【文章內容簡介】 AT89S52的基礎上，加復位電路、時鐘電路、EA引腳信號及電源即可。XTAL1接外部晶體的一端，振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2接外部晶體的另一端，振蕩器反相放大器的輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器（本設計選用晶體諧振器），就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部時鐘發(fā)生器。外接晶振時，CC3值通常選擇為30pF左右（本設計兩個選用33pF）。CC3對頻率有微調作用，～12MHz（）。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應盡可能安裝的與單片機芯片靠近。內部時鐘發(fā)生器實質上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機工作所需的時鐘信號。RESET為復位輸入。當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，將使單片機復位；VCC掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。本設計采用按鍵式復位電路，上電復位可利用電容充電來實現(xiàn)，也可通過按鍵來實現(xiàn)。當按鍵按下后，RESET端產生高電平。按鍵時間決定了復位時間。 溫度檢測模塊設計溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按照分類方式的不同主要有接觸式和非接觸式，模擬式和數(shù)字式。 （a）接觸法。由熱平衡原理可知，兩個物體接觸后，經過足夠長的時間達到熱平衡，它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計，就可以用它對另一個物體實現(xiàn)溫度測量，這種測溫方式稱為接觸法。其特點是，溫度計要與被測物體有良好的熱接觸，使兩者達到熱平衡。因此，測溫準確度較高。用接觸法測溫時，感溫元件要與被測物體接觸，往往要破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，并受被測介質的腐蝕作用。因此，對感溫元件的結構、性能要求苛刻。（b）非接觸法。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。它的特點是：不與被測物體接觸，也不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小。從原理上看，用這種方法測溫上限很高。通常用來測定1000℃以上的移動、旋轉或反應迅速的高溫物體的表面溫度。本設計采用的DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產的。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。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備數(shù)字測溫和控制領域。 DS18B20產品的特點：（1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在－55oC到＋125oC之間。（5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內部有溫度上、下限告警設置。DS18B20的內部結構是由64位ROM、9字節(jié)中間結果暫存器RAM、3字節(jié)EEPROM寄存器(包括非易失性電可擦寫溫度報警觸發(fā)器TH、TL和非易失性電可擦寫設置寄存器)、溫度傳感器和8位CRC發(fā)生器組成。每片DS18B20含有一個唯一的64位ROM編碼。頭八位是產品系列編碼，接著的48位是產品序列號，最后8位是循環(huán)冗余(CRC)校驗碼。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，這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。溫度傳感器的轉換結果以16位二進制補碼的形式存放在便箋式存儲器中，如果測量的溫度值高于溫度報警觸發(fā)器TH或低于TL中的值，則DS18B20內部的報警標志位就被置位，表示溫度測量值超出范圍。DS18B20工作原理簡單。溫度轉換時的延時時間為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補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的預置值。在外部電源供電方式下，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。