【文章內(nèi)容簡介】 高溫水直接進入板式換熱器，與采暖循環(huán)水熱交換后返回供熱管網(wǎng)。采暖循環(huán)水（二次測水）受熱后送到采暖部門的散熱器中放熱后，通過除污器再返回循環(huán)水泵的進口管道。采暖循環(huán)水的水量損失，補水泵將水補入二次管中，以穩(wěn)定二次水管的壓力。板式換熱器的外型如圖 所示： 圖 31 板式換熱機組的外形 板式換熱器的選型設(shè)計計算 一、熱力計算 第三章 硬件電路的設(shè)計 12 （ 1）熱負荷 : Q=1000KW （ 2） 一次側(cè)進出口溫度 t1’ =95℃ ， t1” =70℃ 二次側(cè)進出口溫度 t2’ = 50 ℃ ， t2” =60℃ （ 3）流量：一次側(cè)： m3/h 二次側(cè)： 86m3/h （ 4）換熱溫差：△ tlm =m inm a xlnm inm a xtttt????? = 20/35ln 2035? =℃ ， 溫差修正系數(shù) ?? （ 5） 面積：查表，取換熱系數(shù)： K=2800w/m2℃ A=???? tmK Q= 94 10 00?? =15m2 二、阻力計算 按設(shè)計要求，預(yù)留壓頭小于 米水柱，若采用 板片，查表知 其板間流速不大于 ，二次側(cè)介質(zhì)流道數(shù)應(yīng)大于 40，故所需板片數(shù)為40*2+1=81 片，所需面積為 81*=30 m2 ， 實取 30 m2 。 綜上所述，選換熱器如下： ⑴ 板式流程 — 30B 1 401 40XX ⑵ 換熱器外形尺寸：壓板寬 *高 *換熱器厚度： 480*1326*549mm 換熱器重量： 650Kg 換熱器板片材質(zhì)： 304 316 不銹鋼 換熱器墊片材質(zhì)：三元乙丙橡膠 水垢處理裝置 換熱系統(tǒng)二次側(cè)管網(wǎng)的設(shè)計重點是水垢處理裝置，該裝置的作用是除去水垢、改善水質(zhì)，從而提高換熱效率。本論文采用的水垢處理裝置是 — 離子棒，其主要原理如下： 在自然狀態(tài)水分子中氫原子與氧原子的位置是不對稱的，因而水分子具第三章 硬件電路的設(shè)計 13 極性 （一般稱偶極子），在高壓靜電場作用下，水分子將定向按正 、 負極順序呈鏈狀整齊排列，水中陽 、 陰離子被按正 、 負順序排列在水偶極子群 中，不能自由運動，因而不能靠近器壁，阻止水垢形成 。 高壓靜電場還能破壞垢分子見的電子結(jié)合力，改變其晶體結(jié)構(gòu)，促使硬垢疏松，加之通過靜電處理，將會增大水偶極子的偶極矩，增強其與鹽類離子的水結(jié)合力，從而使已產(chǎn)生的水垢能逐漸剝蝕，脫落。 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù) ：輸入 AC200V、 50HZ、電耗 10W、輸出 DC850020210V，外形尺寸15*15*10cm。 ：長 54cm，直徑 ： 1140℃ ：長 ： ： 6Kg ： ISI750PDBC ：敞開式循環(huán)冷卻水 0170M/H，封閉式循環(huán)冷卻水 0340M/H 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 由溫度、壓力傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。該模塊可實現(xiàn)溫度、壓力信號的采集濾波與放大，并且對已處理信號進行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字信號。 溫度傳感器電路 由上一章溫度傳感器的論證可知，此設(shè)計選用了集成溫度傳感器。溫度傳感器是用來測量兩側(cè)供回水水管溫度的，此處選用了 LM35 集成溫度傳感器，其技術(shù)指標如表 31 所示： 第三章 硬件電路的設(shè)計 14 表 31 LM35集成溫 度傳感器技術(shù)指標 參數(shù) 條件 典型 測試極限 設(shè)計極限 精度 LM35C/℃ TA=+25℃ TA=－ 10℃ TA=Tmax TA=Tmin 177。 177。 177。 177。 177。 177。 177。 電源電壓 /V +35～－ 輸出電壓 /V +6～－ 輸出電流 /mA 10 工作溫度 /℃ — 55～ 150 非線性 /℃ Tmin≦TA≦Tmax 177。 177。 傳感器增益/(mV/℃ ) Tmin≦TA≦Tmax + + + 負載穩(wěn)定性/(mV/mA) TA=+25℃ 177。 177。 