【正文】 溫度系數(shù)也比較大，價格較便宜。其缺點為電阻率低，易于氧化，故只適用于溫度不高，對傳感器體積無特殊要求的場合。歐洲標準《熱量表》的第二部分“對設計的要求”中，規(guī)定作為熱量表的 部件，溫度傳感器必須采用鉑電阻作為測溫元件，并且配對使用。本系統(tǒng)既用于集中供冷又用于集中供熱，因此選用鉑電阻溫度傳感器。 山東科技大學學士學位論文 19 現(xiàn)有計量裝置大多采用的是 PT100(0℃時電阻即 Ro 為 100Ω )或 PT500 (0℃時電阻即 Ro 為 500Ω )型鉑電阻溫度傳感器。當鉑溫度傳感器的引出導線的電阻為 1Ω時，就可能帶來 1%至 %的誤差。當使用 PT100 或 PT500 型鉑電阻溫度傳感器時，必須嚴格規(guī)定許可導線的長度。系統(tǒng)采用 PT 1000 (0℃時電阻即 Ro 為 1000Ω )型鉑電阻溫度傳感器。相同的電流偏置下， PT1000 的信號電壓增加了 210 倍，相同長度的導線電阻可能引起的誤差減少到 %至 %以下。 山東科技大學學士學位論文 20 4 系統(tǒng)硬件設計 智能熱能表的硬件設計 CPU 主系統(tǒng) 智能熱能表實時測量熱水的瞬時流量△ Vi，進水溫度 T1 和出水溫度T2，計算得到用戶在一段時間內(nèi)的實際用熱量。其硬件結構框圖如圖 所示。采用 美國 公司生產(chǎn)的 AT89C52 微處理器芯片，由 CPU 主系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集通道、流量脈沖數(shù)據(jù)采集通道、通信接口、系統(tǒng)監(jiān)控、電源、地址模塊、顯示等模塊構成。 熱能表正常工作時，每當流量達到設定值時測量一次各用戶集中供熱末端設備的進出口水溫差和累計熱水流量，然后由此積算出用戶集中供熱系統(tǒng)消耗的能量并存儲，同時根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)來判斷用戶各傳感器的狀態(tài)。 山東科技大學學士學位論文 21 圖 智能熱能表結構 溫度和流量數(shù)據(jù)采集通道 (1)溫度數(shù)據(jù)采集通道 本設計所用溫度傳感器為 Pt1000，將兩個溫度傳感器的輸出分別 MAX1247的 IN1,IN2 通道，將溫度模擬信號轉換為數(shù)字信號。 MAX1247 與單片機的連接如圖 所示。 圖 MAX1247與單片機的連接 (2)流量脈沖數(shù)據(jù)采集通道 流量脈沖 輸入電路原理如圖 所示，圖中 MC 接機械式流量計的脈沖輸出。 流量傳感器選用脈沖流量表， 磁感體 為 干簧管 。帶有磁鋼的葉輪在水流 山東科技大學學士學位論文 22 圖 流量脈沖輸入電路原理 沖擊下轉動，干簧管的合、斷產(chǎn)生脈沖經(jīng)整型后輸入單片機的 ,輸入脈沖的個數(shù)可知流量的大小。整形電路的輸入信號來自前端光敏輸出的信號，其輸出信號是具有一定寬度的脈沖。脈沖數(shù)據(jù)采集通道將脈沖流量表的脈沖信號送至 單片機 的 端。 顯示模塊 設計 本設計選用的是北京精電蓬遠顯示技術有限公司生產(chǎn)的 MGLS12032A，點陣數(shù)為 120*32，規(guī)格 6*2 漢字，即每行 6 字共 2行。顯示電路如 所示。 山東科技大學學士學位論文 23 圖 LCD顯示接口電路原理 電源模塊設計 在本設計中，為了方便設計，統(tǒng)一用設計的 +5V 電源， 如圖 ，電源電路由電源變壓器，橋式整流器件，濾波電容，固能保護器件， TVS 的重 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA3D a t e : 2 J un 20 1 1 S he e t of F i l e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e t t i ng s \ A dm i ni s t r a t o r \桌面 \桌面換系統(tǒng) \畢設 \ 20 9 31 68 15 m c u C 51 \《單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例詳解》配套光盤 \第 4 章 熱表集中器 \4 ． 