【正文】 42 所示。因為需要顯示的內(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 行顯示對應的漢字，顯示完畢后，再在 2 行和 6 行顯示對應的數(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)計子程序流程圖 溫度計算程序設計 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，為了方便單片機進行運算和儲存，設計中采用焓差法比較方便，因為這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)表相應的數(shù)據(jù)相乘得出的進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四方學院畢業(yè)設計 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，方便單片機計算出熱能。串行中斷實現(xiàn)過程是 RX 接收到信號即開始根據(jù)單片機和模塊兩者之間設置好的相同的波特率，從模塊端發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，經(jīng)過特定的單片機執(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計 定時器 T0 是整個設計中重要的一部分，因為它起到了單片機內(nèi)部時鐘計時的功能，單片機利用計時功能和在這段時間讀取的外部信息計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，完成計費。 圖 42 按鍵子程序流程圖 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 23 系統(tǒng)設計中有六個量需要顯示，它們是進水溫度、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。 設計思路及程序流程圖 軟件部分由主程序和各個子程序構成。 3 號端子 SCL 時鐘線， 4 號端子 SDA 數(shù)據(jù)線， 5 號端子 RST 復位口， 6 號端子 D/C 數(shù)據(jù)指令選擇口，四個端子共同構成 SPI 總線結構，與單片機實現(xiàn)串行通信，顯示瞬時流量、累積流量、入水溫度、出水溫度、累計熱能等信息。 OLED12864 模塊簡介 OLED12864 模塊實物圖如圖 39 所示，其基本特點和參數(shù)如下： 圖 39 OLED12864 實物圖 (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)獨立的 SPI 通信方式： SPI 的優(yōu)勢在于可以獨立復位， 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，所以設計中采用 HTDS 系列 OLED 模塊。 顯示模塊電路設計 顯示模塊選擇 OLED，即有機發(fā)光二極管 (Organic LightEmitting Diode),又稱為有機電激 光顯示(Organic Electroluminesence Display)。當 LED 熄滅時 ,表明 TC35i 處于關閉或睡眠狀態(tài)；當 LED 為 600 ms亮 /600ms 熄時，表明 SIM 卡沒有插入或 TC35i 正在進行網(wǎng)絡登錄；當 LED 為 75 ms 亮/3s 熄時，表明 TC35i 已登錄進網(wǎng)絡，處于待機狀態(tài)。硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS 電平，支持標準的 AT 命令集。 15 腳是啟動腳 IGT，系統(tǒng)加電后為使 TC35i 進入工作狀態(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。該模塊與手機卡連接后，就可以實現(xiàn)熱能表的無線控制和遠程抄表。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，只需將新增設備與無線數(shù)傳電臺相連接就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的擴充了，相比之下有更好的擴展性。 當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，但是有時候實際的現(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現(xiàn)通訊。 圖 37 Pt1000橋式測溫電路 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 16 GSM 通信模塊電路設計 全球移動通信系統(tǒng) (Global System for Mobile munication)就是眾所周知的 GSM，是當前應用最為廣泛的移動電話標準。2/(39。為了保證運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的抑制零點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，通過單片機的計數(shù)器來計算出水的流速，從而完成流速信號的采集，其接線圖如圖 34 所示。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 13 流量傳感器電路設計 設計中選擇 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串行通信的發(fā)送端子，單片機由這兩個串口與 GSM 模塊進行通信，完成對 GSM 模塊的控制。 STC12LE5616AD 型單片機封裝圖如圖 31 所示。 STC12LE5620AD 系列單片機有多種型號和管腳，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現(xiàn)多串口。 15. PWM(4 路 )/PCA(可編程計數(shù)器陣列， 4 路 ) —— 也可用來當 4 路 D/A 使用。 12. 共 6 個 16 位定時器。 10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 (外部晶體 20M 以下時，可省外部復位電路 )。 6. 通用 I/O 口 23 個，復位后為：準雙向口 /弱上拉 (普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口 )可設置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 驅動能力均可達到 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 )。三芯屏蔽線中： 1 白色線：電源－； 2 紅石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 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、寬電壓設計，本芯片尤其是適用于在要求微功耗、高可靠性、大溫差的應用環(huán)境中，應是優(yōu)良的首選器件，其潛在的及尚未開發(fā)的應用領域也很廣泛，具有一系列的潛在效益和應用前景， 并在 各領域中都具有很大的開發(fā)與應用價值 。機械式流量計對于所處環(huán)境要求較為寬松，價格也較為合理 ，所以三種流量計比較起來選擇機械式熱能表無論是在經(jīng)濟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 當中，無論是國內(nèi)還是國外，幾乎全部采用機械式流量計。 缺點：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。 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、機械式 (其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式 )。 可以看出兩種計算方法間的計算差別遠小于 1 級熱能表的誤差限 ，所以采用不同方法引起的計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)驗下推行的，熱量表行業(yè)的相關標準以及熱量表鑒定方法及流程是以歐洲標準 EN1434“熱能表 ”為范本，結合我國具體國情狀況進行制定。 ? ?? 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超過 。 5)顯示數(shù)字的可見高度不應小于 4mm，小數(shù)數(shù)字必須有小數(shù)點分開。 3)熱量的顯示單位必須用 J 或 Wh 及其十倍數(shù)。單片機定時通過 GSM 模塊向統(tǒng)計部門發(fā)出統(tǒng)計信息用實現(xiàn)供暖公司對用戶取暖收費的標準。單片機通過采集這三個信號通過處理和計算，得出熱交換系統(tǒng)的入水溫度、出水溫度、瞬時流量、累積流量和累計熱量等結果。通過按鍵、功能鍵模塊調(diào)用在液晶模塊上進行顯示，同時系統(tǒng)精確度能夠滿足要求。熱能表 中流量計是主要的部件 ， 流量計量傳感技術相對復雜 ， 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 設計大多數(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 中國 熱能表 的自行研制開始于上世紀的九十年代 。因此對引線電纜的長度有嚴格的要求，石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 一旦配對完畢，不可任意延長或縮短。如果用戶盜用熱水，熱量計量結果反而減少。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 技術成熟和標準化的程度。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀及特點 集中供暖計量收費是 20 世紀 70 年代中期由歐洲開始的?！睂崿F(xiàn)供熱計量收費基礎設施是能以足夠的精度對實際使用的熱量進行測量的熱能表。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。 顯然這種計量方法缺乏科學性，不僅如此，雖然國外熱能表研究時間較長，但是進口熱能表價格較為昂貴 ，所以研究一款經(jīng)濟實用符合我國國情的熱能表非常必要。 熱能表結構框圖如圖 31 所示。 溫度傳感器用來分別測量供暖進回水溫度，傳感器采用 Pt1000，一方面該傳感器精度符合 國家標準，提供較為精確的數(shù)據(jù)，使得計費較為準確，另一方面，此溫度傳感器各種研究資料較為充足，有利于準確計算出熱量值。中國國產(chǎn)熱量表的價格比歐洲進口熱能表便宜 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)的適應性更高。根據(jù)專利文獻，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。相應的 “熱量表 ”，也經(jīng)歷了從機械式、電子模擬積分式、電子數(shù)字積分式直到微處理器為基礎的智能式的發(fā)展過程。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 基于單片機的熱能表設計 The Heat Meter Based on MCU