jiǎn)單, 通過軟件按鍵延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象。</p><p>　　2.3.6 射頻卡接收電路的方案設(shè)計(jì)</p><p>　

54、　由于各個(gè)用戶取暖所用的熱水都是經(jīng)由主管道的傳輸送到各個(gè)單元，然后再經(jīng)由屋內(nèi)管道送到暖氣設(shè)備中。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶的需要的供暖情況不同，用水流量也不同，采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值。</p><p>　　射頻卡是一種以無線方式傳送數(shù)據(jù)的集成電路卡片，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認(rèn)證作用等特有的優(yōu)點(diǎn)。射頻卡又叫非接觸式IC卡，誕生于90年代初，是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地將射頻識(shí)技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了

55、無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。RFID技術(shù)有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，如不需要人工干預(yù)，不需要直接接觸、不需光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，操作快捷方便，實(shí)現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，機(jī)具無直接對(duì)最終用戶開放的物理接口，能更好的保證機(jī)具的安全性能。所以綜上考慮，本系統(tǒng)選用RFID射頻卡技術(shù)</p><p&g

56、t;　　2.3.7 報(bào)警電路的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警。壓力傳感器用來測(cè)量主管道的壓力，方便供暖監(jiān)控中心對(duì)供暖管道進(jìn)行檢測(cè)和維修，管道發(fā)生故障如泄露時(shí)，都要報(bào)警。考慮為了不影響用戶的生活，我們用了蜂鳴器和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)間斷報(bào)警。</p><p>　　2.3.8存儲(chǔ)電路與時(shí)鐘電路的方案設(shè)計(jì)</p><p>　

57、　由于本系統(tǒng)需要采集和處理大量的數(shù)據(jù)和程序，如溫度、流量、壓力、顯示等，所以這就要求系統(tǒng)要有足夠的存儲(chǔ)空間來儲(chǔ)存和處理這些數(shù)據(jù)。另外用戶還要在不同的時(shí)間段設(shè)置不同的供暖模式。本設(shè)計(jì)中它與時(shí)鐘芯片PCF8563相結(jié)合，存儲(chǔ)大量的時(shí)段溫度等狀態(tài)信息。這就需要用到存儲(chǔ)芯片與時(shí)鐘芯片。</p><p>　　存儲(chǔ)器大致可分為兩大類：易失和非易失。易失存儲(chǔ)器在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)立即失去存儲(chǔ)在內(nèi)的信息；它需要持續(xù)的電源供應(yīng)以維持?jǐn)?shù)據(jù)。

58、大部分的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）都屬于此類。非易失存儲(chǔ)器在系統(tǒng)關(guān)閉或無電源供應(yīng)時(shí)仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)信息。EEPROM就是一個(gè)非易失行存儲(chǔ)芯片，與其他的存儲(chǔ)芯片相比串行接口EEPROM器件提供更少的引腳數(shù),更小的封裝,更低的電壓和更低的功耗。本設(shè)計(jì)采用串行存儲(chǔ)器EEPROM24LC256。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用的時(shí)鐘芯片為PCF8563相結(jié)合，它是PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C 總線接口功能的具有極

59、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[5］。</p><p>　　2.3.9閥門及驅(qū)動(dòng)控制電路的方案選擇</p><p>　　老的供暖系統(tǒng)是集體供暖，我國(guó)室內(nèi)采暖管道主要有單管串聯(lián)上供下回程式，異程式，也有少部分的雙管系統(tǒng)。這樣的供暖方式存在著水力失調(diào)和熱力失調(diào)現(xiàn)象，使得

60、熱量分配不均，造成冷熱不均現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)能源而且供暖不勻。用戶選擇供暖時(shí)段不同，可以一直處在供暖狀態(tài)，也可以根據(jù)需要決定需要供暖的時(shí)段。而本系統(tǒng)就此問題給出了解決方案：用戶可根據(jù)自己的需要控制供暖閥門的開關(guān)。而作為供暖監(jiān)控中心的工作人員就可以根據(jù)各個(gè)樓宇供暖的情況，來控制各個(gè)樓宇的供暖主管道閥門，以調(diào)節(jié)溫度。</p><p>　　實(shí)際生活中最常用的閥門有電磁閥和電動(dòng)閥門兩種，電動(dòng)閥：電動(dòng)閥一般是管徑大,應(yīng)用于流體