10 熱表集中器的電路原理圖 \熱表集中器原理圖 .D D BD r a w n B y :B12W 10V i n1GND2V ou t3U2 L M 78 05T1T R A N S 1C1104C6104C2220μFC5 220μFD 12T V S 5 .0~ 2 2 0 VG N D ( 5 V )~10V+5V 圖 電源電路 參數(shù)為額定斷態(tài)工作電壓，額定斷態(tài)工作電壓要大于正常工作的最高電壓。這里額定斷態(tài)工作電壓選作 。 集中器的硬件設計 集中器主要的功能是實現(xiàn)用戶熱能表和計費主站 PC 機的通信，實質上集中器循環(huán)采集、集中各用戶熱能表的數(shù)據(jù)信息 ,同時根據(jù)要求將數(shù)據(jù)轉發(fā)給物業(yè)管理中心的 PC機。 集中器的硬件結構如圖 所示，其中電源模塊與熱量表的一樣。 圖 圖 山東科技大學學士學位論文 24 時鐘模塊設計 本設計采用 DS1302， DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個 31 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 是DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302 與單片機的連接如圖 。 圖 DS1302與單片機的連接 存儲器模塊設計 AT24C512 與單片機的連接如圖 所示 . 山東科技大學學士學位論文 25 圖 AT24C512與單片機的連接 因系統(tǒng)中要求存放大量的數(shù)據(jù)，擴充了一片 EEPROM，型號為 AT24C512，串行存取的，其容量為 64KB。它在系統(tǒng)中的作用是存放從各熱量表搜集來的數(shù)據(jù)，供上位機隨時取用。 山東科技大學學士學位論文 26 5 上位機 系統(tǒng)軟件設計 軟件設計采用自頂向下、模塊化、結構化的程序設計方法，把總的編程過程逐步細分，分解成一個個功能模塊，每個模塊相互獨立，其正確與否不依賴其它模塊，每個模塊都能完成一個明確的任務、實現(xiàn)某個具體的功能。這樣編制的程序易于調試、修改，可讀性好。 智能熱能表軟件設計 智能熱能表軟件設計分主程序、定時中斷子程序、串行通信中斷子程序，定時中斷子程序完成的任務有實時時鐘、流量測量、溫度測量以及各種定時任務，串行通信中斷子程序完成熱能表和集中器之間的數(shù)據(jù)傳輸任務，而主程序則檢測各項標志，完成各項任務的后續(xù)處理。智能熱能 表計量時的工作過程：用戶用熱 (冷 )時，熱媒由水表進水口流入表殼內(nèi)，經(jīng)過整流器整流后沖擊葉輪，葉輪開始轉動，葉輪帶動蝸桿轉動，蝸桿的旋轉經(jīng)由轉軸減速后傳遞到固定有小磁鋼的外部轉盤，轉盤的旋轉，帶動小磁鋼旋轉，當轉盤旋轉時，安放于小磁鋼上方的雙干簧管傳感器在磁力的作用下將反復接通，產(chǎn)生計數(shù)脈沖。定時子程序中對流量脈沖進行計數(shù)，當脈沖達到設定的次數(shù)時，開始對進水溫度、回水溫度的巡回檢測，同時根據(jù)測量值完成一次熱量的積算。 山東科技大學學士學位論文 27 圖 主程序流程圖 初始化 開始 熱能量 標志 =1？ 顯示 志 =1？ 通信 標志 =1？ 進行一次熱能積算并存儲 顯示 子程序 通信后 續(xù)處理 否 否 否 通信標志？ 數(shù)據(jù)接收標志=1 保護現(xiàn)場 RB=1 接收的地址和自己的地址相等嗎？ 數(shù)據(jù)接收標志=1？ 數(shù)據(jù)等于結束位？ 數(shù)據(jù)接收正確嗎？ 恢復現(xiàn)場返回 否 否 否 否 否 是 是 是 是 是 是 是 是 山東科技大學學士學位論文 28 圖 圖 保護現(xiàn)場 延時計數(shù)加 1 溫度測量標志 =0 熱能測量標志 =1 恢復現(xiàn)場返回 流量標志IE0=1？ 溫度測量標志=1 測 量 子 程 序完？ 延時標志=1？ IE0=0，流量計數(shù)加 1 且等于設定值？ 否 否 否 否 是 是 是 是 山東科技大學學士學位論文 29 采集器軟件設計 采集器部分的軟件包括 W77E58 的主程序、中斷服務程序以及與 PC 機通訊的子程序等，本節(jié)給出了部分程序的流程圖。 是 圖 圖 定時中斷子程序 初始化 開始 定時或實 標志 =1？ 通信標 志 =1？ 顯示 子程序 通信后 續(xù)處理 否 否 是 保護現(xiàn)場 恢復現(xiàn)場返回 延時計數(shù)加 1 計數(shù)清零 計數(shù)時間到？ 