傳輸穩(wěn)定性/(mV/V) TA=+25℃ 177。 177。 177。 額定最小溫度 /℃ IL=0 + + 長期穩(wěn)定性/℃ Tj=Tmax 177。 LM35 時電壓輸出型集成溫度傳感器，特點：可直接校正攝氏溫度；線形溫度系數(shù)為 +℃；溫度范圍為 55—— +150℃：最適宜用于遙控：低成本化；工作電壓范圍為 4—— 30V；輸出阻抗在 1mA負載時為 ；非線性小于 ? 1/4℃。 圖 32時采用 LM35 構(gòu)成的單電源溫度傳感器，由于 LM35 的線形溫度系數(shù)為10mV/℃，當測量溫度范圍 0120℃時，對應(yīng)的輸出電壓為 。設(shè)置溫度為120℃時對應(yīng)電壓為 5V，后面的放大電路可實現(xiàn)放大功能，增益公式為： 第三章 硬件電路的設(shè)計 15 Au=1+ 2 ?RRF 為實現(xiàn)增益 ，設(shè)置 3RF 為 9k，則 2R 為 3k， kRFRR 3//21 ?? 圖 32 LM35工作電路 壓力傳感器 圖 33 壓力傳感器工作電路 第三章 硬件電路的設(shè)計 16 壓力傳感器采用了恒流驅(qū)動方式半導體應(yīng)變電橋 P5000103G，連接電路如圖所示： ① 恒流源電路 P5000— 103G 電橋電阻約為 ，工作電流 。設(shè) inE = 時， cR =。由于電橋阻值大，必須有較帶高的電壓才能獲得 的工作電流。電橋壓降為 Vk ??? ，加上 cR 的 壓降，為 ，即運放 A1 輸出端電壓為 。因此取 0E =15V， MCkR 1,27 10 ??? ，由 10,CR構(gòu)成電源濾波電路。 ② 放大電路 P5000— 103G 半導體壓力傳感器在工作電流 情況下，滿量程輸出電壓mAV )50100(1 ?? ，輸出范圍 50ｍ V—— 150mA。因此，圖中 2VR 用 于增益調(diào)整。設(shè)當壓力為 1000kpa 時，輸出電壓 0V =5V，則可求得放大器增益范圍為： 10055 ?mVV 331505 ?mVV 增益范圍為 33100。由運放 A A2組成第一級放大，放大系數(shù)為 33，正義公式為： 332112 ?? RR ，則 R2/R1=16 取 R1=10k? ，則 R2=160kΩ。 取 R3 ??? MR 14 ，則第二級運放 A4 的放大增益為：621 RVR? 則 100)1(3362 ?? RVR ， 262 ?RVR ， 取 R6=，則 VR2=。 第三章 硬件電路的設(shè)計 17 ③ 零位溫度偏移調(diào)節(jié) VR1 用于偏移調(diào)整，半導體壓阻電橋零位溫度特性約為177。 ℃，取 R4=3kΩ， R5=100 kΩ，則在運放 A4 的同相端可引入 最大偏移調(diào)節(jié)電壓177。 。 A/D 轉(zhuǎn)換電路及與單片機接口電路 本設(shè)計中傳感器采集的信號多是連續(xù)變化的模擬量，由于單片機只能處理數(shù)字量，所以就需要將連續(xù)變化模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，即 A/D 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換的類型很多，目前應(yīng)用最廣泛的有三種類型：逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器以及 V/F 變換式 A/D。本設(shè)計根據(jù)輸入的模擬信號的具體情況，選擇使用了 ADC0804 轉(zhuǎn)換芯片。 ADC0804 是 8 位 COMS 逐次比較型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，三態(tài)鎖定輸 出，存取時間為 135us，分辨率是 8 位，總誤差是177。 1LSB，轉(zhuǎn)換時間為 100us。 ADC0804 引腳電路圖如下所示： 圖 34 ADC0804 外圍電 路 管腳作用如下： 1 /CS 腳芯片選擇信號，低電平有效。 2 /RD 腳外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號。為高電平時， DB0DB7 處于高阻態(tài)，為低電平時，數(shù)據(jù)才會輸出。 第三章 硬件電路的設(shè)計 18 3 /WR 腳用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（ /CS=0 時），當由高電平變?yōu)榈蜁r，轉(zhuǎn)換器被消除。