61、的流通、截止、流量、壓力等控制，進(jìn)行流通、截止控制的叫電動(dòng)開關(guān)閥(有的只能開或關(guān)，有的可以在中間停如只能有個(gè)大概的調(diào)節(jié)，如25%、50%、75%、100%)，進(jìn)行流量、壓力的控制。調(diào)節(jié)形式上電動(dòng)閥可以粗略控制開度實(shí)現(xiàn)原理就是在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中停止，電磁閥只能控制全開全關(guān)。而本系統(tǒng)正是要求供暖監(jiān)控中心能夠?qū)χ鞴艿赖拈y門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)某個(gè)樓宇整體溫度的調(diào)控，這里我們可以用電動(dòng)閥；室內(nèi)要求用戶可根據(jù)需要對(duì)屋內(nèi)閥門進(jìn)行開關(guān)控制這里選擇合適功率為

62、2W 、電源電壓為AC220V、公稱通徑為DN25 連接方式為G1的電磁閥即可滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)前主管道的管道口徑一般為100mm，這里電動(dòng)閥DN100 PN1.6Mpa的閥門。</p><p>　　2.3.10通信電路的方案選擇</p><p>　　主控制器與屋內(nèi)的控制器以及上位機(jī)之間要進(jìn)行信息的傳遞，這樣才能方便了解室內(nèi)、管道等的溫度，進(jìn)而控制流量，這個(gè)工作要通信電路來完成。單片機(jī)一般的

63、通信方式為RS-232與RS-485。</p><p>　　RS-232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。RS-485 是串行數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)，是為彌補(bǔ)RS-232 通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的，是在RS-422 基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性。數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式。 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1200

64、 m，最大傳輸速率為10 M bps。通常，RS - 485 網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸介質(zhì)。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，只有在20 kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，100m 長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1M bps。利用RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，可以建立一個(gè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)、具有高噪聲抑制、高傳輸速率通信平臺(tái)，該平臺(tái)同時(shí)具有傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)設(shè)計(jì)中供熱

65、控制系統(tǒng)與上位機(jī)的串行通信：波特率應(yīng)大于1200bps，通信誤碼率<10-8的要求，本單片機(jī)系統(tǒng)通訊方式采樣RS-485 。</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)W77E58</p><p>　　本文采用的單片機(jī)為W77E58，W77E58與標(biāo)準(zhǔn)8051相兼容的全新核心的微處理器。由

66、于去掉了多余的存儲(chǔ)器周期和運(yùn)算周期，它在相同周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快得多[6］。</p><p>　　特點(diǎn)：（1）8位處理器（2）最高40M時(shí)鐘，4機(jī)器周期的指令執(zhí)行速度（3）與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容的管腳。（4）與8051兼容的指令（5）4個(gè)8位I/O口（6）擴(kuò)展的4位I/O和等待信號(hào)線（44腳的PLCC或QFP封裝提供）。（7）三個(gè)16位計(jì)數(shù)/時(shí)器（8）12級(jí)中斷（9）片上時(shí)鐘源（10）兩個(gè)增強(qiáng)的

67、雙工竄口（11）1K的片上外部存儲(chǔ)器（12）可編程看門狗（13）兩個(gè)全速16位數(shù)據(jù)指針DPTR（14）外部數(shù)據(jù)訪問周期可編程（15）封裝：DIP40：W77E58－25/40，PLCC44：W77E58P－25/40，QFP44：W77E58F－25/40</p><p>　　此處采用DIP40：W77E58－25/40</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)(77E58)的引腳功能&l

68、t;/p><p>　　單片機(jī)W77E58－25/40采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)。上圖是它們的引腳配置:40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P1、P3口線復(fù)用。77E58-40是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照單片機(jī)引腳圖[7］。</p><p>　　P0口有三個(gè)功能（1）外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線.

69、（2）外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線.（3）不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。</p><p>　　圖4 77E58引腳圖</p><p>　　Fig4 77 E58 Pin drawing</p><p>　　P1口有兩個(gè)功能，I/O 口 P1口有強(qiáng)上拉電阻除此之外P1端口還用于一些專門功能，具體請(qǐng)看下表1所

70、示。</p><p>　　表1 P1口的第二功能</p><p>　　Table1 The second function of P1 mouth</p><p>　　P2口有兩個(gè)功能，擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用；做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個(gè)功能，除此之外P3端口還用于一些第二功能,如表2。</p><p>

