【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 裝容易，價格較低。目前德國不允許采用，美國、法國有使用供熱采暖網(wǎng)。 (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。兩種方法在粗略估算時以建筑面積乘以 等于使用面積。1 ℃ ；可計出水溫度 3~100℃ 177。 通過測定用戶的熱負(fù)荷來確定用戶的用熱量的溫差法。故此法舍去。frρ,ρ 為入口與出口溫度下的載熱流體密度。然而，溫度測量精度提高，需要測量計算的數(shù)據(jù)也就越多。 本設(shè)計中采用的熱量計量方法是 常系數(shù)比熱容法， 按熱量收費(fèi)的方法。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 總體設(shè)計框圖 整個系統(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，顯示及報警驅(qū)動電路、存儲電路、時鐘電路、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。現(xiàn)有市場上常見的有 5 PIC、 MSP430 等系列單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flach 存儲器。 綜上所述，鑒于本系統(tǒng)需要測量溫度、流量、等參數(shù)，同時還有鍵盤輸入、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。 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℃ 時電阻值為 100Ω，電阻變化率為 ℃ 。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從 0℃ 開始。 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。 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)。同時，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)行對供熱流量的計量。 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) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 據(jù)的讀寫。國際標(biāo)準(zhǔn) ISO10536 系列闡述了對非接觸式 IC 卡的規(guī)定。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”處理多張非接觸式 IC 卡。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。MFRC522 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳控制功能，即用戶計量數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)自動抄表。 現(xiàn)場總線 CAN CAN 屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。在通訊距離為 40m時，最高通訊速率可達(dá) 1Mb/s，而且傳輸時間短，受干擾的概率低。 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€。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。 空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 XTAL1接外部晶體的一端， 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 C C3對頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是 ～ 12MHz（本設(shè)計選用 ）。 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時， 在此引腳上出現(xiàn)兩個機(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。 溫度檢測模塊設(shè)計 溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。如果其中之一為溫度 計，就可以用它對另一個物體實(shí)現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。因此，對感溫元件的結(jié)構(gòu)、性能要求苛刻。從原理上看，用這種方法測溫上限很高。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。 （ 2）在 DS18B20 中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號。 （ 6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。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。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數(shù)器 1。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 正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。上拉電阻的阻值為 。 在國內(nèi)外眾多戶用熱量表產(chǎn)品中，因價格和功耗等諸多因素，普遍采用小口徑的流量傳感器 。公稱直徑≤ 40mm的熱量表，其常用流量與最小流量之比必須采用 50 或 100。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間。按口徑分為小口徑和大口徑。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。按測量原理的不同超聲波流量傳感器分為多普勒頻率法、頻差法和時差法等三種，目前大部分采用的時差法。 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。因其結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜、價格較高且通常要求 220V 交流供電，所以通常不適用于戶用計量。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 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 時計算出流體流量。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。 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 DN20。 ，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和維護(hù)。 512us，為高電平脈沖信號。選用 1M 阻值的上拉電阻。本系統(tǒng)采用了美國 ATEML 公司推出的 AT24C04 芯片，它的容量是4KB?？偩€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。是一款性價比極高的 時鐘芯片 ，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。 其主要特性有： 寬電壓范圍 ~， 復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值 Vlow=。 內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測電路。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 MIFARE 1 技術(shù)和瑞士 KABA 公司的LEGIC 技術(shù)。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 MIFARE 1 卡作為熱表通訊和信息存儲的工具。支持 ISO14443A 的多層應(yīng)用。CRC）。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。接收電路需在 RX 和 VMID 之間連接一分壓。 MFRC522 的 OSCIN 和 OSCOUT 分別為晶振電路的輸入輸出引腳，接 的晶振，兩者通過一個 15pF 的電容接地隔離。 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。接收器部分提供一個堅(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。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。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MIFARE 1 技術(shù)得到了更為普遍推廣和應(yīng)用。 400kHz 總線。 可編程時鐘輸出頻率為： 、 1024Hz 、 32Hz 、 1Hz。所有 16 個 寄存器 設(shè)計成可尋址的 8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 25 M a y 20 14 S he e t of F i l e : H : \新建文件夾 \ M y D e s i gn1 .ddb D r a w n B y :A01A12A33GND4V C C8WP7S C L6S D A5A T 2 4C 04A+ 5VR8R7P P 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 時鐘電路設(shè)計 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鐘 /日歷芯片。簡而言之， AT24C02 是一個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。根據(jù)設(shè)計的要求，以及考慮到與單片機(jī)連接的方便性， I178。 1 引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳，與單片機(jī)的 引腳相連 ，將檢測到的流量信號傳入單片機(jī)。 f接口簡單，可便于與單片機(jī)建立可靠的脈沖信號輸出。 ，該技術(shù) 可避免傳統(tǒng)基表的磁鋼結(jié)垢的缺點(diǎn)。這個轉(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。而且也不會因?yàn)闇囟雀叨褂来糯艌鰪?qiáng)度降低，顯著降低計量精度，保證流量計的長期使用。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)今的無磁流量計應(yīng)用到熱量表中。 (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。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。葉輪流量計測量原理和結(jié)構(gòu)相對簡單，所以價格較低。表的計數(shù)器按是否與熱水接觸又分為干式和濕式二種。 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。我們認(rèn)為：在呼吁有關(guān)部門改善水質(zhì)的同時，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。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。單片機(jī) AT89S52 起實(shí)時控制及通訊作用，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和傳輸。 本系統(tǒng)中溫度采集部分的硬件電路框圖如圖 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。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 DS18B20 工作原理簡單。每片 DS18B20含有一個唯一的 64位 ROM編碼。 （ 4）測量溫度范圍在－ 55oC 到＋ 125oC 之間。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。 本設(shè)計采用的 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的。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。因此，測溫準(zhǔn)確度較高。 （ a）接觸法。當(dāng)按鍵按下后， RESET端產(chǎn)生高電平。內(nèi)部時鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機(jī)工作所需的時鐘信號。 在 XTAL1和 XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器（本設(shè)計選用晶體諧振器），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)部時鐘發(fā)生器，如圖 。 圖 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 CPU1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 25 M a y 20 14 S he e t of F i l e : H : \新建文件夾 \ M y D e s i gn1 .ddb D r a w n B y :C1R1 KR21KS1R E S E TY1 592M H zC233P FC333P F+ 5vP P C L KC W WP P P P R E S TP P P I N T 0P P 22uFWRRDA T 8 9S 52+ 5VP 1P 2P