【導讀】環(huán)境衛(wèi)生等優(yōu)勢已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市的基礎設施。本文作者對我國在熱量計領(lǐng)域。表，該熱量表的主要微型控制器為單片機1674PICC。各元器件的電路組成。隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，目前的供暖方式已經(jīng)多樣化，但是由于集中熱源提供熱媒，通過管道系統(tǒng)的集中供熱是目前技術(shù)最成熟、維護較為方便而且使用價格也比較便宜，我國北方的城市普遍采用區(qū)域性的集中熱水采暖。截止到20xx年底，全國有5

　　

【正文】 1. PDC 605 LCM型 模塊參數(shù) 工作 電 壓 : 4 .8 V V～ 典 型 值； 接 口方 式 :串行； 視角 : 0 ； 顯示 方 式 :反射式正顯示； 顯示 容 量 :6位 +兩組冒號； 字符 高 度 :11MM ； 工作 溫 度 : 20 60?? 20+ 60； 存儲 溫 度 : 30 70?? ； 2. 接口 引腳 定 義 : 5V?電 源 地 數(shù)據(jù) 通常接Vcc 3． LCD 與 MCU 內(nèi) RAM 映射表見表 33 表 33 LCD 與 MCU 內(nèi) RAM 映射表 Bit DATA D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DATA1 F1 G1 E1 D1 A1 B1 C1 Dp1 DATA2 F2 G2 E2 D2 A2 B2 C2 Dp2 DATA3 F3 G3 E3 D3 A3 B3 C3 Dp3 DATA4 F4 G4 E4 D4 A4 B4 C4 Dp4 DATA5 F5 G5 E5 D5 A5 B5 C5 Dp5 DATA6 F6 G6 E6 D6 A6 B6 C6 Dp6 DATA7 F7 G7 E7 D6 A7 B7 C7 Dp7 4. PDC605模塊結(jié)構(gòu)圖 圖 PDC605 模塊結(jié)構(gòu)圖 流量計 1．有關(guān)流量的概念 流量有兩種不同的表述方式 —— 瞬時流量和累積流量。瞬時流量的定義是在一定時間段內(nèi)經(jīng)由某一定橫截面的流量，用 l 表示；累積流量指的是一段時間內(nèi)通過某一估計截面的流量之和，用 L 表示。瞬時流量和累積流 量的關(guān)系如下： 12ttL ldt? ? ( ) 根據(jù)計算單位或者方法的不同又有質(zhì)量流量和體積流量兩種不同的概念。質(zhì)量流量用 ml 表示，單位是 /kgh ； 體積流量用 vl 表示，單位是 3/mh。 質(zhì)量流量和體積流量之間的關(guān)系如下： .mvll?? ( ) 其中： ? 流體密度，與溫度和壓力有關(guān)。 因為質(zhì)量流量難以通過儀器測定，所以實際操作中先測量體積流量，公式 通常用作密度補償計入質(zhì)量流量當中。所 以，現(xiàn)有熱量表中都是測定體積流量的流量計 [21]。 2．流量計的原理 流量傳感器是用于測定供熱回路中水流量信號的儀器。常用的有葉輪式、超聲波式和電磁式。 本設計中選用葉輪式傳熱流量計，其中流量計選用的渦輪流量計。當水流經(jīng)管道時 ,流體沖擊渦輪葉片而產(chǎn)生驅(qū)動力矩，渦輪需要克服摩擦阻力矩和流體阻力矩旋轉(zhuǎn)，根據(jù)流體力學的原理，當流量恒定并且流經(jīng)管道的流體粘度也恒定時，渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度隨流體速度的增加而增加，因此可以測量管道內(nèi)流體的速度，進而推算渦輪角速度，最后求出管道內(nèi)流體的流量。 機殼外安裝有傳感線圈用于測量渦輪 的轉(zhuǎn)速。其原理是當流體在管道內(nèi)沿軸線方 向流動時，有力作用在葉片上，該力的大小與流量 qv 、流體流速 v 和流體密度 q 有關(guān)。渦輪因為受到這個力的作用而轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片因為切割磁鐵的磁場而產(chǎn)生磁通量的變化。根據(jù)法拉第電磁感應定律，變化的磁通量產(chǎn)生脈動信號，該信號的頻率與管道內(nèi)流體的流量大小成正比，用公式表示如下： /k f qv? ( ) 其中： f 流量計輸出脈沖頻率。 qv 流量計測定的流體流量。 k 單位體積流量的脈沖數(shù)，是渦輪流量計上一個常用系數(shù)。 國產(chǎn)磁電轉(zhuǎn)換器的一般形式是磁阻式，由一個永久磁體和線圈構(gòu)成。