71、　　表2 P3口的第二功能</p><p>　　Table2 The second function P3 mouth</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)(77E58)的復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位電路提供單片機(jī)復(fù)位功能,設(shè)計(jì)用到的復(fù)位芯片為MAX813上電時(shí)可給單片機(jī)RES腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號(hào)。</p><p>　　MA

72、X813L芯片特點(diǎn)：</p><p>　　(1)上電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值200ms;</p><p>　　(2) 獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將由高電平變?yōu)榈碗娖?</p><p>　　(3) 1.25V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)。低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入;</p>

73、<p>　　MAX813組成的單片機(jī)復(fù)位電路如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 復(fù)位電路</b></p><p>　　Fig5 Reset circuit</p><p>　　上電時(shí)可給單片機(jī)RST腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號(hào)。</p><p>　　3.2 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) </p>

74、;<p>　　溫度檢測(cè)電路要用到溫度傳感器DS18B20來檢測(cè)室內(nèi)溫度，使溫度的變化轉(zhuǎn)化成電流或電壓的變化從而采集物理量，通過A/D轉(zhuǎn)換,導(dǎo)入單片機(jī)中。</p><p>　　3.2.1 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20引腳定義：(1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；(2)GND為電源地；圖3-5 DS18B20的管腳排列(3)VCC為外接供電

75、電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）</p><p>　　DS18B20的管腳排列如圖6所示。</p><p>　　圖6 DS18B20的管腳排列</p><p>　　Fig6 Pin arrangement of DS18B20</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警

76、觸發(fā)器TH、TL、配置寄存器。DS18B20的內(nèi)部結(jié)果如圖7所示。</p><p>　　圖7 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig7 DS18B20 internal structure</p><p>　　3.2.2 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供

77、電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3-8示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。</p><

78、;p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬環(huán)境的連續(xù)信號(hào)之間提供了一種接口。A/D轉(zhuǎn)換器的輸出由數(shù)字輸入和參考源組合來控制的。大多數(shù)常用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入是二進(jìn)制或BCD碼形成的，輸出是電流或是電壓，而多數(shù)是電流。因而。在多數(shù)電路中，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出需要A/D轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)便采用用到的芯片為

79、TLC2543[7］。</p><p>　　3.3.1 TLC2543的介紹 </p><p>　　TLC2543 一個(gè)12位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單的3線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。TLC2543的主要特性如下：（1）11個(gè)模擬輸入通道；（2）66ksps的采樣速率；（3）最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs；（

80、4）SPI串行接口；（5）線性度誤差最大為±1LSB（6）低供電電流(1mA典型值)；（7）掉電模式電流為4μA。</p><p>　　圖8為TLC2543的管腳圖</p><p>　　圖8 TLC2543的管腳圖</p><p>　　Fig8 Pin picture of TLC2543</p><p>　　（1）AIN0～A

81、IN10：模擬輸入端；　　</p><p>　　（2）CS：片選端，；（3）DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端；（4）DATA OUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端；</p><p>　?。?）VCC、GND：電源正端、地；（6）REF＋、REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端；　　</p><p>　?。?）I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入/輸出端。</p>&l

82、t;p>　　3.3.2 AD轉(zhuǎn)換工作原理</p><p>　　圖9 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　Fig9 A/D conversion circuit</p><p>　　TLC2543的I/O時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、片選信號(hào)由P1.0、P1.1、P1.3提供，轉(zhuǎn)換結(jié)果由P1.2口串行讀出。AIN7/AIN接收傳感器傳來的模擬信號(hào)。此處REF+接了正的基

83、準(zhǔn)電壓端，它由下圖的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源提供，以便信號(hào)的采集于接收。</p><p>　　3.3.3 3.3V的基準(zhǔn)電源</p><p>　　TLC2543的REF+要接一個(gè)正的基準(zhǔn)電壓端，它由下圖的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源提供原理圖如圖10所示。</p><p>　　圖10 3.3V基準(zhǔn)電源</p><p>　　Fig10 Benchmark 3.3

84、V power supply</p><p>　　C5和C6的作用是為了消除在負(fù)載電流變化時(shí)不致引起電壓較大的波動(dòng)，消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性。</p><p>　　3.4 流量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　流量檢測(cè)電路主要是用來檢測(cè)主控制器與屋內(nèi)控制器的管道流量，進(jìn)而達(dá)到控制器檢測(cè)流量控制溫度的目的。本設(shè)計(jì)的流量計(jì)采用ZRN-LUG渦街流量計(jì)。<

