【文章內(nèi)容簡介】 傳送給工控機；熱水流量儀負責(zé)對主要管道末端供水、回水的溫度、壓力、流量及熱量進行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機，因此需要控制器、數(shù)據(jù)采集與處理電路，數(shù)據(jù)傳輸和通訊電路，報警電路，硬件接口電路，包括溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、主機、顯示器和鍵盤、執(zhí)行器、電源等。以下是對部分組成器件的作用簡要說明。①傳感器和執(zhí)行器傳感器將供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)和故障信息轉(zhuǎn)換為電信號，包括溫度、流量、壓力、系統(tǒng)最不利點壓力值等。執(zhí)行器直接操作熱力站系統(tǒng)中各種泵、閥、電機等。②信號轉(zhuǎn)換模塊將傳感器信號調(diào)理為標準的模擬量和數(shù)字量輸入送給微機并將微機輸出信號進行功率放大后驅(qū)動執(zhí)行器。③主機主機實時測量出供熱系統(tǒng)各運行參數(shù)并且控制執(zhí)行器做出正確動作，要求抗干擾能力強，能夠長期不間斷地穩(wěn)定運行。④通訊由于各熱力站遍布于整個供暖區(qū)域，必須考慮與管理調(diào)控中心通訊功能，遠程數(shù)據(jù)通信比較可行的方法有Internet或者使用Modem通過電話線直接進行串行通信。從實時性和安全性考慮，選用后者。總的來說，系統(tǒng)主要分為前向通道、單片機系統(tǒng)和后向通道。3. 2 前向通道設(shè)計 供熱控制系統(tǒng)中需要檢測室外溫度、一次熱網(wǎng)供回水溫度、二次熱網(wǎng)的供回水溫度。所以測溫元件采用性能穩(wěn)定、壽命長、互換性好的標準鉑電阻溫度傳感器。因此本設(shè)計采用了溫度傳感器Pt100。 1 、溫度傳感器Pt100的工作原理金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸?。浑娮柚惦S溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長期復(fù)現(xiàn)性好，測量精度高，是目前公認制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫下，易受還原性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系，因此使用時應(yīng)裝在保護套管中。 　　利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器有Pt100，／℃，0℃時電阻值為100Ω，／℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（200℃～650℃）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計。在IEC75國際標準，溫度系數(shù)，、為統(tǒng)一設(shè)計型鉑電阻。Pt100傳感器是利用鉑阻的阻值隨溫度變化而變化,并呈定函數(shù)關(guān)系的特性來測溫的。其溫度/阻值對應(yīng)關(guān)系為: （1） 200℃＜t＜0℃時, =100[ （2） 0℃≤t≤850℃時， 2 、Pt100的主要技術(shù)參數(shù) l 測溫范圍:200℃～+850℃。l 允許偏差值℃:A級+/(+|t|),B級+/(+|t|)。l 熱響應(yīng)時間＜30s。l 最小置入深度≥200mm。l 允通電流≤5mA。 壓力傳感器 在集中供熱系統(tǒng)中，回風(fēng)管道內(nèi)必須按照要求安裝過濾網(wǎng)，以濾除供熱現(xiàn)場帶走的灰塵。通過對過濾網(wǎng)兩端的壓差的測量，可及時了解過濾網(wǎng)的通風(fēng)狀況，以解決是否進行清潔。在本次設(shè)計中選用的是歐德 1151系列電容式差壓變送器，該傳感器是北京歐德儀表科技有限公司生產(chǎn)的，1151系列電容式差壓變送是以微處理器為核心的壓力傳感儀表，是基于傳統(tǒng)1151的δ元件的兩線制智能變送器。