【正文】 一個 12 位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有三個控 制輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。1LSB（ 6） 低供電電流 (1mA 典型值 )； （ 7） 掉電模式電流為 4μA。 AD 轉(zhuǎn)換工作原理 AIN01AIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REE+14EOC19CLK18DIN17DOUT16CS15GND10REE13VCC20U6TLC2543CSADDOUTDINCLKEOCREE104C3GND +5VD01AIN01AIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REE+14EOC19CLK18DIN17DOUT16CS15GND10REE13VCC20U6TLC2543 15 圖 9 A/D轉(zhuǎn)換電路 Fig9 A/D conversion circuit TLC2543 的 I/O 時鐘、數(shù)據(jù)輸入、片選信號由 、 、 提供，轉(zhuǎn)換結(jié)果由 口串行讀出 。此處 REF+接了 正 的 基準(zhǔn)電壓端 ，它由下圖的穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源提供，以便信號的采集于接收。 圖 10 Fig10 Benchmark V power supply C5 和 C6 的作用是為了消除在負(fù)載電流變化時不致引起電壓較大的波動，消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性。本設(shè)計的流量計采用 ZRNLUG 渦街流量計。 StOUT6NC7NC5GND4NC8NC1VS2SLP3U8 REF196GP10UfC6104C710UfC4104C5+5VGNDREF 16 是 雷諾數(shù) 的函數(shù)， St=f（ l/Re）。 由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度 v，再由式 q=v*A 可以求出流量 q，其中 A 為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。 圖 11 ZRNLUG的管腳排列圖 Fig11 Pins of ZRNLUG 渦街電流計通過管腳 3 向外輸出電流信號，范圍是 420mA。經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機(jī)的 P1 口內(nèi)。 1234P7GND+12V32184U16ALM358ANGND51R24C17GND10UFC16VCCGND1234P7D66V150R28GNDGNDGND+12VAGNDD01 17 圖 12 流量監(jiān)測電路 Fig12 Traffic monitoring circuit ZRNLUG 渦街流量計的輸出信號是 420mA 的電流信號，經(jīng)過一個下拉電阻變成電壓信號。 LM358 為運(yùn)算放大器 運(yùn)放既有提高輸入阻抗作用，又有線性放大作用； C10 并聯(lián)在一個非常小 的 電阻上，是防止因布線而造成的高頻干擾。 壓力檢測 電路 的設(shè)計 壓力檢測電路主要是用來檢測主控制器管道的供熱壓力，使壓力的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化從而采集物理量，通過 A/D 轉(zhuǎn)換 ,導(dǎo)入單片機(jī)中。實(shí)際的情況不是這樣的，所 以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。 工作原理：因?yàn)閴毫鞲衅鬏敵鲂盘柺?050mV 的電壓信號，經(jīng)過兩個運(yùn)算放大器 LM324 組成放大電路獲得 05V的電壓。此處用到的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 TLC2543。壓力傳感器輸出的電流信號，經(jīng)過上拉電阻 .同流放大器 U2C 與電壓跟隨器 U3D，而該電路輸出的電壓信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號傳到單片機(jī)的 P1 口內(nèi)。 鍵盤部分 鍵盤電路主要是通過鍵盤可以設(shè)置 5 個時段溫度；同時 實(shí)現(xiàn) 溫度、流量、壓力等狀態(tài)信息的 調(diào)整 ，以及它們的顯示信息的切換。 列線通過上拉電阻接到 +5V 上。這時候 控制器 知道有按鍵被按下，但只能判斷出在哪一行，不能判斷出在哪一列，因此接下來就要進(jìn)行鍵盤掃描，以確定具體是哪個按鍵被按下。這 8 個鍵的功能為左右移動、上下移動、返回、確認(rèn)、開機(jī)、功能選擇。完成后可按返回鍵。 由于所有 6 位段皆由一個 I/O 口控制，因此，在每一瞬間， 6 位 LED 會顯示相 同的字符。