85、;/p><p>　　3.4.1 ZRN-LUG渦街流量計(jì)的介紹</p><p>　　渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示： f=St*v/d

86、 （1）</p><p>　　式中:f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，它的數(shù)值范圍為0.14－0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。 雷諾數(shù)Re在102~105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測(cè)量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102~105，旋渦頻率f=0.2v/d。 </p><p

87、>　　由此可知，通過測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=v*A可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。</p><p>　　ZRN-LUG渦街流量計(jì)的管腳排列如圖11所示。</p><p>　　圖11 ZRN-LUG的管腳排列圖</p><p>　　Fig11 Pins of ZRN-LUG</p>

88、<p>　　渦街電流計(jì)通過管腳3向外輸出電流信號(hào)，范圍是4-20mA。</p><p>　　3.4.2 檢測(cè)電路工作原理</p><p>　　ZRN-LUG渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)是4-20mA的電流信號(hào)，需要運(yùn)算放大器LM358組成的4-20mA輸入5V輸出的I/V轉(zhuǎn)換電路.而該電路輸出的電壓信號(hào)通過D01與TCL2543連接。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)的P1口內(nèi)。

89、流量監(jiān)測(cè)電路如圖12所示。</p><p>　　圖12 流量監(jiān)測(cè)電路</p><p>　　Fig12 Traffic monitoring circuit</p><p>　　ZRN-LUG渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)是4-20mA的電流信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)下拉電阻變成電壓信號(hào)。D3起到穩(wěn)壓的作用。LM358為運(yùn)算放大器運(yùn)放既有提高輸入阻抗作用，又有線性放大作用； C10并聯(lián)

90、在一個(gè)非常小的電阻上，是防止因布線而造成的高頻干擾。而該電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)的P1口內(nèi)。</p><p>　　3.5 壓力檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　壓力檢測(cè)電路主要是用來檢測(cè)主控制器管道的供熱壓力，使壓力的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化從而采集物理量，通過A/D轉(zhuǎn)換,導(dǎo)入單片機(jī)中。</p><p>　　3.5.1 壓電傳感器

91、</p><p>　　壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。本設(shè)計(jì)采用PC封裝式壓力傳感器 雙列直插封裝 1220型中壓傳感器。</p><p>　　工作原理：因?yàn)閴毫鞲衅鬏敵鲂盘?hào)是0-50mV的電壓信號(hào)，經(jīng)過兩個(gè)運(yùn)算放大器LM

92、324組成放大電路獲得0-5V的電壓。而該電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)內(nèi)。此處用到的A/D轉(zhuǎn)換器為TLC2543。</p><p>　　3.5.2 壓力檢測(cè)電路的工作原理</p><p>　　圖13 壓力檢測(cè)電路</p><p>　　Fig13 Pressure detection circuit</p><p

93、>　　LM324是四運(yùn)放集成電路。壓力傳感器輸出的電流信號(hào)，經(jīng)過上拉電阻.同流放大器U2C與電壓跟隨器U3D，而該電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)的P1口內(nèi)。</p><p>　　3.6 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　為便于對(duì)溫度進(jìn)行隨時(shí)的檢測(cè)，需要鍵盤與顯示電路以便觀測(cè)與控制溫度。</p><p>　　3.6.1 鍵盤

94、部分</p><p>　　鍵盤電路主要是通過鍵盤可以設(shè)置5個(gè)時(shí)段溫度；同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、流量、壓力等狀態(tài)信息的調(diào)整，以及它們的顯示信息的切換。鍵盤電路如圖3-13所示：</p><p><b>　　圖14 鍵盤電路</b></p><p>　　Fig14 Keyboard circuit</p><p>　　設(shè)計(jì)采用行列

95、式按鍵結(jié)構(gòu)，鍵盤區(qū)設(shè)計(jì)4*2個(gè)按鍵,它的行線與按鍵的一個(gè)引腳相連，列線與按鍵的另一個(gè)引腳相連。列線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)列線被置成低電平，沒有按鍵被按下時(shí)，行線保持高電平，而有按鍵被按下時(shí)，行線被拉成低電平。這時(shí)候控制器知道有按鍵被按下，但只能判斷出在哪一行，不能判斷出在哪一列，因此接下來就要進(jìn)行鍵盤掃描，以確定具體是哪個(gè)按鍵被按下。鍵盤掃描程序需要配合顯示電路界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。這8個(gè)鍵的功能為左右移動(dòng)、上下移動(dòng)、返回、確認(rèn)、開機(jī)、

