毕业论文(设计):热量表的设计与实现(软件部分).doc
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1、南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文)热量表的设计与实现(软件部分)The design and implementation of heat meters (software part)总计 毕业设计(论文) 32 页 表 格 3 个 插 图 12 幅摘要我国北方冬季要供暖,为了节约能源,大多数地区已通过热网集中供热。但是热能作为一种商品来出售,当然要收费了。可是目前因为居民家里还没安装热量表,只好按建筑面积收费。但是按建筑面积收供热费显然是不合理的,应该按照用户实际用的热能来计算。热量表,是计算热量的仪表。热量表的工作原理:将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上
2、,流量计安装在流体入口或回流管上。流量计发出与流量成正比的脉冲信号,一对温度传感器给出表示温度高低的模拟信号,而积算仪采集来自流量和温度传感器的信号,利用积算公式算出热交换系统获得的热量。一个完整的热量表由三个部分组成:流量传感器,用以测量流经热交换系统的热水流量;温度传感器,分别测量供暖进水和同水温度;计算显示器,根据与其相连的流量传感器和温度传感器提供的流量和温度数据,通过热量公式计算出用户从热交换系统获得的热量。本文主要用到51系列的单片机,流量传感器采用超声波流量计,温度采集使用如今市面上使用普遍的DS18B20,便携式的多点键盘。关键词:单片机 流量计 温度采集器 Abstract
3、Winter in the northern China to heating, in order to save energy, most areas already through the network of central heating. But heat as a commodity to sell, of course, want to charge. But at present because families havent install thermal scale, had to press construction area of charges. But accord
4、ing to the construction area of the heating fee is clearly unreasonable, should according to actual use of heat energy users to calculate. Hot scale, is a calculation of heat meter. Heat meter principle of work: will a temperature sensor separately installs in through the heat transfer fluid on the
5、pays and pays under, flow meter installed in fluid entrance or backflow tubes. Flowmeter issued and flow proportional to the pulse signal, a temperature sensor gives said the analog signal temperature, and integrated calculate instrument collection from flow and temperature sensor signal, using the
6、product formula is calculated for heat exchanging system of heat. A complete hot scale consists of three parts: flow sensor to measure the heat exchange system through the hot water flow; The temperature sensor, were measured with water temperature and heating water; Calculation display, according t
7、o connected to it flow sensor and temperature sensor provide flow and temperature data, through the heat calculation of heat exchanging system users from heat gain. This paper mainly used 51 series of single chip microcomputer, flow sensor using ultrasonic flowmeter, temperature gathering use on mar
8、ket now use common DS18B20, portable more keyboard.Keywords: Single-chip microcomputer;flowmeter;Temperature collector目录摘要IABSTRACTII第一章 引言11.1 选题背景11.2 热量表简介11.3国内外发展概况21.4 开发热量表的意义和前景21.5 研究内容与目标3第二章 热量表硬件电路设计42.1 电源电路的设计42.2 主控部分的设计42.3 温度检测电路的设计52.4 流量检测电路的设计62.5 显示电路的设计82.6 键盘电路的设计8第三章 热量表总体软件设