在此瞬間，段選控制 I/O 口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制 I/O 口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)?LED 為共陰，故 應(yīng)送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。例如，要求顯示 “LL020”時， I/O1 和 I/O2 輪流送入段選碼、位選碼在多位 LED 顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制。 段選碼，位選碼每送入一次后延時 1mS，因人的視覺暫留時間為 （ 100mS），所以每位顯示的時間不能超過 20MS，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。 顯示電路的電路圖 15 是所示。 鍵盤顯示的接口電路 采用 4*2 鍵盤， 6 位數(shù)碼管通過 8255A 與單片機(jī)相連。下面先對 8255 與 74LS245 做一下簡單介紹。同時必須具有與外設(shè)連接的接口 A、 B、C 口 .8255 具有 3 個相互獨(dú)立的輸入 /輸出通道端口，用 +5V單電源供電，能在以下三種方式下工作。 雙列直插封裝 圖如 315所示。 當(dāng)單片機(jī)的 P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過 P0 最大負(fù)載能力時，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動器。 由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時 74LS245 的三態(tài)控制端 1G 和 2G 接地， P2 口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。 8051 的 /RD 和 /PSEN相與后接 DIR，使得 RD 且 PSEN 有效時， 74LS245 輸入（ ←D1 ），其它時間處于輸出（ →D1 ）。 圖 17 鍵盤顯示接口的電路 Fig17 Keyboard display interface circuit 8255 的 D0 口接單片機(jī)的 P0 口， A0、 A1 作為控制總線接單片機(jī)的 、 。 PC 低 4 位作為輸入口。這樣顯示器的段口地址為 FCF7H，位口地址為 FDF7H。 主要是采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值。 圖 18 射頻卡接收電路 Fig18 RF receiving circuit 當(dāng)射頻卡通過 J2 接入電路時， ,輸出高電平電路，三極管集射導(dǎo)通，蜂鳴器 B2 導(dǎo)通。 報警電路的設(shè)計 由于設(shè)計要求時采用射頻卡設(shè)置預(yù)存消耗水量值，預(yù)存水量不足時，發(fā)出報警。壓力傳感器用來測量主管道的壓力，方便供暖監(jiān)控中心對供暖管道進(jìn)行檢測和維修，當(dāng)管道發(fā)生故障時，要用到有蜂鳴器組成的報警電路。 123456789P6MTPK4Q48050R27GNDR23U14BUZZER12P5光指示+12V10KR2510KR26104C22GND+5V12P4線圈+5VRXD1LS1揚(yáng)聲器R13Q2NPNGNDPC4+12V 22 圖 19 報警電路 Fig19 Alarm circuit 其中 NPN 小功率三極管采用 8050，其最大集電極電流為 500mA，完全滿足蜂鳴器驅(qū)動的需要。預(yù)存水量不足時單片機(jī)會發(fā)出一個射頻卡預(yù)設(shè)的信息 ,輸出高電平接至蜂鳴器電路，三極管集射導(dǎo)通，蜂鳴器電路導(dǎo)通報警。 EEPROM 在 寫入數(shù)據(jù)時，仍要利用一定的編程電壓，此時，只需用廠商提供的專用刷新程序就可以輕而易舉地改寫內(nèi)容，所以，它屬于雙電壓芯片。 時鐘芯片 系統(tǒng)時鐘采用 PCF8583 芯片，它提供準(zhǔn)確的日期和時鐘，保證單片機(jī)對暖期、供暖時段進(jìn)行正確的分析。為了防止系統(tǒng)在運(yùn)行時掉電，采用一個紐扣電池為時鐘芯片供電，這樣芯片就可以在掉電時仍然正常工作，重啟時不需要重新設(shè)置時間。另外該電路并帶可充電電池。本設(shè)計的電磁閥采用 新型多功能電磁閥 。調(diào)節(jié)螺釘 A、 B 可調(diào)節(jié)介質(zhì)粘度適用范圍和主閥開關(guān)時間 ，并可在主閥磨損后進(jìn)行補(bǔ)償。屋內(nèi)控制器驅(qū)動電路如圖21 所示。屋內(nèi)的溫度正常，不需要控制電磁閥時，單片機(jī)通過 PC5 端輸出低電平導(dǎo)通晶體管 Q3 截止，則 Q2 截止，電源處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)按鍵按下復(fù)位按鈕， PC5 端又翻轉(zhuǎn)為低電平，Q3 截止、 Q2 截止即開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，電源停止供電。