【正文】 機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。74LS245則作為輸入緩沖器連接在8255與數(shù)碼管之間。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(dòng)態(tài)掃描方式顯示，顯示溫度、流量、時(shí)間等信息。這種方式稱為軟件掃描方式。而共陰（共陽）極公共端分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。如此輪流，使每位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。 顯示部分前面在第二節(jié)我們?cè)诜桨高x擇時(shí)已經(jīng)說我們選擇的是6為L(zhǎng)ED動(dòng)態(tài)顯示。當(dāng)我們想要顯示或切換某個(gè)信息時(shí)，可以選擇開機(jī)鍵，在選擇功能鍵，進(jìn)行上下調(diào)整、左右調(diào)整，得到確定信息按確定鍵。鍵盤掃描程序需要配合顯示電路界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。平時(shí)列線被置成低電平，沒有按鍵被按下時(shí)，行線保持高電平，而有按鍵被按下時(shí)，行線被拉成低電平。鍵盤電路如圖313所示：圖14 鍵盤電路Fig14 Keyboard circuit設(shè)計(jì)采用行列式按鍵結(jié)構(gòu)，鍵盤區(qū)設(shè)計(jì)4*2個(gè)按鍵,它的行線與按鍵的一個(gè)引腳相連，列線與按鍵的另一個(gè)引腳相連。 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì) 為便于對(duì)溫度進(jìn)行隨時(shí)的檢測(cè)，需要鍵盤與顯示電路以便觀測(cè)與控制溫度。 壓力檢測(cè)電路的工作原理圖13 壓力檢測(cè)電路Fig13 Pressure detection circuitLM324是四運(yùn)放集成電路。而該電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用PC封裝式壓力傳感器 雙列直插封裝 1220型中壓傳感器。 壓電傳感器 壓電效應(yīng)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(cè)量，因?yàn)榻?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(shí)才得到保存。而該電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)的P1口內(nèi)。D3起到穩(wěn)壓的作用。流量監(jiān)測(cè)電路如圖12所示。 檢測(cè)電路工作原理ZRNLUG渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)是420mA的電流信號(hào)，需要運(yùn)算放大器LM358組成的420mA輸入5V輸出的I/。ZRNLUG渦街流量計(jì)的管腳排列如圖11所示。 雷諾數(shù)Re在102~105范圍內(nèi)，因此，在測(cè)量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102~105，旋渦頻率f=。 ZRNLUG渦街流量計(jì)的介紹渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，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(guān)，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，－。 流量檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)流量檢測(cè)電路主要是用來檢測(cè)主控制器與屋內(nèi)控制器的管道流量，進(jìn)而達(dá)到控制器檢測(cè)流量控制溫度的目的。 TLC2543的REF+要接一個(gè)正的基準(zhǔn)電壓端，它由下圖的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源提供原理圖如圖10所示。AIN7/AIN接收傳感器傳來的模擬信號(hào)。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；　　（2）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(jié)果三態(tài)輸出端；（5）VCC、GND：電源正端、地；（6）REF＋、REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端；　?。?）I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入/輸出端。TLC2543的主要特性如下：（1）11個(gè)模擬輸入通道；（2）66ksps的采樣速率；（3）最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs；（4）SPI串行接口；（5）線性度誤差最大為177。在多數(shù)電路中，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出需要A/D轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)便采用用到的芯片為TLC2543[7］。大多數(shù)常用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入是二進(jìn)制或BCD碼形成的，輸出是電流或是電壓，而多數(shù)是電流。 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬環(huán)境的連續(xù)信號(hào)之間提供了一種接口。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。另一種是寄生電源供電方式，如圖38示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。DS18B20的內(nèi)部結(jié)果如圖7所示。 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20引腳定義：(1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；(2)GND為電源地；圖35 DS18B20的管腳排列(3)VCC為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）DS18B20的管腳排列如圖6所示。