當葉片切割永久磁體的磁場時，葉片旋轉(zhuǎn)到磁體最下方時的磁阻最小，兩個葉片的空氣在磁體最下方時磁阻最大。渦輪旋轉(zhuǎn)使得整個回路的磁通量不斷發(fā)生變化，因此產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢發(fā)出脈沖信號，在放大整形電路中變現(xiàn)為方波信號。 硬件電路設計 流量計是本系統(tǒng)中的核心元件之一，除此之外電路設計關(guān)系到整個系統(tǒng)能否正常運行。在電路設計時首先關(guān)心的具體元器件的連接方式，測試通過后在畫出 PCB 原理圖。本節(jié)介紹硬件電路的關(guān)鍵部分設計思路。 PIC16C74 最小系統(tǒng)模塊 大型系統(tǒng)如同搭積木一樣是由不同層次的小系統(tǒng)組成的。為了保證整個大系統(tǒng)的工作性能，必須搭建好無外接電路模塊的單片機系統(tǒng)，這是整個系統(tǒng)中最基本的單元。其中包含晶振電路等。 圖 PIC16C74 最小系統(tǒng)圖 晶振電路的作用是作為系統(tǒng)的工作時鐘，工作時鐘又包含內(nèi)部總線時鐘、串行口和定時器接口等。晶體的 類型對于系統(tǒng)的可靠性影響很大，特別是有睡眠喚醒功能的系統(tǒng)往往要求低電壓和低能耗，對于晶體的要求更加嚴格。因為電壓較低時相應的晶體振動頻率降低，起振過程時間邊長或者無法起振。但是由于電路上電時的擾動足夠強，即使低壓供電在復位時晶體振動變慢的現(xiàn)象也不是很明顯。不過電路喚醒時給予的擾動不足，仍然存在起振時間長的現(xiàn)象。但是振蕩回路中的晶體的激勵頻率必須保持在一定的范圍內(nèi)，既不能太高也不能太低。所以晶體選型時要滿足諧振頻點、負載電容等基本要求。 PIC 單片機的震蕩方式有 四種，經(jīng)配置寄存器 C ONF IG F OS C 1的 ， FOSC2 位加以選擇，并在 ERPROM 編寫時寫入，四種震蕩方式如表 34 所示。 表 34 震蕩器類型 F0SC1 F0SC2 震 蕩 方 式 0 0 低功耗震蕩 ? ?LP Low Pow er 0 1 標準晶體震蕩 ? ? X T Cr y sta l / Re so na tor 1 0 高速晶體震蕩 ? ?HS High Spe ed 1 1 阻容震蕩 ? ? RC Re sist or / Ca pa c itor 本設計中振蕩器選擇晶體 /陶瓷震蕩器，在 XT LP HS、 、 三種模式下，需要把單片機的 OS C 1 / C L KI N OS C 2 / C L KO UT?和和晶體或者陶瓷諧振器相連，建立引腳震蕩過程。電阻 R3 的作用是防止過分驅(qū)動晶體，晶體 C5 的震動頻率為 ，相應的 R3的電阻值為 10M? 。電容的選擇要考慮兩方面的因素：第一，在允許的范圍內(nèi) C3 C的值越小越好，雖然電容 C 取 值偏大能容易使震蕩器穩(wěn)定，但是會增加起振需要的時間。第二， C6 的值要大于 C3 ，這樣的目的是保證晶體在較短的時間內(nèi)起振。在這里，電容 C3 稱作相位調(diào)節(jié)電容，電容 C6 稱作增益調(diào)節(jié)電容。當晶振頻率為 時，C6 的值取為 35PF ， C3 為 30PF 。 上文中提到的 R3電阻的作用是防止發(fā)生過分驅(qū)動晶振，晶振過分驅(qū)動能影響到晶振接觸電鍍，使其減少，導致頻率上升。這時可以通過示波器來檢測引腳 OSC 來確認是否發(fā)生晶振過分驅(qū)動，如果示波器檢測出完整的正弦波，則沒有發(fā)生過分驅(qū)動晶振；反之，如果出現(xiàn)方波的情況，則發(fā)生了晶振過分驅(qū)動。如若發(fā)生晶振過分驅(qū)動，就需要用 R3 電阻來調(diào)整。確定 R3 電阻的阻值大小的方 法如下：利用一個 5?k 或 10?k 的微調(diào)電阻代替電阻 R3，從 0 慢慢調(diào)高，一旦示波器剛剛出現(xiàn)完整正弦波，這時候的阻值就是最接近 R3電阻的值。 PIC16C74 的上電復位 R e s e t)O n P O R (P o w e r 是個與眾不同的電路。它是能在許多情況下提供片內(nèi)復位的片內(nèi)電路。利用此特點，如圖 所示，只需將圖中單片機引腳【 1】 ( /MCLR VPP )通過 10k電阻 R5 直接連到電源電壓 VDD 上即可。通常，確保電壓 VDD 的上升速度大于等于 福特每毫秒并且電壓 VDD 要從 0 福特起上升就可以確保電復位成功。 PIC16C74 的電源是通過把電源電壓直接連接到 VDD 引腳 (【 11】腳和【 32】腳 )，且 VSS 引腳接地 (【 12】和【 31】腳 )來保證的。 