【正文】 42 所示。因?yàn)樾枰@示的內(nèi)容有漢字和數(shù)字，漢字的寬高比例為 16*16，數(shù)字的寬高比例為 8*16，所以程序中不能將這兩種數(shù)據(jù)通過一個子程序顯示，所以 程序中采用的顯示方式為先在屏幕的 0 行和 4 行顯示對應(yīng)的漢字，顯示完畢后，再在 2 行和 6 行顯示對應(yīng)的數(shù)字，這樣就可以將需要顯示的數(shù)字完全顯示出來，液晶顯示子程序流程圖如圖 47 所示。 圖 45 流量統(tǒng)計(jì)子程序流程圖 溫度計(jì)算程序設(shè)計(jì) 根據(jù)前面分析，在流量傳感器輸出質(zhì)量流量時采用焓差法，而流量傳感器輸出體積流量時采用熱系數(shù)法，為了方便單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和儲存，設(shè)計(jì)中采用焓差法比較方便，因?yàn)檫@種方法只要存儲水密度數(shù)表和焓差表即可通過累積這段時間的水的體積與這兩個數(shù)表相應(yīng)的數(shù)據(jù)相乘得出的進(jìn)水口熱能和出水口熱能，用戶消耗熱能只要將這兩個值石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 相減就可 以算出，所以，利用這種方法可以盡量的簡化算式，方便單片機(jī)計(jì)算出熱能。串行中斷實(shí)現(xiàn)過程是 RX 接收到信號即開始根據(jù)單片機(jī)和模塊兩者之間設(shè)置好的相同的波特率，從模塊端發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)，經(jīng)過特定的單片機(jī)執(zhí)行程序讀取和保存模塊所發(fā)來的信息。 定時器 T0 及串行中斷流程圖設(shè)計(jì) 定時器 T0 是整個設(shè)計(jì)中重要的一部分，因?yàn)樗鸬搅藛纹瑱C(jī)內(nèi)部時鐘計(jì)時的功能，單片機(jī)利用計(jì)時功能和在這段時間讀取的外部信息計(jì)算出在這段時間的流速，通過已知量瞬時流速和這段時間的進(jìn)出水溫度，再通過算式即可求出這段時間內(nèi)的熱能信息，再通過不斷累積一段段時間的熱能從而得出用戶所消耗的總熱能，完成計(jì)費(fèi)。 圖 42 按鍵子程序流程圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有六個量需要顯示，它們是進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時流量、累積流量、本次熱能、累積熱能，它們將分成三組顯示，每次屏幕顯示兩個數(shù)據(jù)量，所以按鍵控制每 3 次完成一次循環(huán)控制。整個程序盡量做到模塊化，這樣可以清楚的分析程序和找出程序中的錯誤，方便修改。 設(shè)計(jì)思路及程序流程圖 軟件部分由主程序和各個子程序構(gòu)成。 3 號端子 SCL 時鐘線， 4 號端子 SDA 數(shù)據(jù)線， 5 號端子 RST 復(fù)位口， 6 號端子 D/C 數(shù)據(jù)指令選擇口，四個端子共同構(gòu)成 SPI 總線結(jié)構(gòu)，與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信，顯示瞬時流量、累積流量、入水溫度、出水溫度、累計(jì)熱能等信息。 OLED12864 模塊簡介 OLED12864 模塊實(shí)物圖如圖 39 所示，其基本特點(diǎn)和參數(shù)如下： 圖 39 OLED12864 實(shí)物圖 (1)無需背光：顯示單元能自發(fā)光； (2)寬電壓支持：無需任何修改，直接支持 3V~5V 直流； (3)獨(dú)立的 SPI 通信方式： SPI 的優(yōu)勢在于可以獨(dú)立復(fù)位， 若使用 CPU 的硬件 SPI，顯示速度快，性能穩(wěn)定； (4)分辨率： 128*64； (5)可視角度大：最大可視角 160176。 OLED 尺寸難以大型化，但是分辨率可以做的很高，所以設(shè)計(jì)中采用 HTDS 系列 OLED 模塊。 顯示模塊電路設(shè)計(jì) 顯示模塊選擇 OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管 (Organic LightEmitting Diode),又稱為有機(jī)電激 光顯示(Organic Electroluminesence Display)。當(dāng) LED 熄滅時 ,表明 TC35i 處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng) LED 為 600 ms亮 /600ms 熄時，表明 SIM 卡沒有插入或 TC35i 正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng) LED 為 75 ms 亮/3s 熄時，表明 TC35i 已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機(jī)狀態(tài)。硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS 電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令集。 15 腳是啟動腳 IGT，系統(tǒng)加電后為使 TC35i 進(jìn)入工作狀態(tài) ,必須給 IGT 加一個大于100ms 的低脈沖 ,電平下降持續(xù)時間不可超過 1ms。 TC35i 模塊有 40 個引腳，通過一個 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )連接器引出。該模塊與手機(jī)卡連接后，就可以實(shí)現(xiàn)熱能表的無線控制和遠(yuǎn)程抄表。