1151系列壓力/差壓變送器，可配31/2位數(shù)字LCD液晶顯示器作現(xiàn)場輸出指示，也可配指針式電流表0～100%作現(xiàn)場輸出指示。（1）、性能特點（1）就地按鍵調(diào)整零點和量程；（2）量程比15:1或10:1；（3） 阻尼可調(diào)；（4） 輸出電流開平方功能；（5）具有自診斷及故障輸出報警功能；（6）帶有EEPROM非易失性存儲器不怕斷電丟失數(shù)據(jù)。(2)、技術(shù)指標 測量介質(zhì)： 液體、氣體和蒸氣 測量范圍： 詳見型號表 供電電源： 12～45VDC，帶LCD數(shù)字顯示器為1545VC，一般為24VDC 輸出信號： 4～20mA 負載特性： 載電阻RL≤50(Vs－12)Ω，其中Vs為供電電源電壓 指示表： 電流表線性指示0～100%和平方根指示0～10，或31/2 位LCD液晶顯示百分數(shù)或測量值 防爆： a. 隔爆型：dⅡBT5 b. 本質(zhì)安全型：iaⅡCT6 量程和零位： 外部連續(xù)可調(diào)正負遷移： 差壓變送器：最大正遷移量為500%；最大負遷移量為600%壓力變送器：最大正遷移量為500%；最大負遷移量不大于大氣壓絕對壓力變送器：最大正遷移量為500%；無負遷移環(huán)境溫度范圍： 一般變送器：－25℃～75℃帶現(xiàn)場顯示器：－15℃～70℃過載壓力： 濕度： 相對濕度為0～100%容積變化量： ＜阻尼(階躍響應(yīng)): 啟動時間： 2s，不需要預(yù)熱精度： 177。%，177。%，177。%，具體見型號規(guī)格表穩(wěn)定性： 六個月內(nèi)不超過變送器精度溫度影響： 在最大量程時，每10℃變化量靜壓影響： 在最大量程時的影響振動影響： 在任意軸向上，振動頻率為200時，誤差為測量范圍上限的 177。%/g，量程代號2為177。%/g 電源影響： 小于輸出量程的177。%/V 負載影響： 供電恒定時負載變化沒有影響安裝位置影響： ，通過調(diào)零消除，對量程沒有影響 排氣/排液閥、法蘭和接頭：見訂購指南 灌充液: 硅油或惰性油 螺栓: 碳鋼鍍鉻殼體材料: 低銅鋁合金引壓連接件：在壓力容室上的和外界連接用的螺栓孔為1/4NPT，中心距54； 接頭1/2NPT或M20，、5 (NPT錐管螺紋符合GB/T12716 91) 電氣接口：M20 重 量：約5kg（不帶附件）在供熱系統(tǒng)中，必須對每臺熱風(fēng)機組的循環(huán)水流量進行計算。本設(shè)計采用天津產(chǎn)LWGY80式渦輪流量計[18]，傳感器用插入桿將一個較小的切向式渦輪頭插到大口徑管道的預(yù)定深度處，流體流動時推動渦輪頭的切向式葉輪旋轉(zhuǎn)，使磁阻式傳感元件發(fā)出電脈沖流量信號，流量信號輸入工控機。這種傳感器精度高，穩(wěn)定可靠，維護工作量小。該傳感器是深圳市波特傳感儀器儀表有限公司生產(chǎn)的。（1）、LWGY80DE特點：⑴壓力損失小，葉輪具有防腐功能； ⑵具有較高的抗電磁干擾和抗震動能力，性能可靠工作壽命長； ⑶采用先進的超低功耗單片微機技術(shù)，整機功能強，功耗低，性能優(yōu)越，具有非線性精度補償功能的智能顯示器。修正公式精度優(yōu)于177。%； ⑷儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在LCD屏上，LCD屏直觀清晰，可靠性高；⑸用EEPROM對累積流量、儀表系數(shù)進行掉電保護。保護時間大于10年。 LWGY渦輪流量傳感器與顯示儀表配套組成渦輪流量計。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長操作簡單等特點。可廣泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測量液體的體積瞬時流量和體積總量。（2）、主要技術(shù)參數(shù)：⑴準確度：，；⑵使用條件：l 測量范圍：10～100 m3/hl 最大工作電壓：l 介質(zhì)溫度：20～+120℃l 環(huán)境溫度：20～+50℃l 傳輸距離：傳感器至顯示儀表的距離可達500ml 防爆等級：dIIBT4l 前置放大器的工作電源：+12V渦輪流量計采用瞬時計時方式（設(shè)定時標門，采集信號脈沖數(shù)）。利用AT89C51內(nèi)部的定時器2對高速輸入的信號進行計數(shù)，即對渦流流量計輸出的脈沖進行計數(shù)。