【正文】 結(jié)構(gòu)簡單，因此本設(shè)計選用集成溫度傳感器。 壓力傳感器的種類很多，有不同的分類方法，若按傳感器的結(jié)構(gòu)特點分有應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳 感器和壓阻式傳感器等。 壓力傳感器應(yīng)用最廣泛的是半導(dǎo)體應(yīng)變片，本設(shè)計選用的是半導(dǎo)體壓力傳感器 P5000— 103G，它的 各項指標如表 22所示： 表 22 第三章 硬件電路的設(shè)計 10 額定壓力范圍 01000Kpa 極限壓力 2021Kpa 適用流體 液體和氣體 推薦外加電源 額定輸出 (100177。 40%Ω 工作溫度范圍 2080 ℃ 第三章 硬件電路的設(shè)計 11 第三章 硬件電路的設(shè)計 板式換熱機組系統(tǒng) 在工程上，將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給另一流體的設(shè)備稱為熱交換器。工作原理是：供熱管網(wǎng)一次測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?！? 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 。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 。 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。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。 額定最小溫度 /℃ IL=0 + + 長期穩(wěn)定性/℃ Tj=Tmax 177。 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) inE = 時， cR =。電橋壓降為 Vk ??? ，加上 cR 的 壓降，為 ，即運放 A1 輸出端電壓為 。 ② 放大電路 P5000— 103G 半導(dǎo)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。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。 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=。 ℃，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。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。 1LSB，轉(zhuǎn)換時間為 100us。 2 /RD 腳外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制腳輸出信號。 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。 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。 10 腳 模擬信號以及數(shù)字信號地。 11— 18 腳 8位的數(shù)字輸出。 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。 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。自身電阻為 100。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)。 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。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。 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(串行外圍接口 )和增強型 UART ； PCA(可編程計數(shù)器陣列 )，具有 PWM 的捕獲 /比較功能； 4 個 8 位 I/O 口，含 3個高電流 P1 口，可直接驅(qū)動 LED； 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器； 可編程看門狗定時器 (WDT)； 低 EMI 方式 (ALE 禁止 )； 兼容 TTL和 COMS 邏輯電平； 掉電檢測和低功耗模式等。顯示部分是用六位 LED數(shù)碼管對溫度壓力信號進行實時顯示。從管腳 a— g輸入不同的七位二進制數(shù)，可顯示不同的數(shù)字 或字符，通常把發(fā)光二極管的七位二進制數(shù)稱為七段碼或短選碼。動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各顯示器，利用人的視覺滯留，對每一位顯示器每隔一定時間顯示點亮一次。這樣對各位顯示就是一個循環(huán)過程。從效果上看都能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同的字符。 圖 38為擴展 8155接口控制的 6位共陰極 LED顯示器和 4位鍵盤接口電路。 ULN2021 為 7位繼承反向集成芯片，最大吸收電流為 500mA。該部分的功能主要是接受單片機調(diào)控部分輸出的調(diào)控 信號，在單片機的控制下實現(xiàn)對有關(guān)溫度、壓力、流量的調(diào)控。電動調(diào)節(jié)閥控制電路主要完成供水溫度的控制，補水泵調(diào)節(jié)電路主要完成供水壓力的控制，而報警電路是對壓力進行報警。