圖5 復(fù)位電路Fig5 Reset circuit上電時(shí)可給單片機(jī)RST腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號(hào)。低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。(2) 獨(dú)立的看門狗輸出，其輸出將由高電平變?yōu)榈碗娖?。? P3口的第二功能Table2 The second function P3 mouthP3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通RD 單片機(jī)(77E58)的復(fù)位電路復(fù)位電路提供單片機(jī)復(fù)位功能,設(shè)計(jì)用到的復(fù)位芯片為MAX813上電時(shí)可給單片機(jī)RES腳提供相應(yīng)的復(fù)位電平信號(hào)。圖4 77E58引腳圖Fig4 77 E58 Pin drawingP1口有兩個(gè)功能，I/O 口 P1口有強(qiáng)上拉電阻除此之外P1端口還用于一些專門功能，具體請(qǐng)看下表1所示。上圖是它們的引腳配置:40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與PP3口線復(fù)用。（4）與8051兼容的指令（5）4個(gè)8位I/O口（6）擴(kuò)展的4位I/O和等待信號(hào)線（44腳的PLCC或QFP封裝提供）。由于去掉了多余的存儲(chǔ)器周期和運(yùn)算周期，它在相同周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快得多[6］。 此處省略而本系統(tǒng)正是要求供暖監(jiān)控中心能夠?qū)χ鞴艿赖拈y門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)某個(gè)樓宇整體溫度的調(diào)控，這里我們可以用電動(dòng)閥；室內(nèi)要求用戶可根據(jù)需要對(duì)屋內(nèi)閥門進(jìn)行開關(guān)控制這里選擇合適功率為2W 、電源電壓為AC220V、公稱通徑為DN25 連接方式為G1的電磁閥即可滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際生活中最常用的閥門有電磁閥和電動(dòng)閥門兩種，電動(dòng)閥：電動(dòng)閥一般是管徑大,應(yīng)用于流體的流通、截止、流量、壓力等控制，進(jìn)行流通、截止控制的叫電動(dòng)開關(guān)閥(有的只能開或關(guān)，有的可以在中間停如只能有個(gè)大概的調(diào)節(jié)，如25%、50%、75%、100%)，進(jìn)行流量、壓力的控制。而本系統(tǒng)就此問題給出了解決方案：用戶可根據(jù)自己的需要控制供暖閥門的開關(guān)。這樣的供暖方式存在著水力失調(diào)和熱力失調(diào)現(xiàn)象，使得熱量分配不均，造成冷熱不均現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)能源而且供暖不勻。PCF8563 的多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能[5］。本設(shè)計(jì)采用串行存儲(chǔ)器EEPROM24LC256。非易失存儲(chǔ)器在系統(tǒng)關(guān)閉或無電源供應(yīng)時(shí)仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)信息。易失存儲(chǔ)器在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)立即失去存儲(chǔ)在內(nèi)的信息；它需要持續(xù)的電源供應(yīng)以維持?jǐn)?shù)據(jù)。這就需要用到存儲(chǔ)芯片與時(shí)鐘芯片。另外用戶還要在不同的時(shí)間段設(shè)置不同的供暖模式?？紤]為了不影響用戶的生活，我們用了蜂鳴器和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)間斷報(bào)警。所以綜上考慮，本系統(tǒng)選用RFID射頻卡技術(shù) 報(bào)警電路的方案設(shè)計(jì)采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警。射頻卡又叫非接觸式IC卡，誕生于90年代初，是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地將射頻識(shí)技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶的需要的供暖情況不同，用水流量也不同，采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值。鍵盤電路部分，設(shè)計(jì)采用行列式按鍵結(jié)構(gòu)，鍵盤區(qū)設(shè)計(jì)4*2個(gè)按鍵, 共占用4個(gè)I /O 端口,，行列式鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，這種鍵盤易于設(shè)計(jì), 編程簡(jiǎn)單, 通過軟件按鍵延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)現(xiàn)象。為了方便經(jīng)濟(jì)易于設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用了動(dòng)態(tài)的LED顯示，考慮到時(shí)間。而且用戶可以自己設(shè)定五個(gè)時(shí)間段的供暖信息，對(duì)屋內(nèi)供暖系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 鍵盤顯示電路的方案設(shè)計(jì)因本系統(tǒng)需要用戶和供暖監(jiān)控中心的工作人員及時(shí)了解供暖現(xiàn)狀，這就需要一個(gè)媒介把信息數(shù)據(jù)告知用戶和工作人員，這就需要顯示電路。根據(jù)本系統(tǒng)的要求等綜合考慮，本系統(tǒng)選用的是NPC1220壓力傳感器。所以，對(duì)主管道是否處在正常的工作模式即管道壓力是否處于正常值的范圍的檢測(cè)就顯得尤為重要。因?yàn)橹鞴艿赖目趶捷^寬，而且供應(yīng)很多用戶的取暖熱水，雇主管道的工作壓力會(huì)相對(duì)較大。其輸出為420mA的電流信號(hào)，便于傳感器可安裝在室內(nèi)與室外，也可安裝在水平、垂直或傾斜（流體的流向自下而上）的與其公稱通徑相應(yīng)的管道上。渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。