如果采用有線的方式，需要重新的布線，施工比較麻煩，而且還有可能破壞原來的通訊線路，但是如果采用無線數(shù)傳電臺建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，只需將新增設(shè)備與無線數(shù)傳電臺相連接就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充了，相比之下有更好的擴(kuò)展性。 當(dāng)然在一些近距離的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，無線的通訊方式并不比有線的方式成本低，但是有時候?qū)嶋H的現(xiàn)場環(huán)境難以布線，客戶根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的需要還是會選用無線的方式來實(shí)現(xiàn)通訊。 圖 37 Pt1000橋式測溫電路 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 GSM 通信模塊電路設(shè)計(jì) 全球移動通信系統(tǒng) (Global System for Mobile munication)就是眾所周知的 GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)。2/(39。為了保證運(yùn)放兩個輸入端對地的電阻平衡，同時為了避免降低共模抑制比，通常要求 39。此外，在電路對稱的條件下，差分放大電路具有很強(qiáng)的抑制零點(diǎn)漂移及抑制噪聲與干擾的能力。 流量傳感器將脈沖傳遞給單片機(jī)，通過單片機(jī)的計(jì)數(shù)器來計(jì)算出水的流速，從而完成流速信號的采集，其接線圖如圖 34 所示。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 流量傳感器電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中選擇 LCT9723 系列中的 LCT9723B 型流量傳感器，其基本工作原理如下圖33 所示。 1 號引腳 ， 2 號引腳 ， 12 號引腳， 13 號引腳 分別與 OLED12864 液晶屏的 SCL、 SDA、 RST、 D/C 連接，用于控制液晶屏的顯示。 4 號引腳為 RXD/引腳，這個引腳的主要作用是單片機(jī)串行通信的接收端子， 5 號引腳為 TXD/ 引腳，這個引腳的主要作用是單片機(jī)串行通信的發(fā)送端子，單片機(jī)由這兩個串口與 GSM 模塊進(jìn)行通信，完成對 GSM 模塊的控制。 STC12LE5616AD 型單片機(jī)封裝圖如圖 31 所示。 STC12LE5620AD 系列單片機(jī)有多種型號和管腳，也分不同的排列形式，如雙列窄型 /寬型和方型。 17. 通 用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多串口。 15. PWM(4 路 )/PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列， 4 路 ) —— 也可用來當(dāng) 4 路 D/A 使用。 12. 共 6 個 16 位定時器。 10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 (外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路 )。 6. 通用 I/O 口 23 個，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 (普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 )可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不要超過 55mA。 2. 工作電壓： STC12LE5620AD 系列工作電壓： (3V 單片機(jī) )。三芯屏蔽線中： 1 白色線：電源－； 2 紅石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 色線：電源＋； 3 黃綠線：接地線， 4 黃色線：信號。 另外 本 模塊 采用微功耗、高可靠性、大溫差、寬電壓設(shè)計(jì)，本芯片尤其是適用于在要求微功耗、高可靠性、大溫差的應(yīng)用環(huán)境中，應(yīng)是優(yōu)良的首選器件，其潛在的及尚未開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，具有一系列的潛在效益和應(yīng)用前景， 并在 各領(lǐng)域中都具有很大的開發(fā)與應(yīng)用價值 。機(jī)械式流量計(jì)對于所處環(huán)境要求較為寬松，價格也較為合理 ，所以三種流量計(jì)比較起來選擇機(jī)械式熱能表無論是在經(jīng)濟(jì)方面還是精度方面均有較大優(yōu)勢。目前在 DN25 以下的戶用 熱能表 當(dāng)中，無論是國內(nèi)還是國外，幾乎全部采用機(jī)械式流量計(jì)。 缺點(diǎn)：由于成本極高，需要外加電源等原因，所以很少有 熱能表 采用這種方案。 (2)電磁式熱能表 采用電磁式流量計(jì)的 熱能表 的統(tǒng)稱。一般 DN40 以上的 熱能表 多采用這種流量計(jì)。 流量傳感器的選擇 流量傳感器的選型分析 流量傳感器按照國內(nèi)外市場的情況，主要分為超聲波式、電 磁式、機(jī)械式 (其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式 )。 可以看出兩種計(jì)算方法間的計(jì)算差別遠(yuǎn)小于 1 級熱能表的誤差限 ，所以采用不同方法引起的計(jì)算差別是完全可以忽略的。 由式 (213)、 (214)、 (215)可以看出熱系數(shù) K 是由焓差計(jì)算得出來的，因此可以說焓差法和熱系數(shù)法在本質(zhì)上是相同的。 