當回到高電平時轉(zhuǎn)換正式開始。 4 、 19CLKR、 CLKIN 腳時鐘輸入或接震 蕩元件（ R， C），頻率限制在100KHz— 1460KHz，如果使用 RC 電路，則振蕩頻率為 1/（ ）， 5 腳中斷請求信號輸出，低電平動做。 7 腳 差動模擬電壓輸入，輸入單端電壓時， VIN接地，而差動輸入 4時，直接接入 VIN+、 VIN。 10 腳 模擬信號以及數(shù)字信號地。 9腳輔助參考電壓。 11— 18 腳 8位的數(shù)字輸出。 20腳 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。 ADC0804 的模擬電壓的最大輸出量是 5V，它能分辨的最小電壓是5/256=19mV。溫度的量化誤差為 1/2 100/255=℃。 19 腳時鐘輸入或接震蕩元件（ R， C），頻率限制在 100KHz— 1460KHz，如果使用 RC電路，則振蕩頻率為 1/（ ），選用 R為 10K， C 為 150p，則振蕩頻率為 1/=600KHz。 由于 ADC0804 的參考電壓為 ，則 9腳處必須接一個穩(wěn)壓管，為保證穩(wěn)壓管輸出電壓精確，并聯(lián)一個可變電阻，調(diào)整 W3，并測量 9 腳處的電壓，使輸出恒 ，穩(wěn)壓管采用 型號，其反相電流為 20mA。自身電阻為 100。由以上電路圖可知， ADC0804 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線，接到 8051 的 P0 口處，由8051 的 判斷 ADC0804 轉(zhuǎn)換是否完成。當為高電平時，轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，當為低電平時，轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時， 8051 可以讀取數(shù)據(jù)。 本設(shè)計中共有 4 路模擬信號需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而 ADC0804 是單路輸入，因此需要擴展多路模擬開關(guān)，選擇了 8路模擬開關(guān) CD4051，引腳圖如 35， DC0804電壓輸入與數(shù)字輸出的關(guān)系如表 31 所示： 第三章 硬件電路的設(shè)計 19 圖 35 CD4051引腳圖 A 表 31 電壓輸入與數(shù)字輸出的關(guān)系 十六進制 二進制 與滿刻度的比率 相對電壓 VREF= F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 8 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0 0 第三章 硬件電路的設(shè)計 20 例如： VIN=3V，由上表可知 +=3V為 10010110B=96H。 單片機調(diào)控與人際交互模塊 單片機模塊 本設(shè)計中單片機采用了 STC89 單片機， STC 公司 在 MCS51 內(nèi)核基礎(chǔ)上，推出了了 STC89 系列單片機，增加了大量的新功能，提高了 51 的性能，是 MCS51家族中的佼佼者。 STC89 系列單片機是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品。它們在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為 pintopin 兼容。 STC89 系 列單片機高速 (最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程 (ISP， IAP)，不占用戶資源。 主要特性 ： 80C51 核心處理器單元； 3V/5V工作電壓，操作頻率 033MHz（ STC89LE516AD最高可達 90MHz）；5V工作電壓，操作頻率 040MHz； 大容量內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM： 1K 字節(jié) RAM； 64/32/16/8kB 片內(nèi) Flash 程序存儲器，具有在應(yīng)用可編程 (IAP) ，在系統(tǒng)可編程 (ISP)，可實現(xiàn)遠程軟件升級，無需編程器； 支 持 12時鐘 (默認 )或 6 時鐘模式； 雙 DPTR 數(shù)據(jù)指針； SPI(