，其中測溫點是由數(shù)字溫度傳感器DS18B20構成，DS18B20直接把溫度信息轉換成相應的數(shù)字信號。由于DS18B20是單總線式數(shù)字溫度傳感器，每個DS18B20都有獨立的序列號，因此本設計把3個DS18B20并聯(lián)在唯一的單線上，完成溫度的檢測。數(shù)據(jù)采集、處理模塊主要由AT89S52單片機構成。單片機AT89S52起實時控制及通訊作用，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和傳輸。 流量檢測模塊設計 液體流量傳感器，可分為有腐蝕液體流量傳感器以及沒有腐蝕液體流量傳感器，這只是從介質方面來區(qū)分的，也是在應用選要第一個注意的事項。在國內外眾多戶用熱量表產品中，因價格和功耗等諸多因素，普遍采用小口徑的流量傳感器。使用和研究實踐表明：直接采用小口徑的流量傳感器，存在一系列需要解決的問題。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)水質的適應性問題。建設部熱量表行業(yè)標準規(guī)定：“熱量表的常用流量應符合GB／，常用流量與最小流量之比應為250或100。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?！蔽覈┡扇∠到y(tǒng)水質差是普遍存在的問題，熱量表是否要適應較差水質，一直在業(yè)內存在著爭論。我們認為：在呼吁有關部門改善水質的同時，研制熱量表必須考慮對不同水質的適應性，不能因為水質差就拒絕安裝熱量表。實際應用試驗表明：供熱采暖系統(tǒng)水中的雜質主要是管道中殘留的泥土、雜物、沙礫、黑紅色的鐵銹。針對這一實際情況，我們采取加裝特制濾網和磁濾器的措施有效濾除上述雜質，延長熱量表的使用時間。當然，濾網和磁濾器要便于清洗或更換是設計時必須考慮的問題，在水質問題沒有得到徹底解決的情況下，做到每個采暖季清理一次是可行的。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。（1）葉輪流量傳感器 葉輪流量傳感器是通過葉輪的轉速測量熱水的流量。按口徑分為小口徑和大口徑。小口徑表(≤40mm)又分為單流束式、多流束式和標準機芯型多流束式三種，大口徑則分為水平螺翼式和垂直螺翼式二種。表的計數(shù)器按是否與熱水接觸又分為干式和濕式二種。干式傳感器的葉輪轉速通常是通過磁禍合的方式傳遞給計數(shù)器的，濕式傳感器則是通過機械連接的方式進行傳動，即整個計數(shù)器浸在水中。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。因為葉輪式流量傳感器中有可動部件，所以對供熱介質的要求較高，通常在安裝上要求配套過濾器，以防備雜質對表的損傷。葉輪流量計測量原理和結構相對簡單，所以價格較低。(2)超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器是通過波在水中的傳輸速度在順水流和逆水流的方向不同的而求出熱水的流速的方法測量熱水的流量，波是通過壓電壓體發(fā)射和接受的。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。另外按晶體探頭在內部安裝位置的不同，即波穿過整個流體截而的形式不同又分為很多種式。在理論上講，當波在管道的徑向(斜向)穿過流體截面的次數(shù)越多，其測量準確度就越高。而將探頭安裝在管道的軸向中心的方式因為其一方面嚴重擾亂了流場的分布，另一方面其測量的流體流速不具整個流束截面的代表性，所以是不可取的。因超聲波流量傳感器的測量腔體內部沒有任何可動部件，所以對介質的成份或雜質含量沒有要求。其使用壽命可達20年以上，但其結構較為復雜、價格昂貴，不適用于戶用計量。 (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，與超聲波一樣其內部沒有任何可動部件。唯一不同之處是它對供熱介質的電導率有要求(10uS/cm較潔的水可達到要求)。因其結構原理復雜、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。葉輪流量傳感器因其價格低廉，大量應用在熱量表中。針對普通葉輪流量傳感器具有磁感應效應的缺點，本系統(tǒng)把當今的無磁流量計應用到熱量表中。無磁流量計是通過管道中的流體推動葉輪不斷地旋轉，其轉速直接決定于流體的流速。此機械轉動信號經一種無磁非接觸式傳感器將其轉化為電信號送至微處理器，同時計算出流體流量。它成功地解決了磁效應流量計容易吸附鐵銹而使轉軸偏重，出現(xiàn)噪聲的缺點。而且也不會因為溫度高而使永磁磁場強度降低，顯著降低計量精度，保證流量計的長期使用。這種先進的設計方案不僅可以最大限度地提高系統(tǒng)設計靈活性，而且還能將功耗降至最低，從而有效延長熱量表流量測量的電池壽命。無磁流量測量是通過把熱水的流動轉變?yōu)檗D動來實現(xiàn)的。流體在向前流動時，帶動葉片轉動，其結構類似于普通葉輪式流量計，葉片通過轉軸帶動上而的轉盤轉動。