【文章內(nèi)容簡介】 最大為177。1LSB（6）低供電電流(1mA典型值)；（7）掉電模式電流為4μA。圖8為TLC2543的管腳圖圖8 TLC2543的管腳圖Fig8 Pin picture of TLC2543（1）AIN0～AIN10：模擬輸入端；　?。?）CS：片選端，；（3）DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端；（4）DATA OUT：A/D轉(zhuǎn)換結果三態(tài)輸出端；（5）VCC、GND：電源正端、地；（6）REF＋、REF－：正、負基準電壓端；　?。?）I/O CLOCK：時鐘輸入/輸出端。 AD轉(zhuǎn)換工作原理圖9 A/D轉(zhuǎn)換電路Fig9 A/D conversion circuitTLC2543的I/O時鐘、數(shù)據(jù)輸入、。AIN7/AIN接收傳感器傳來的模擬信號。此處REF+接了正的基準電壓端，它由下圖的穩(wěn)壓基準電源提供，以便信號的采集于接收。 TLC2543的REF+要接一個正的基準電壓端，它由下圖的穩(wěn)壓基準電源提供原理圖如圖10所示。圖10 Fig10 Benchmark V power supplyC5和C6的作用是為了消除在負載電流變化時不致引起電壓較大的波動，消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性。 流量檢測電路的設計流量檢測電路主要是用來檢測主控制器與屋內(nèi)控制器的管道流量，進而達到控制器檢測流量控制溫度的目的。本設計的流量計采用ZRNLUG渦街流量計。 ZRNLUG渦街流量計的介紹渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關，可用下式表示： f=St*v/d （1）式中:f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，－。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。 雷諾數(shù)Re在102~105范圍內(nèi)，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102~105，旋渦頻率f=。 由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=v*A可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。ZRNLUG渦街流量計的管腳排列如圖11所示。圖11 ZRNLUG的管腳排列圖Fig11 Pins of ZRNLUG 渦街電流計通過管腳3向外輸出電流信號，范圍是420mA。 檢測電路工作原理ZRNLUG渦街流量計的輸出信號是420mA的電流信號，需要運算放大器LM358組成的420mA輸入5V輸出的I/。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機的P1口內(nèi)。流量監(jiān)測電路如圖12所示。圖12 流量監(jiān)測電路Fig12 Traffic monitoring circuitZRNLUG渦街流量計的輸出信號是420mA的電流信號，經(jīng)過一個下拉電阻變成電壓信號。D3起到穩(wěn)壓的作用。LM358為運算放大器運放既有提高輸入阻抗作用，又有線性放大作用； C10并聯(lián)在一個非常小的電阻上，是防止因布線而造成的高頻干擾。而該電路輸出的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機的P1口內(nèi)。 壓力檢測電路的設計 壓力檢測電路主要是用來檢測主控制器管道的供熱壓力，使壓力的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化從而采集物理量，通過A/D轉(zhuǎn)換,導入單片機中。 壓電傳感器 壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。本設計采用PC封裝式壓力傳感器 雙列直插封裝 1220型中壓傳感器。工作原理：因為壓力傳感器輸出信號是050mV的電壓信號，經(jīng)過兩個運算放大器LM324組成放大電路獲得05V的電壓。而該電路輸出的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機內(nèi)。此處用到的A/D轉(zhuǎn)換器為TLC2543。 壓力檢測電路的工作原理圖13 壓力檢測電路Fig13 Pressure detection circuitLM324是四運放集成電路。壓力傳感器輸出的電流信號，而該電路輸出的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機的P1口內(nèi)。 鍵盤顯示電路的設計 為便于對溫度進行隨時的檢測，需要鍵盤與顯示電路以便觀測與控制溫度。 