電路中光藕器件，是為了防止干擾和拉低渦流流量計輸出脈沖低電平幅度而設(shè)計的。74LS123 為穩(wěn)壓器件，用來濾除脈沖上升沿附近的干擾信號。⑴A/D7731在溫度、壓力測量中的應(yīng)用由于溫度由于溫度傳感器輸出的電壓信號為mV 信號,采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,要外加放大器、調(diào)理電路等,這樣使電路復(fù)雜且難于控制精度,為此采用AD7731,使電路設(shè)計簡單,可直接采樣處理溫度傳感輸出的弱信號,達到理想的效果。將其應(yīng)用到鉑電阻進行高精確度的測溫系統(tǒng)中，℃的測量分辨率，%。其與溫度傳感器的連接圖見圖32所示。⑵ 在壓力測量中的應(yīng)用AD7731具有獨特的前端增益可編程功能，允許AD7731直接接收來自差壓傳感器的寬范圍輸入信號，范圍可分七個檔位。單極性：0+20mv,+40mv,+80mv,+160mv,+320mv,+640mv,+。雙極性：020mv,40mv,80mv,160mv,320mv,640mv,。表31 AD7731 引腳功能引腳名稱功能說明1SCLK串行時鐘輸入引腳,這個時鐘信號可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。2MCLKIN主時鐘輸入引腳。3MICLKOUT主時鐘輸出引腳,將石英晶體或諧振元件接在引腳2與3之間就可產(chǎn)生主時鐘信號。4POL串行時鐘極性的選擇, 當此為高電平時, 在SCLK時鐘下降沿將輸出移位寄存器的數(shù)據(jù)輸出到DOUT。當為低電平時,在SCLK時鐘的有效性與上面情況相反。5/SYNC同步控制輸入,低電平有效。6/RESET復(fù)位輸入引腳。7NC不連接。8AGND模擬地。9AVDD模擬電源,正常工作電壓為+5V。10AIN1模擬輸入端,在單端輸入方式時,通道1 和通道2的信號輸入端,在差動方式時,AIN1為正輸入端,AIN2為負輸入端。11AIN212AIN3/ D1模擬輸入端,在單端輸入方式時,道通3和通道4的信號輸入端在差動方式時,AIN3 為正輸入端,AIN4 為負輸入端。也可通過方式寄存器的DEN 為設(shè)置位數(shù)字輸出。13AIN4/ D014REFIN( + )基準電壓輸入端。15REFIN( )基準電壓輸出端。16AIN5模擬輸入端,在單端輸入方式時,通道5信號輸入端, 在差動方式時,AIN5為正輸入端與AIN6構(gòu)成差分輸入。17AIN6在單端輸入方式時為信號參考端,在差動方式時,與AIN5構(gòu)成差分輸入。18/STANDBY待機方式控制端。19/CS芯片選擇端。20/RDY狀態(tài)信號輸出端,當為低電平時,表示有一待讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果或者校準周期結(jié)束。21DOUT串行數(shù)據(jù)輸出。22DIN串行數(shù)據(jù)輸入。23DVDD數(shù)字電源,正常工作電壓為+3V或者+5V。24DGND數(shù)字地。 由于壓力傳感器輸出的電壓信號是寬動態(tài)范圍的低頻毫伏級信號，采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，要加程控放大器，調(diào)理電路，這樣使整個電路復(fù)雜且難以控制精度，為此采用了高精度的AD7731。這樣，不但可以直接采樣處理壓力傳感器輸出的弱信號。而且使整個測力系統(tǒng)的理論精度達到24位。其與壓差傳感器的連接圖見圖32。圖32 AD7731與AT89C51及采樣部分接線圖 單片機系統(tǒng)設(shè)計 CPU的介紹AT89C51是一種4字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機[19]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。（1）主要特性：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （2）引腳圖及管腳說明： AT89C51引腳如圖33所示：33 AT89C51引腳圖 引腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下頁表3