【正文】 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(mén)。采用電磁門(mén)主要是控制管道流量的開(kāi)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(lái)的流量、溫度等信息傳給控制器。通過(guò)鍵盤(pán)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(lái)存儲(chǔ)和處理整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)信息。 模塊方案設(shè)計(jì)的選擇 單片機(jī)的選擇單片機(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(kāi)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］。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。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。 溫度檢測(cè)方案選擇本設(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(lái)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(lái)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(mén)的開(kāi)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(lái)處理，這就要求本系統(tǒng)要用到溫度傳感器。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 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+。另外提供9到12位的測(cè)量分辯率，、實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量。 流量檢測(cè)的方案的設(shè)計(jì) 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(lái)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(lái)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(guò)調(diào)節(jié)管道流量來(lái)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(lái)測(cè)量管道流量。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ZRNLUG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420mA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。 壓力檢測(cè)的方案設(shè)計(jì)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。壓力傳感器用來(lái)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。根據(jù)本系統(tǒng)的要求等綜合考慮，本系統(tǒng)選用的是NPC1220壓力傳感器。 1220型是經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹鹤枋綁毫鞲衅鳎捎秒p列直插封裝結(jié)構(gòu)，它的壓力范圍可達(dá)到070KPa，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。 鍵盤(pán)顯示電路的方案設(shè)計(jì)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(lái)，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(mén)開(kāi)度，這就需要人機(jī)接口鍵盤(pán)電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。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(pán)電路部分，設(shè)計(jì)采用行列式按鍵結(jié)構(gòu)，鍵盤(pán)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(pán)的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，這種鍵盤(pán)易于設(shè)計(jì), 編程簡(jiǎn)單, 通過(guò)軟件按鍵延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象。 射頻卡接收電路的方案設(shè)計(jì)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。射頻卡是一種以無(wú)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(lái)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(lái)，解決了無(wú)源（卡中無(wú)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(wú)源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，機(jī)具無(wú)直接對(duì)最終用戶開(kāi)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) 報(bào)警電路的方案設(shè)計(jì)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(lái)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?？紤]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。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(lái)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。存儲(chǔ)器大致可分為兩大類(lèi)：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)。大部分的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）都屬于此類(lèi)。非易失存儲(chǔ)器在系統(tǒng)關(guān)閉或無(wú)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。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(mén)狗功能[5］。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(wèn)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(mén)的開(kāi)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(lái)控制各個(gè)樓宇的供暖主管道閥門(mén)，以調(diào)節(jié)溫度。實(shí)際生活中最常用的閥門(mén)有電磁閥和電動(dòng)閥門(mén)兩種，電動(dòng)閥：電動(dòng)閥一般是管徑大,應(yīng)用于流體的流通、截止、流量、壓力等控制，進(jìn)行流通、截止控制的叫電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥(有的只能開(kāi)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(kāi)度實(shí)現(xiàn)原理就是在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中停止，電磁閥只能控制全開(kāi)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(mén)開(kāi)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(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制這里選擇合適功率為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 。 此處省略NNNNNNNNNNNN字?？劭郏壕牌咭痪哦惆肆懔?另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)W77E58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］。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)的雙工竄口（11）1K的片上外部存儲(chǔ)器（12）可編程看門(mén)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(wèn)周期可編程（15）封裝：DIP40：W77E58－25/40，PLCC44：W77E58P－25/40，QFP44：W77E58F－25/40此處采用DIP40：W77E58－25/40 單片機(jī)(77E58)的引腳功能單片機(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PP3口線復(fù)用。77E5840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］。 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.（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(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。圖4 77E58引腳圖Fig4 77 E58 Pin drawingP1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(mén)功能，具體請(qǐng)看下表1所示。表1 P1口的第二功能Table1 The second function of P1 mouthP1引腳兼用功能計(jì)數(shù)器2引腳計(jì)數(shù)器2重裝/捕獲/計(jì)數(shù)方向控制腳串行通訊輸入（RXD1）串行通訊輸出（TXD1）外部中斷2（ INT2）外部中斷3（ INT3）)外部中斷4（ INT4）外部中斷5（ INT5）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。表2 P3口的第二功能Table2 The second function P3 mouthP3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RD 單片機(jī)(77E58)的復(fù)位電路復(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)。MAX813L芯片特點(diǎn)：(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。(2) 獨(dú)立的看門(mén)狗輸出，其輸出將由高電平變?yōu)榈碗娖健?3) ，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。MAX813組成的單片機(jī)復(fù)位電路如圖5所示。圖5 復(fù)位電路Fig5 Reset circuit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)。 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)電路要用到溫度傳感器DS18B20來(lái)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換,導(dǎo)入單片機(jī)中。 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)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35 DS18B20的管腳排列(3)VCC為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）DS18B20的管腳排列如圖6所示。 圖6 DS18B20的管腳排列Fig6 Pin arrangement of DS18B20DS18B20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)警觸發(fā)器TH、TL、配置寄存器。DS18B20的內(nèi)部結(jié)果如圖7所示。圖7 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig7 DS18B20 internal structure 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，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38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(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)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(kāi)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。 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)便采用用到的芯片為T(mén)LC2543[7］。 TLC2543的介紹 TLC2543 一個(gè)12位開(kāi)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；（4）SPI串行接口；（5）線性度誤差