鍵盤部分鍵盤電路主要是通過鍵盤可以設置5個時段溫度；同時實現(xiàn)溫度、流量、壓力等狀態(tài)信息的調(diào)整，以及它們的顯示信息的切換。鍵盤電路如圖313所示：圖14 鍵盤電路Fig14 Keyboard circuit設計采用行列式按鍵結構，鍵盤區(qū)設計4*2個按鍵,它的行線與按鍵的一個引腳相連，列線與按鍵的另一個引腳相連。列線通過上拉電阻接到+5V上。平時列線被置成低電平，沒有按鍵被按下時，行線保持高電平，而有按鍵被按下時，行線被拉成低電平。這時候控制器知道有按鍵被按下，但只能判斷出在哪一行，不能判斷出在哪一列，因此接下來就要進行鍵盤掃描，以確定具體是哪個按鍵被按下。鍵盤掃描程序需要配合顯示電路界面進行設計。這8個鍵的功能為左右移動、上下移動、返回、確認、開機、功能選擇。當我們想要顯示或切換某個信息時，可以選擇開機鍵，在選擇功能鍵，進行上下調(diào)整、左右調(diào)整，得到確定信息按確定鍵。完成后可按返回鍵。 顯示部分前面在第二節(jié)我們在方案選擇時已經(jīng)說我們選擇的是6為LED動態(tài)顯示。由于所有6位段皆由一個I/O口控制，因此，在每一瞬間，6位LED會顯示相 同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因為LED為共陰，故應送低電平），以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應顯示字符。例如，要求顯示“LL020”時，I/O1和I/O2輪流送入段選碼、位選碼在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制。而共陰（共陽）極公共端分別由相應的I/O口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。段選碼，位選碼每送入一次后延時1mS，（100mS），所以每位顯示的時間不能超過20MS，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。這種方式稱為軟件掃描方式。顯示電路的電路圖15是所示。圖15 顯示電路Fig15 Shows circuit由上圖可見，電路采用6位共陽LED數(shù)碼管，用動態(tài)掃描方式顯示，顯示溫度、流量、時間等信息。 鍵盤顯示的接口電路采用4*2鍵盤，6位數(shù)碼管通過8255A與單片機相連。74LS245則作為輸入緩沖器連接在8255與數(shù)碼管之間。下面先對8255與74LS245做一下簡單介紹。（1）8255簡介，8255作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口A、B、用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作。 方式0—基本輸入輸出方式；方式1—選通輸入/出方式；方式2—雙向選通輸入/輸出方式； （2）74LS245的簡介，74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動LED或者其他的設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 雙列直插封裝圖如315所示。圖16 74LS245引腳圖Fig16 74 ls245 pin drawing74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。 當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入（←D1），其它時間處于輸出（→D1）。單片機經(jīng)8255與鍵盤顯示接口的電路如圖17所示。圖17 鍵盤顯示接口的電路Fig17 Keyboard display interface circuit8255的D0口接單片機的P0口，A0、。當8255的PA口接了輸入緩沖器74LS245，接數(shù)碼管的八個管腳，從8255的PA口輸出段碼,PB口輸出位碼。PC低4位作為輸入口。PC高4位作為輸入口工作方式選擇方式2，則8255的口地址分別為：PA：F8F7H，PB：F9F7H，PC：FAF7H，控制口：FBF7H。這樣顯示器的段口地址為FCF7H，位口地址為FDF7H。 射頻卡接收電路的設計射頻識別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術，它的工作原理是標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。主要是采用射頻卡設置預存消耗水量值。射頻卡接收電路如下圖18所示。圖18 射頻卡接收電路Fig18 RF receiving circuit當射頻卡通過J2接入電路時，,輸出高電平電路，三極管集射導通，蜂鳴器B2導通。接在集電極的光指示亮，R9起到保護作用。 