這個轉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。通過測量轉盤的轉速來計算熱水的流量。 本系統(tǒng)選取的北京惠晶通科技有限公司生產的電極式無磁流量計DN20。本無磁流量計的特點:、低功耗設計，,電流為動態(tài)值，在最小流量的情況下為9uA。，該技術可避免傳統(tǒng)基表的磁鋼結垢的缺點。，結構緊湊，便于安裝和維護。，保證儀表的正常運行。f接口簡單，可便于與單片機建立可靠的脈沖信號輸出。，可以不需要光耦隔離，直接接收脈沖信號。，為高電平脈沖信號。1引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳，將檢測到的流量信號傳入單片機。2引腳為電源，3引腳為接地。選用1M阻值的上拉電阻。 數(shù)據(jù)存儲模塊設計在本設計當中中，對于及時采集到的信息如果不進行安全保護措施，若是丟失會造成嚴重后果。根據(jù)設計的要求，以及考慮到與單片機連接的方便性，I178。C接口是首選的。本系統(tǒng)采用了美國ATEML公司推出的AT24C04芯片，它的容量是4KB。AT24C04是ATEML公司的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機通訊，額定電流為1mA，芯片內的資料可以在斷電的情況下保存100年，而且采用8 腳的DIP 封裝，使用方便。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。AT24C04的優(yōu)點是與400KHZ的I178。總線兼容；低功耗的CMOS技術；寫保護功能；頁寫緩沖器；10萬次編程/擦除周期；可保存數(shù)據(jù)100年。因為只有一個AT24C04被總線尋址，故器件地址輸入端A0、AA2都接地（或懸空）；SCL為串行時鐘輸入管腳，經電阻上拉后接單片機I/O口；SDA為串行數(shù)據(jù)地址端，用于接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)、地址，經電阻上拉后接單片機I/O口；WP為寫保護管腳，接地之后用于執(zhí)行正常的讀/寫操作。 時鐘電路設計PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級內含I2C 總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。PCF8563 的多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復雜的定時服務，甚至可為單片機提供看門狗功能。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、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。PCF8563有16個8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內置振蕩器、分頻器、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400kHz的總線接口。所有16個寄存器設計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當一個RTC寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內容將被鎖存，可以禁止對時鐘/日歷芯片的錯讀。其主要特性有：寬電壓范圍 ~， 復位電壓標準值Vlow=。超低功耗：典型值為 (VDD=,Tamb=25℃)?？删幊虝r鐘輸出頻率為： 、1024Hz 、32Hz 、1Hz。四種報警功能和定時器功能。內含復位電路、振蕩器電容和掉電檢測電路。開漏中斷輸出。400kHz 總線。 引腳功能圖符號管腳號描 述OSCI1振蕩器輸入OSCO2振蕩器輸出/INT3 中斷輸出（開漏；低電平有效）VSS4地SCA5串行數(shù)據(jù)I/OSCL6串行時鐘輸入CLKOUT7時鐘輸出 (開漏)VDD8正電源 時鐘電路 IC卡接口模塊設計目前市場上非接觸式IC卡的種類很多，比如ATMEL公司的TEMIC系列，TI公司的TAGIT系列，瑞士EM公司的EM系列等。但是其中最具有代表性的兩大射頻卡技術，就是荷蘭PHILIPS公司的MIFARE 1技術和瑞士KABA公司的LEGIC技術。LEGIC技術在我國發(fā)展的初期曾占有大量的市場，即使是現(xiàn)在來講，其高度的安全性和靈活性是其它卡所不能比擬的。然而由于LEGIC的市場定位是中高端用戶的一卡通市場，其對安全認證有較高的要求，目前在我國反而是MIFARE 1技術得到了更為普遍推廣和應用。MIFARE 1卡內部有1K字節(jié)的EEPROM存儲空間，共分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)有獨立的密碼及訪問控制(包括簡單的讀、寫、邏輯算術運算等)，可以實現(xiàn)一卡多用；每張卡在發(fā)行時即有