熱表數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)模塊說明 [] 本設計利用 X25045 來存儲熱表數(shù)據(jù) ， X25045 是 由 美國 Xicor 公司的生產(chǎn)的 一款性能優(yōu)良的單片機外圍芯片 ，該芯片是一個 標準化 8 腳集成電路， 該芯片在內(nèi)部集成有EEPROM 、電壓監(jiān)控、看門狗定時器三種功能， 該芯片在使用過程中既可以 簡化硬件設計， 又能優(yōu)化 印 刷 電路板的空間 布局 ， 并且可以有效地 降低系統(tǒng)功耗和 生產(chǎn) 成本。 1． X25045 芯片主要有如下 7種特性： (1) 具有數(shù)據(jù)塊保護功能，提供保護 1/ 1/或全部的 EEPROM 的功能。 (2) 4K 位串行 EEPROM，十萬次擦寫周期，寫入數(shù)據(jù)可保存 100 年。 (3) 省電模式：在看門狗打開時，電流不高于 A?50 ，看門狗關(guān)閉時電流不高于A?10 ；發(fā)生讀取操作時，電流小于 2mA。 (4) 針對芯片內(nèi)器件的不同型號，其電壓也有不同的范圍供選擇，它可以是 ～ ，或是 ～ 。 (5) 有五種標準的開始復位電壓，復位電壓最低值為 VCC=1V。 (6) 時鐘可達 。 (7) 編程時間短。 下面是 X25045 和單片機的連接圖。 圖 單片機連接圖和 X25045管腳示意圖及 2． X25045 各個引腳的功能如下： 【 SO 】 : 串行輸出，當 SCK脈沖處于下降時，該引腳可以用于數(shù)據(jù)輸出。 【 CS/WDI 】 :選擇輸入，當 CS引腳處于高電平時，芯片沒有被選中，此時芯片將SO置為高組態(tài)。若將芯片拉低，則器件處于選擇狀態(tài)。 【 WP 】 : 芯片寫保護。當該引腳處于高電平時，該芯片可以進行正常操作；處于低電平時，禁止寫操作，其它功能正常。 【 VSS 】：接地。 【 SI 】：串行輸入。 SI 是串行輸入引腳，當 SCK 處于上升沿時可以往芯片內(nèi)輸入數(shù)據(jù)。 【 SCK 】：芯片的串行時鐘。 【 RESET 】：復位輸出。 【 VCC 】：接正電源。 3. X25045 各個管腳和單片機連接如圖 所示 。 X25045 的 RESET 引腳通過電阻 R5 和一個電解 電容與電源接通，通過電解電容的充放電特性，使電源電壓改變?yōu)楸容^穩(wěn)定的直流電壓，同時也防止了電路的供電電壓由于 RESET 引腳的復位引起輸出信號的變化而產(chǎn)生改變。這時， RESET 復位信號會提供給單片機 1 號管腳一個高電平，即單片機獲取到一個復位信號。同時通過 R16， X25045的 WP 引腳獲得高電平， X25045 打開其所有的操作功能。 RESET 引腳是一個開漏型輸出引腳，這種引腳使用的前提條件是必須接上拉電阻。 R5 正好作為上拉電阻接入電路。 單片機的 RB6 口提供的電源，同時 RB6 口 還可以控制 X25045 的 WP 引腳，這樣通過單片機的 RB6 口就可以控制 X25045 的操作狀態(tài)。這里需要指出的是 PIC 系列單片機的每一條 OI/ 管腳都能夠帶很強的負載，至少可以輸入或輸出 25mA 的電流。所以，在某些情況下，這些管腳可作為可控電源來利用。當使用低功耗設計時，可以使用一條輸入輸出引腳作為電源輸入，來使得某些器件在待機時減少電力消耗。當芯片處于工作狀態(tài)時， PIC 在該條管腳上輸出的高電平 ，這個電壓足夠帶動負載；若要進入低功耗模式， PIC 就在該管腳上輸出低電平（相當于 0），這樣 X25045 就沒有電源輸入，就不會耗電了。因此，在 RB6 供電時， X25045 的 RESET 引腳提的電阻保護作用由 R16提供。 4．需要向 25045X 發(fā)出相應的指令（有特定的指令名及指令格式）來控制讀操作和寫操作。芯片指令 8 位一組，這些命令是通過兩個指令代碼寫入芯片。有兩個讀指令用于初始化輸出數(shù)據(jù) ,其他指令也需要一個 8 位地址和相關(guān)數(shù)據(jù)。如表 35所 示： 表 35 X25045指令及其含義 指令名 指令格式 完成的操作 WREN 0110 0000 允許寫入 WRDI 0100 0000 禁止寫入 RSDR 0100 0000 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 0001 0000 寫狀態(tài)寄存器、塊鎖定和看門狗 READ A8011 0000 從選定的開始地址單元中讀數(shù)據(jù) WRITE A8010 0000 向指定的物理