本設(shè)計用到了 DA 轉(zhuǎn)換芯片 MAX539，變流器 AD694，還有一個設(shè)定2V的基準(zhǔn)電源。其管腳圖如圖 22 所示。此時就用到了基準(zhǔn)電源芯片 REF2920AIDBZT。 表 3 REF2920AIDBZT 電源特性 Table3 The power characteristics for the REF2920AIDBZT 輸出電壓 (V): 靜態(tài)電流 (μA): 50 容限 (% 2 輸入電壓最小值 (V) 輸入電壓最大值 (V) 溫度系數(shù) (ppm/℃ ) 35 封裝 /溫度 (℃ ) 3SOP/40~85 描述 2V電壓基準(zhǔn) 2V的基準(zhǔn)原理圖如圖 23 所示。 C5 和 C6 的作用是為了消除在負(fù)載電流變化時不致引起電壓較大的波動，消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性。它將輸入電壓信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 4～ 20mA 電流信號，可廣泛應(yīng)用于壓力、流量、溫度等信號的參數(shù)傳遞和對閥 、調(diào)節(jié)器以及過程控制中一些常用設(shè)備的控制。 圖 24 AD694的管腳圖 Fig24 AD694 Pin drawing 1 腳（ FB： 緩沖放大器輸出引腳。 3 腳（ +SIG）： 緩沖放大器的正輸入引腳。接地： 02V；懸空： 010V’ 5 腳（ COM）：公共端。 :該引腳上電壓不允許超過 1V。采用 10V參考電壓時，要求電源電壓大于。腳 7 與腳 8 短接時，得到 2V參考電壓。接地，輸出 420mA；接 =3V電壓，輸出 020mA。 12 腳（ BOOST）：電流輸出端。 11 腳（ Iout）：增壓引 腳。 +— +36V 14 腳（ BWADJ）：帶寬調(diào)節(jié)端。 16 腳（ VOSADI）：同上 屋外主控制器的電動閥驅(qū)動控制電路的原理圖如圖 25 所示。數(shù)字信號由 PC 口輸入到 DA 轉(zhuǎn)換器中變成模擬信號，再與外部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行計較，高于 2V 的輸出，在經(jīng)過運(yùn)算放大傳到 AD694 中，進(jìn)行壓變流的轉(zhuǎn)換。從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對電動調(diào)節(jié)閥門閥門的控制。 MAX487是用于 RS485 通信的低功耗收發(fā)器，具有一個驅(qū)動器和一個接收器。 它在 在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在 120181。A 之間。所有器件都工作在 5V單電源下。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。 使用 MAX1487 則為半雙工應(yīng)用設(shè)計。 通信電路可實(shí)時將房間的 實(shí)際溫度及用水量傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)中。其中 DE、RE 接在一起來接 8255 的 PC6 端，相當(dāng)于片選。用于向主控制器傳送信息，主控制器要用到兩個通信電路，一個接屋內(nèi)控制器，一個接上位機(jī)。 在電源電路的設(shè)計中，整體設(shè)計思路是：首先使用變壓器將較高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，然后經(jīng)過橋式整流電路轉(zhuǎn)換為直流，再由電容濾波，然后經(jīng)過 LM78 系列穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生穩(wěn)壓為系統(tǒng)提供所需要的電源。 變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路直流負(fù)載交流電源DI4RO1DE3RE2A6B7GND8VCC8U10 MAX487TXDRXDDEREPC6VCC104C9GND20/PTCR1920/PTCR201234P2TX+DTXD 28 ? ?lR 3 5 2TC? ? ? ? ?圖 27 交變直的框圖 Fig27 Alternating straight block diagram 變壓器的初級一側(cè)為 220V 交流電壓，次級一側(cè)電壓可以根據(jù)所需直流電壓的大小，通過選擇適當(dāng)?shù)淖儔罕葋淼玫?。由于整流、濾波電路輸出的直流電壓穩(wěn)定性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時輸出電壓也隨之而變化，采用穩(wěn)壓電路后，輸出電壓的穩(wěn)定程度將大為提高