故本系統(tǒng)需要測(cè)量屋內(nèi)和屋外管道的流量，這就需要用到流量傳感器。另外提供9到12位的測(cè)量分辯率，、實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量。溫度傳感器DS18B20，作為 DS1820的改版可使溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一顆自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。本系統(tǒng)選擇非接觸式溫度傳感器， 適合于管道溫度測(cè)量的溫度傳感器有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、集成溫度傳感器等。而溫度的采集主要是由溫度傳感器來處理，這就要求本系統(tǒng)要用到溫度傳感器。 溫度檢測(cè)方案選擇本設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)現(xiàn)有的集中供暖系統(tǒng)中的弊端來進(jìn)行的改進(jìn)，本系統(tǒng)充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)屋內(nèi)現(xiàn)有的溫度狀況來設(shè)置所需供暖的時(shí)段進(jìn)行調(diào)整?？梢怨ぷ饔谳^低的時(shí)鐘頻率下。由于去掉了多余的存儲(chǔ)器周期和運(yùn)算周期，它在相同周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快得多。串口的設(shè)計(jì)，考慮到本設(shè)計(jì)所需要的I/O口較多，故這里選用了雙W77E58單片機(jī)[4］。它具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利的條件。另外還用到存儲(chǔ)電路來存儲(chǔ)和處理整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)信息。采用射頻卡接收電路與報(bào)警電路主要是設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警。控制核心模塊可用單片機(jī)，由各個(gè)電路分別采集來的流量、溫度等信息傳給控制器。屋內(nèi)管道上需要安裝有管道溫度、流量傳感器和電磁閥門。另外還用用到存儲(chǔ)電路來存儲(chǔ)和處理整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)信息?？刂坪诵哪K可以用單片機(jī)，由各個(gè)電路分別采集來的流量溫度、壓力、信息傳給控制器。其中安裝壓力傳感器的目的是便于檢測(cè)管道壓力，便于管道出現(xiàn)泄漏時(shí)的檢修。我們可以將主控制器分為多個(gè)模塊。它們的設(shè)計(jì)框圖如圖圖3所示。 方案總體設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)要求采用單片機(jī)完成居住室內(nèi)的溫度的自動(dòng)控制及應(yīng)用熱量的計(jì)量，并能對(duì)小區(qū)內(nèi)的主供熱管道的溫度檢測(cè)和控制，獲得小區(qū)的溫度的分布，并作為供熱中心對(duì)供熱壓力、流量和溫度調(diào)整的重要依據(jù)（故障檢測(cè)）。（5）主管道電動(dòng)閥：閥門驅(qū)動(dòng)電源：～220V/1A，并且盡量選擇具有自保持功能的閥門?！?。（5）通過鍵盤可以設(shè)置5個(gè)時(shí)段溫度；（要求具有時(shí)鐘功能）（6）.當(dāng)控制器掉電后，電磁閥能自動(dòng)關(guān)閉供熱管路；（7）通過通信電路可實(shí)時(shí)將房間的實(shí)際溫度及用水量傳輸?shù)焦岜O(jiān)控管理系統(tǒng) ；（8）自動(dòng)溫度控制器電路要低功耗設(shè)計(jì) ；（9）現(xiàn)場(chǎng)提供交流220V的電源 ；（10）主管道控制器可以檢測(cè)：管道的溫度、壓力、流量以及流量累計(jì)量；（11）通過電動(dòng)閥控制管道的流量；（12）完成控制的整體電路設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)出電路原理圖和印制板圖； （13）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，完成其監(jiān)控程序的流程。 課題內(nèi)容概述 本課題用單片機(jī)完成居住室內(nèi)的溫度的自動(dòng)控制及應(yīng)用熱量的計(jì)量，并能對(duì)小區(qū)內(nèi)的主供熱管道的溫度檢測(cè)和控制，獲得小區(qū)的溫度的分布，并作為供熱中心對(duì)供熱壓力、流量和溫度調(diào)整的重要依據(jù)（故障檢測(cè)）。溫度傳感器用DS18B20，壓力傳感器用到ICS1220?？刂破鲝膯纹瑱C(jī)價(jià)格考慮采用77E58單片機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大的要求，用到了EEPROM存儲(chǔ)器。室內(nèi)控制流量用到了電磁閥，室外用到了電動(dòng)閥，二者需要驅(qū)動(dòng)電路。而屋內(nèi)控制器根據(jù)房間內(nèi)的溫度，控制其主管道流量；采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時(shí)，發(fā)出報(bào)警；具有顯示功能，顯示內(nèi)容包括：室內(nèi)溫度，室內(nèi)設(shè)定溫度，用水量，供水溫度、管道流量、通信通道狀態(tài)等信息。主控制器根據(jù)建筑物內(nèi)房間的溫度，控制其主管道流量。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對(duì)它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以77e58芯片為核心，輔以必要的電路，確保了供熱管網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高熱網(wǎng)管理效率，成功控制運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平，對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行了智能化的集中監(jiān)控和量化管理。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易[1］。 同時(shí)隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一。我們萌發(fā)了研究、開發(fā)自動(dòng)控制小區(qū)集中供暖節(jié)能控