熱量計(jì)算公式的對比分析選擇 我國供熱體制改革 是借鑒了歐洲的經(jīng)驗(yàn)下推行的，熱量表行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及熱量表鑒定方法及流程是以歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN1434“熱能表 ”為范本，結(jié)合我國具體國情狀況進(jìn)行制定。 ? ?? 10VV Td VKQ (211) 式中： Q ──釋放或吸收的熱量 (J 或 hW? )； V ──載熱液體流經(jīng)熱交換系統(tǒng)水的體積 ( 3m )； T? ──熱交換系統(tǒng)中載熱液體入口處和出口處的溫度差 (℃ )； K ──熱系數(shù)，它是載熱液體在相應(yīng)溫度和壓力下的函 [ /J ( 3m ℃ )或/hkW? ( 3m ℃ )]。(+3 tt??min ) (26) 流量傳感器誤差限 Eq 1 級 Eq =177。 13)組合式熱量表準(zhǔn)確度等級可按分部 件誤差限執(zhí)行。(2+4 tt??min + qqp ) (22) 2 級 E=177。 10)熱量表的最大溫差與最小溫差之比應(yīng)大于 10，供貨廠家必須提供最小溫差值。 8)在常用流量時，最大允許壓力損失不應(yīng)超過 。 5)顯示數(shù)字的可見高度不應(yīng)小于 4mm，小數(shù)數(shù)字必須有小數(shù)點(diǎn)分開。 3)熱量的顯示單位必須用 J 或 Wh 及其十倍數(shù)。單片機(jī)定時通過 GSM 模塊向統(tǒng)計(jì)部門發(fā)出統(tǒng)計(jì)信息用實(shí)現(xiàn)供暖公司對用戶取暖收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)通過采集這三個信號通過處理和計(jì)算，得出熱交換系統(tǒng)的入水溫度、出水溫度、瞬時流量、累積流量和累計(jì)熱量等結(jié)果。通過按鍵、功能鍵模塊調(diào)用在液晶模塊上進(jìn)行顯示，同時系統(tǒng)精確度能夠滿足要求。熱能表 中流量計(jì)是主要的部件 ， 流量計(jì)量傳感技術(shù)相對復(fù)雜 ， 問題較多 ， 中國 熱能表 在這方面尤其是薄弱的環(huán)節(jié) 。 中國 熱能表 設(shè)計(jì)大多數(shù)能做到 ： 既可用于測量供熱量 ， 也可用于測量供冷量 (吸熱量 )， 一表兩用 。 我國研究現(xiàn)狀及特點(diǎn) 中國 熱能表 的自行研制開始于上世紀(jì)的九十年代 。因此對引線電纜的長度有嚴(yán)格的要求，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 一旦配對完畢，不可任意延長或縮短。如果用戶盜用熱水，熱量計(jì)量結(jié)果反而減少。這既是給 用戶一個選擇、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。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀及特點(diǎn) 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?！睂?shí)現(xiàn)供熱計(jì)量收費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施是能以足夠的精度對實(shí)際使用的熱量進(jìn)行測量的熱能表。s urban residents in northern residential area of heating generally use heat instead of the actual charges, resulting in poor user awareness of energy , causing serious waste of resources. This apparent lack of measurement science, not only that, although longer study abroad heat meters , heat meters but imports more expensive , it is an economical and practical research in line with China 39。最后分析熱能表模塊的精度范圍。 顯然這種計(jì)量方法缺乏科學(xué)性，不僅如此，雖然國外熱能表研究時間較長，但是進(jìn)口熱能表價格較為昂貴 ，所以研究一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用符合我國國情的熱能表非常必要。 熱能表結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。 溫度傳感器用來分別測量供暖進(jìn)回水溫度，傳感器采用 Pt1000，一方面該傳感器精度符合 國家標(biāo)準(zhǔn)，提供較為精確的數(shù)據(jù)，使得計(jì)費(fèi)較為準(zhǔn)確，另一方面，此溫度傳感器各種研究資料較為充足，有利于準(zhǔn)確計(jì)算出熱量值。中國國產(chǎn)熱量表的價格比歐洲進(jìn)口熱能表便宜 1/2 到 2/3左右，并且中國目前的供熱系統(tǒng)對中國的熱量表提出了比歐洲國家更苛刻的要求，對水質(zhì)的適應(yīng)性更高。根據(jù)專利文獻(xiàn)，中國最早研制 “采暖用熱量表 ”的是山西的一位教師。K 系數(shù)的取值在進(jìn)水和回水上是不同的，只能規(guī)定其中一個固定的位置，不得變換。相應(yīng)的 “熱量表 ”，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)展過程。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的熱能表設(shè)計(jì) The Heat Meter Based on MCU