【導(dǎo)讀】近年來，由于實施分戶熱量收費的迫切需要，設(shè)計一種預(yù)付費式熱能計量控。制系統(tǒng)十分必要。溫度傳感器和DN20流量傳感器，將溫度、流量數(shù)據(jù)直接傳給單片機。息，系統(tǒng)設(shè)置有語音預(yù)警提示。單片機輸出信號通過D/A、V/I電路，將輸出信號。傳遞給電動調(diào)節(jié)閥，控制閥門的開度，達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度目的。及非接觸式IC卡模塊實現(xiàn)遠程抄表和用戶的預(yù)付費功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲在儲存芯。片AT24C04A內(nèi)，防止數(shù)據(jù)丟失。行民用供熱系統(tǒng)的熱能計費、收費、控制提供了有效的工具。

　　

【正文】 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)的要求較高，通常在安裝上要求配套過濾器，以防備雜質(zhì)對表的損傷。葉輪流量計測量原理和結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)部沒有任何可動部件，所以對介質(zhì)的成份或雜質(zhì)含量沒有要求。其使用壽命可達 20年以上，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(nèi)部沒有任何可動部件。唯一不同之處是它對供熱介質(zhì)的電導(dǎo)率有要求 (10uS/cm較潔的水可達到要求 )。因其結(jié)構(gòu)原理復(fù)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(yīng)用在熱量表中。針對普通葉輪流量傳感器具有磁感應(yīng)效 應(yīng)的缺點，本系統(tǒng)把當今的無磁流量計應(yīng)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(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速直接決定于流體的流速。此機械轉(zhuǎn)動信號經(jīng)一種無磁非接觸式傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號送至微處理器，同 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 時計算出流體流量。它成功地解決了磁效應(yīng)流量計容易吸附鐵銹而使轉(zhuǎn)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(shè)計方案不僅可以最大限度地提高系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動來實現(xiàn)的。流體在向前流動時，帶動葉片轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)類似于普通葉輪式流量計，葉片通過轉(zhuǎn)軸帶動上而的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。這個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)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(chǎn)的電極式無磁流量計 DN20。 本無磁流量計的特點 : 、低功耗設(shè)計，正常情況工作作電壓為 ,電流為動態(tài)值，在最小流量的情況下為 9uA。 ，該技術(shù) 可避免傳統(tǒng)基表的磁鋼結(jié)垢的缺點。 。 ，結(jié)構(gòu)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。 VCC 高于 時可采用光藕進行信號的隔離，當 VCC 為 時，可以不需要光耦隔離，直接接收脈沖信號。 512us，為高電平脈沖信號。 圖 為流量傳感器電路。 1 引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳，與單片機的 引腳相連 ，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。 圖 流量傳感器電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 25 M a y 20 14 S he e t of F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ D N 20 . D D BD r a w n B y :123D N 2 0R65VP 1M 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計 在本設(shè)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(shè)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，電壓最低可以到 ，額定電流為 1mA，芯片內(nèi)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?？偩€兼容；低功耗的 CMOS 技術(shù)；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。 圖 因為只有一個 AT24C04 被總線尋址，故器件地址輸入端 A0、 A A2 都接地（或懸空）； SCL 為串行時鐘輸入管腳，經(jīng)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(jīng)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。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 25 M a y 20 14 S he e t of F i l e : H : \新建文件夾 \ M y D e s i gn1 .ddb D r a w n B y :A01A12A33GND4V C C8WP7S C L6S D A5A T 2 4C 04A+ 5VR8R7P P 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 時鐘電路設(shè)計 PCF8563 是 PHILIPS 公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)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(fù)雜的定時服務(wù)，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(chǎn)品領(lǐng)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(nèi)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(shè)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(nèi)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(fù)位電壓標準值 Vlow=。 超低功耗：典型值為 (VDD=,Tamb=25℃ )。 可編程時鐘輸出頻率為： 、 1024Hz 、 32Hz 、 1Hz。 四種報警功能和 定時器 功 能。 內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測電路。 開漏中斷輸出。 400kHz 總線。 表 引腳功能圖 符號 管腳號 描 述 OSCI 1 振蕩器輸入 OSCO 2 振蕩器輸出 /INT 3 中斷輸出（開漏；低電平有效） VSS 4 地 SCA 5 串行數(shù)據(jù) I/O SCL 6 串行時鐘輸入 CLKOUT 7 時鐘輸出 (開漏 ) VDD 8 正電源 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 時鐘電路 IC 卡接口模塊設(shè)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(shù)，就是荷蘭 PHILIPS 公司的 MIFARE 1 技術(shù)和瑞士 KABA 公司的LEGIC 技術(shù)。 LEGIC 技術(shù)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(shù)得到了更為普遍推廣和應(yīng)用。 MIFARE 1 卡內(nèi)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(shù)運算等 )，可以實現(xiàn)一卡多用；每張卡在發(fā)行時即有唯一的 32 位序列號，確保了卡的唯一性；具有防沖突機制，可以多張卡一起操作；數(shù)據(jù)保存期為 10 年，可改寫十萬次；可在 20 到+50 攝氏度的范圍內(nèi)正常工作。正是由于這些優(yōu)點，并且出于以后產(chǎn)品升級和兼容性的考慮，本課題選用 MIFARE 1 卡作為熱表通訊和信息存儲的工具。 MFRC522 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是 NXP 公司針對 “三表 ”應(yīng)用推出的一款低 電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜 式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。 MFRC522 利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持 ISO14443A 的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 25 M a y 20 14 S he e t of F i l e : H : \新建文件夾 \ M y D e s i gn1 .ddb D r a w n B y :C4 FY2 68K H zR91KR 101K+ 5VP P O S C 11O S C 02I N T3V S S4VDD8C L K7S C L6S D A5P C F 8563 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 部分可驅(qū)動 讀寫器 天線與 ISO 14443A/MIFARE 卡和應(yīng)答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的 應(yīng)答器 信號。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶 amp。CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法 ，用于驗證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 MFRC522 支持 MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向 數(shù)據(jù)傳輸速率 高達 424kbit/s。 作為 高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員， MF RC522 與 MF RC500 和 MF RC530 有不少相似之處，同時也具備諸多特點和差異。它與 主機 間的通信采用連線較少的 串行通信 ，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取 SPI、 I2C 或串行 UART(類似 RS232)模式之一，有利于減少連線，縮小 PCB 板體積，降低成本。 圖 為 MFRC522 的電路設(shè)計。 MFRC522 的 OSCIN 和 OSCOUT 分別為晶振電路的輸入輸出引腳，接 的晶振，兩者通過一個 15pF 的電容接地隔離。使用 MFRC522 內(nèi)部產(chǎn)生的 VMID 信號作為 RX 引腳輸入信號的偏置。接收電路需在 RX 和 VMID 之間連接一分壓