96、功能選擇。當(dāng)我們想要顯示或切換某個(gè)信息時(shí)，可以選擇開機(jī)鍵，在選擇功能鍵，進(jìn)行上下調(diào)整、左右調(diào)整，得到確定信息按確定鍵。完成后可按返回鍵。</p><p>　　3.6.2 顯示部分</p><p>　　前面在第二節(jié)我們?cè)诜桨高x擇時(shí)已經(jīng)說我們選擇的是6為L(zhǎng)ED動(dòng)態(tài)顯示。由于所有6位段皆由一個(gè)I/O口控制，因此，在每一瞬間，6位LED會(huì)顯示相 同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方

97、法流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)長(zhǎng)ED為共陰，故應(yīng)送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。例如，要求顯示“LL0-20”時(shí)，I/O1和I/O2輪流送入段選碼、位選碼在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制。而共陰（共陽）極公共

98、端分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。</p><p>　　段選碼，位選碼每送入一次后延時(shí)1mS，因人的視覺暫留時(shí)間為0.1S（100mS），所以每位顯示的時(shí)間不能超過20MS，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個(gè)數(shù)碼管總在亮。這種方式稱為軟件掃描方式。顯示電路的電路圖15是所示。</p><p><b>　　圖15 顯示電路</b>&

99、lt;/p><p>　　Fig15 Shows circuit</p><p>　　由上圖可見，電路采用6位共陽LED數(shù)碼管，用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示，顯示溫度、流量、時(shí)間等信息。</p><p>　　3.6.3 鍵盤顯示的接口電路</p><p>　　采用4*2鍵盤，6位數(shù)碼管通過8255A與單片機(jī)相連。74LS245則作為輸入緩沖器連接在825

100、5與數(shù)碼管之間。下面先對(duì)8255與74LS245做一下簡(jiǎn)單介紹。</p><p>　?。?）8255簡(jiǎn)介，8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口.8255具有3個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道端口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作。 方式0—基本輸入輸出方式；方式1—選通輸入/出方式；方式2—雙向選通輸入/輸出

101、方式； </p><p>　　（2）74LS245的簡(jiǎn)介，74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動(dòng)LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 雙列直插封裝圖如3-15所示。</p><p>　　圖16 74LS245引腳圖</p><p>　　Fig16 74 ls245 pin drawing</p><p>

102、;　　74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng)單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。 當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。

103、P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時(shí)，74LS245輸入（P0.1←D1），其它時(shí)間處于輸出（P0.1→D1）。單片機(jī)經(jīng)8255與鍵盤顯示接口的電路如圖17所示。</p><p>　　圖17 鍵盤顯示接口的電路</p><p>　　Fig17 Keyboard display interface

104、 circuit</p><p>　　8255的D0口接單片機(jī)的P0口，A0、A1作為控制總線接單片機(jī)的P2.0、P2.1。當(dāng)8255的PA口接了輸入緩沖器74LS245，接數(shù)碼管的八個(gè)管腳，從8255的PA口輸出段碼,PB口輸出位碼。PC低4位作為輸入口。PC高4位作為輸入口工作方式選擇方式2，則8255的口地址分別為：PA：F8F7H，PB：F9F7H，PC：FAF7H，控制口：FBF7H。這樣顯示器的段口地

105、址為FCF7H，位口地址為FDF7H。</p><p>　　3.7 射頻卡接收電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，它的工作原理是標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（A

106、ctive Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。主要是采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值。射頻卡接收電路如下圖18所示。</p><p>　　圖18 射頻卡接收電路</p><p>　　Fig18 RF receiving circuit</p><p>　　當(dāng)射頻卡通過J2接入電路時(shí)，,輸出高電平電路，三極管集射導(dǎo)

107、通，蜂鳴器B2導(dǎo)通。接在集電極的光指示亮，R9起到保護(hù)作用。</p><p>　　3.8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求時(shí)采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警。要用到有蜂鳴器組成的報(bào)警電路。壓力傳感器用來測(cè)量主管道的壓力，方便供暖監(jiān)控中心對(duì)供暖管道進(jìn)行檢測(cè)和維修，當(dāng)管道發(fā)生故障時(shí)，要用到有蜂鳴器組成的報(bào)警電路。報(bào)警電路的電路圖如圖19所示。</p