延時標志=1？ 否 否 是 是 山東科技大學學士學位論文 30 圖 通信標志？ 數(shù)據(jù)接收標志=1 保護現(xiàn)場 RB=1 接收的地址和自己的地址相等嗎？ 數(shù)據(jù)接收標志=1？ 數(shù)據(jù)等于結束位？ 每位數(shù)據(jù)接收正確嗎？ 恢復現(xiàn)場返回 否 否 否 否 否 是 是 是 是 是 山東科技大學學士學位論文 31 6 遠程抄表系統(tǒng)通信設計 通信實現(xiàn)目標 遠程抄表系統(tǒng)采用集散型測控系統(tǒng)的形式 :智能化物業(yè)管理中心的 PC機作為上位機可以按照設定的抄存項目、起始時間和時間間隔，定時抄收存儲在采集器中的凍結數(shù)據(jù)或實時數(shù)據(jù)，可以打印成報表，也可以生成數(shù)據(jù)文件提交給其它應用系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)管理，采集器作為下位機接收上位機發(fā)來的命令，根據(jù)命令將各臺戶機的測量值及工作狀態(tài)報送上位機 .采集器是聯(lián)系用戶家中的戶機和管理中心的 PC 機之間的紐帶。顯然，實現(xiàn)這樣一個遠程抄表系統(tǒng)，必須合理地解決 PC 機與采集器之間的通訊問題。設計通訊方案時必須考慮下列幾個問題 : ，誤碼率低，即通訊質量要求高； PC 機之間的距離不等，因而要求數(shù)據(jù)能在較遠距離內(nèi)準確傳輸； 機與采集器要在電氣上隔離以防損壞器件。 通信方式的選擇 由于串行通信所占用的傳輸線少，導線相互之間產(chǎn)生電磁干擾的機會比并行通信大大減少，因而適用于遠距離數(shù)據(jù)傳送。在實時控制和管理系統(tǒng)中，各處理器之間的通信一般都采用串行方式。 根據(jù)對數(shù)據(jù)流的分界、定時及同步的方法不同，串行通信又可分為異步串行通信方式和同步串行通信方式。異步串行通信是以字符為信息單位傳送的，一幀信息 只包含一個字符；而同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊為信息單位傳送，山東科技大學學士學位論文 32 每幀信息包含成百上千個字符。因而異步串行通信一般用在數(shù)據(jù)傳送時間不能確知、發(fā)送數(shù)據(jù)不連續(xù)、數(shù)據(jù)量較少和數(shù)據(jù)傳輸速率較低的場合，而同步串行通信則用在要求快速、連續(xù)傳輸大批量數(shù)據(jù)的場合。 現(xiàn)有的 串 行通信接口包括 RS23 RS422A、 RS48 20mA 電流環(huán)、I2C總線等幾種。 (1)RS232 接口標準 RS232 是目前最常用的串行接口標準，它最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設備 DTE 與數(shù)據(jù)通信設備 DCE 而制訂的。該標準適用于 DCE 和 DTE 之間點對點的串行二進制通信，最高的通信速率為 ，在通信速率不高于20kbPs 時， RS232 所能直接連接的最大物理距離為 15m(碼元畸變小于 4%)，驅動器的負載電容應小于 2500PF。 為保證二進制數(shù)據(jù)能夠正確傳送、設備控制準確的完成，有必要使所用的信號電平保持一致。為此， RS232 規(guī)定 +3—— +15V 之間的任意電壓表示邏輯“ O”電平， 3—— 15V 之間的任意電壓表示邏輯“ l”電平。 (2)RS422A 接口標準 RS232 接口雖然應用廣，但它有傳輸速率低，通信距離短，接口處信號易產(chǎn)生串擾等缺點，因此 EIA 制定了 RS422A 標準。 RS422A 標準是一種平衡方式傳輸，即雙端發(fā)送和雙端接收，所以傳送信號要用兩條線，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器，相當于兩個單端驅動器，輸入同一個信號時，其中一驅動器的輸出率永遠是另一個驅動器的反相信號，于是兩條線上傳輸信號電平，當一個表示邏輯“ 1”時，另一條一定表示邏輯“ 0”，當干擾信號作為共模信號出現(xiàn)時，接收器接收差分輸入電壓，只要接收器有足夠的抗共模電壓工作范圍，就可以識別兩 個信號，并正確接收傳輸?shù)男畔ⅰ?RS422A 標準由于采用了雙線傳輸，大大增強了抗共模干擾的能力，當傳輸距離為 15m 最大傳輸