為了產(chǎn)生自激振蕩，電路不能有穩(wěn)定狀態(tài)。這個偏置電壓可以通過反相器的輸入端和輸出端之間接入反饋電阻來實現(xiàn)，設(shè)計偏置電阻取可調(diào) 750Ω變阻器。同時電容 Cs1 開始充電，而 Cs2 開始放電。 T1 時刻 Cs2 開始充電而 Cs1 開始放電。當 u1i 上升到 UTH 時，電路又將返回到 u1o 為低電平， u2o 為高電平的第一暫穩(wěn)態(tài)，即 t2 時刻。電路的振蕩頻率近似估算為 f= ≈ 1KHZ 電動調(diào)節(jié)閥控制電路 電動調(diào)節(jié)功能是指閥門能根據(jù)目標區(qū)域溫度控制信號的變化自動的調(diào)節(jié)閥門的開度，從而改變水流量，最終使目標區(qū)域的實際溫度與設(shè)定溫度一致。一般多在無人值守的熱力站中采用。溫控閥是通過感溫包進行自力式流量調(diào)節(jié)的設(shè)備，不需要外接電源；而電動調(diào)節(jié)閥一般需要單相 220V電源，通常作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)流量）。 電動調(diào)節(jié)閥控制電路主要工作原理如下：首先，單片機通過編程判斷得出，實際供暖溫度與額定值存在誤差，并且誤差范圍達到調(diào)節(jié)規(guī)定時，單片機就輸出調(diào)節(jié)信號。 本電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路如圖310， D/A 轉(zhuǎn)換電路采用 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832，圖中 DAC0832 設(shè)計為單緩沖輸入，附屬電流 電壓轉(zhuǎn)換電路由 LM741C 集成運放組成，輸出模擬電壓范圍為 0～5V， DAC0832 數(shù)字量與輸出電壓關(guān)系如圖 311。由于設(shè)計選用Vcc20Io u t111ls b D I07Io u t212D I16D I25R fb9D I34D I416V re f8D I515D I614m s b D I713IL E19W R 218CS1W R 12X fe r17U?D A C 0 8 3 2p 0 . 0 p 0 . 77 4 1 3 8 /Y 3WRA d /aL M 7 4 1 c+ 5 vU0第三章 硬件電路的設(shè)計 26 了 ZAKⅡ型電動調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥控制電壓范圍為 0～ 10V，而 D/A 轉(zhuǎn)換后的模擬電壓為 0～ 5V，故需要如圖 312 的驅(qū)動放大電路。 圖 312 電動調(diào)節(jié)閥控制電路 補水泵調(diào)節(jié)機構(gòu) （一）變頻器原理 變頻器與補水泵構(gòu)成了換熱機組的壓力控制機構(gòu)，當二次測出口壓力與 相差超過 50Kpa 時，單片機就會通過變頻器來調(diào)整水泵的流量，從而調(diào)整壓力。 變頻調(diào)速是過改變定子供電頻率來達到電機調(diào)速的目的。但在許多條件卜，為了保侍在調(diào)速時電機的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要做相應(yīng)調(diào)節(jié)。其工作原理為 :工頻電源 (380V， 50HZ)整流器部分，整流成直流電壓，然后應(yīng)用六個大功率晶體管促成具有正弦波脈寬調(diào)制功能的三種橋式逆變器，將直流電逆變成具有可變電壓和可變頻率的三相交流電源。 AqL M 7 4 1 cR u 11kR u 20 . 7 kR u F2KA+ 電動調(diào)節(jié)閥第三章 硬件電路的設(shè)計 27 （二）多檔轉(zhuǎn)速控制 檔位劃分：系統(tǒng)檔 位劃分功能主要由 CD4053 模擬開關(guān)實現(xiàn)，該模擬開關(guān)為三路輸入輸出開關(guān)，如果設(shè)置芯片 X Y Z1 為輸入口，則通過地址選擇，如表可實現(xiàn) 8種輸出狀態(tài)。變 頻調(diào)速電路的主要器件是變頻器，本系統(tǒng)選擇使用了康沃公司生產(chǎn)的CVF— G2 型變頻器。 工作頻率 50 45 40 35 30 20 10 0 U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 轉(zhuǎn)速檔 U 圖 314 轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率 第三章 硬件電路的設(shè)計 28 第二步：設(shè)置與各檔轉(zhuǎn)速對應(yīng)的工作頻率；通過 L15～ L21 功能分別預(yù)置各擋轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率，如圖 316所示 表 34 幅度 轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系 壓力下降幅度 /KPa 0 10 20 30 40 50 60 70 轉(zhuǎn)速檔 U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 第四章 軟件設(shè)計 29 第四章 軟件設(shè)計 流程圖 主程序流程圖 開始 設(shè)置堆棧，初始化 8155，清緩沖區(qū) 設(shè)置定時器 開中斷 測量并存儲 4路數(shù)據(jù)