報警電路的設計由于設計要求時采用射頻卡設置預存消耗水量值，預存水量不足時，發(fā)出報警。要用到有蜂鳴器組成的報警電路。壓力傳感器用來測量主管道的壓力，方便供暖監(jiān)控中心對供暖管道進行檢測和維修，當管道發(fā)生故障時，要用到有蜂鳴器組成的報警電路。報警電路的電路圖如圖19所示。圖19 報警電路Fig19 Alarm circuit其中NPN小功率三極管采用8050，其最大集電極電流為500mA，完全滿足蜂鳴器驅(qū)動的需要。適當調(diào)節(jié)基極電阻可改變蜂鳴器的發(fā)聲功率三級管8050的b接單片機IO口，中間連個電阻，e接地，c接蜂鳴器負腳，蜂鳴器正腳接5V，8050應該工作在開關狀態(tài)。預存水量不足時單片機會發(fā)出一個射頻卡預設的信息,輸出高電平接至蜂鳴器電路，三極管集射導通，蜂鳴器電路導通報警。 存儲電路與時鐘電路的設計 存儲芯片其工作原理為：EEPROM的擦除不需要借助于其它設備，它是以電子信號來修改其內(nèi)容的，而且是以Byte為最小修改單位，不必將資料全部洗掉才能寫入，徹底擺脫了EPROM Eraser和編程器的束縛。EEPROM在寫入數(shù)據(jù)時，仍要利用一定的編程電壓，此時，只需用廠商提供的專用刷新程序就可以輕而易舉地改寫內(nèi)容，所以，它屬于雙電壓芯片。借助于EEPROM芯片的雙電壓特性，可以使BIOS具有良好的防毒功能，在升級時，把跳線開關打至“off”的位置，即給芯片加上相應的編程電壓，就可以方便地升級；平時使用時，則把跳線開關打至“ON”的位置，防止CIH類的病毒對BIOS芯片的非法修改。 時鐘芯片系統(tǒng)時鐘采用 PCF8583 芯片，它提供準確的日期和時鐘，保證單片機對暖期、供暖時段進行正確的分析。在系統(tǒng)最初運行時設定好初始時間和工作方式，之后自動運行為單片機提供日期、時鐘信息。為了防止系統(tǒng)在運行時掉電，采用一個紐扣電池為時鐘芯片供電，這樣芯片就可以在掉電時仍然正常工作，重啟時不需要重新設置時間。 存儲電路與時鐘電路原理圖圖20 時鐘電路與存儲電路Fig 20 Clock circuit and storage circuit存儲芯片通過WP、SCL、DA與單片機的時鐘信號相連，通過SCL、DA與時鐘芯片相連存儲大量的時段溫度、等狀態(tài)信息，室內(nèi)溫度，室內(nèi)設定溫度，用水量，供水溫度、管道流量、通信通道狀態(tài)等信息同時方便控制器設置各個時間段的供暖模式。另外該電路并帶可充電電池。 驅(qū)動控制電路的設計 電磁閥的驅(qū)動控制電路屋內(nèi)的驅(qū)動控制設計要用到電磁閥來控制管道流量。本設計的電磁閥采用新型多功能電磁閥。它的結構原理巧妙地將先導電磁閥、手動閥和節(jié)流閥組合于一體，先導閥接受電信號開關后帶動主閥動作。調(diào)節(jié)螺釘A、B可調(diào)節(jié)介質(zhì)粘度適用范圍和主閥開關時間，并可在主閥磨損后進行補償。維修時也很方便。屋內(nèi)控制器驅(qū)動電路如圖21所示。圖21 屋內(nèi)驅(qū)動控制電路Fig21 Inside the drive control circuit兩個晶體管構成了開關電路。屋內(nèi)的溫度正常，不需要控制電磁閥時，單片機通過PC5端輸出低電平導通晶體管Q3截止，則Q2截止，電源處于關斷狀態(tài)。當需要控制管道流量時單片機通過PC5端輸出高電平導通晶體管Q3導通，則Q2導通，電源處于打開狀態(tài)，電源供電，電磁閥動作。當按鍵按下復位按鈕，PC5端又翻轉(zhuǎn)為低電平，Q3截止、Q2截止即開關處于關斷狀態(tài)，電源停止供電。 電動閥的驅(qū)動控制電路由于本設計選用的電動調(diào)節(jié)閥門需要電流控制，這就需要把單片機發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電流信號。本設計用到了DA轉(zhuǎn)換芯片MAX539，變流器AD694，還有一個設定2V的基準電源。MAX539是12位串行DA轉(zhuǎn)換芯片，接口標準也符合SPI總線標準，MAX539的內(nèi)部增益為2。其管腳圖如圖22所示。圖22 MAX539的管腳圖Fig22 MAX539 Pin drawing其中管腳13分別與單片機相連,4接收數(shù)字信號，5管腳接地，8管腳接+5V電源，REEIN外接一個設定的基準電源2V。此時就用到了基準電源芯片REF2920AIDBZT。REF2920AIDBZT是一個基準電源芯片，其電源特性如下表所示。表3 REF2920AIDBZT電源特性Table3 The power characteristics for the REF2920AIDBZT輸出電壓(V):靜態(tài)電流(μA):50容限(%2輸入電壓最小值(V)輸入電壓最大值(V)溫度系數(shù)(ppm/℃)35封裝/溫度(℃)3SOP/40~85描述2V電壓基準2V的基準原理圖如圖23所示。圖23 2V基準電源Fig23 2V Power supplyMAX539的REFIN接了正