9、计103.1 热量表工作原理103.2系统资源分配113.3 主程序的设计11第四章 热量表软件详细设计144.1流量串口通讯设计144.2 温度检测设计154.3焓值按键设计184.4 显示部分软件控制设计18第五章 总结与展望20致谢21参考文献22附录一:总图23附件二:程序清单24第一章 引言1.1 选题背景如今,节能成为大家越来越来关注的话题。我国的建筑能耗很高,是发达国家的3倍多,而城市供暖是建筑能耗的主要部分,发达国家大多采用能调节和控制的供热系统。城市供热,特别是北方供热正在迈出改革步伐,迫切需要高新计量设备进入供热领域,改变我国城市目前采暖技术的落后局面。多年来,我国一直采用
10、计划经济时代的全福利式居民取暖体制,以居民小区为单位,共用一个控制阀,以住宅面积为热量的计量依据。随着改革开放的不断深入,人民生活水平的不断提高,商品意识的不断加强,旧体制已远不能适应当前经济生活的发展。随着市场经济的发展和个人需求的提高,对取暖的质量要求越来越高,越来越多样化,有人宁愿多花一些钱来享受一个暖冬,有人根据自己经济条件喜欢经济一点,过得去就行。不论是哪种需求,都有一个共同点,就是希望取暖就像商品一样,花多少钱享受多少热量,明码实价,钱花得其所。而现在所有的供暖方式,只要是同一个供暖单位供热,都只能是一样,根本无法满足用户自己调节的要求。供热由供热单位单一方支配,随意性强,缺少制约
11、机制。在现有的供热体制下,取暖费交给供热单位后,这一冬季的取暖全在供热单位的控制下,无法建立有效监督机制。现有的大锅式取暖方式必须改革,让供暖走向市场,把热量回归为商品,让人们对热量的需求如同对普通商品一样,多花钱多买,少花钱少买,建立公平的供求关系。只有按实际供热量收费,才能调动用热和供热的双方积极性,节能工作才能真正落实。1.2 热量表简介按热量计费,必须有热量计量工具,而热量表就是建立在用户计量的基础上,通过测量流经热交换系统的热总量。热量表能实现把热量作为一种商品供应千家万户。一户一表,一户一阀。一个完整的热量表由三个部分组成:流量传感器,用以测量流经热交换系统的热水流量;配对温度传感
12、器,分别测量供暖进水和同水温度;计算显示器,根据与其相连的流量传感器和温度传感器提供的流量和温度数据,通过热量公式计算出从热交换系统获得的热量。目前比较实用的有三种热量表,霍尔式、电磁式和超声波式热量表。在这三种热量表中,霍尔式热量表是通过霍尔效应测量水的流量。霍尔式热量表具有耗电少,抗干扰性好,安装维护方便各价格低廉的优点,其测量原理和结构简单,对工作要求不高,因此现在应用比较多,在热水管网的计量中占据主导地位。电磁式热量表是按法拉第定律测量水的流量,其测量腔体内部没有任何可动部件,但对供热介质的电导率要求高,结构复杂,成本较高,功耗大,在用户中使用较少。超声波式热量表是通过超声波射线直射或
13、反射的方法测量水的流量,对介质成分没有要求。优点是量程大、计量精度高。用户型热量表普遍采用的结构形式是紧凑型,将进水温度探头和流量表一体,回水温度探头与之分开,计算显示器可与流量表装在一体。这种结构灵活,不受安装空间限制,缺点是安装调试麻烦。而一体化热量表把流量计,进水温度传感器,回水温度传感器和计算显示器安装在一体,这种结构安装简单,无需调试。只有采用高质量的的热量表,才能满足用户和供热商的双方利益。1.3国内外发展概况 热计量技术起源于欧洲,早在20世纪20年代欧洲就开始进行按户计量采暖费用,尤其是经历了70年代初期的能源危机后,如何在保持经济发展的同时节省有限的能源成了各国的研究课题,相
14、应的“热表”经历了从机械式、电子模拟积分式、电子数字积分式,直到微处理器为基础的智能式的发展过程。在80年代初期,采暖计费制度己经在欧美国家普及了,实施供热计量计费方法也逐步得到完善,热量计量技术也已经基本成熟。 我国热量表的自行研制始于上世纪九十年代,1997-2000 年欧洲标准热量表EN1434逐渐被一些企事业单位所了解和重视,中国热量表的研制开发走上了正轨。由于我国热量表方面的研究处于初级阶段,存在一定上的盲目性和探索性,研究中遇到了一些问题和争议,考虑到国外的国情各国内的又不一样,只能靠自己摸索。目前,国内不少单位根据建筑采暖必须计量收费的原则,已着手研究开发建筑节能技术各产品,引进
15、、消化、研制相关的控制手段和仪表。国内实验的计量方法及仪表基本是采用楼栋热表和热水流量表计量方法,国内实验工程中使用的有:叶轮式热量表、电磁式热量表、超声波式热量表、蒸发式热量表和电子式热量表。世界各国越来越重视按户计量收费,我国已经在多个城市进了按户计量的试验工程,一些城市已开始以各种手段促进这一技术的发展。1.4 开发热量表的意义和前景 如今,节能与环保成为我国的重要国策。据有关机构对德国热力系统调研,采用热量表可以降低能源消耗1030%。同时还可缓和城市燃料运输紧张的状况,减少对大气的污染。热量表主要是用于集中供暖的居民住宅,商用办公室所耗热量的计量。户用热量表的使用市场主要有两个方向:
16、一个是采暖地区新建的居民住宅;另一个是现有的尚未实行供热按计量收费的居民住宅。目前国家每年新建采暖居住建筑为7亿平方米左右,按平均每户80平方米计,近1000万户,按建设部的要求从2000年开始新建住宅都应安装热量计量设施,但由于各地情况不同、经济发展不均衡,地方政策的差异等因素,不可能同时全部安装。尽管如此,东北、西北和华北地区的大中城市从1999-2000采暖期也开始安装,并有很多大中城市已明令从2000年起必须在商品住宅上安装热量计。目前各省正在积极制定有有关政策使供热商品化,同时建设部节能规划中也要求在2003年开始将“热”过渡为商品,热量表产品正处在市场需求的上升期,未来市场是巨大的
17、。由于旧的供暖视住宅面积大小收费,在当前形式下,这种技术的投产应用必将带动新一轮的市场增长点,并推动热量表技术的不断发展与完善。总之热量表的应用是一个崭新的,具有很强生命力的项目,前景深远。1.5 研究内容与目标本文针对热量表的现状及发展趋势,在阅读了大量文献和资料的基础上,成功设计了一套用于计量热量的热量表系统。该系统能体现了热量表的智能化,能很好的解决上述中的问题。该热量表重点在于温度传感器,流量传感器,显示模块和按键模块的设计。热量表通过回水温度、给回水温度、瞬时流量、累计流量等参数计算在热量表上显示出总累计热量值。通过采集器连接上位机,物业管理部门可以通过上位机监视用户的用热情况。第二
18、章 热量表硬件电路设计2.1 电源电路的设计 由于中央处理系统是单片机,而通用的220V的交流电源不能满足需求,所以需要外围处理之后的+5V的直流电源给单片机以及一些芯片供电。具体的电路如图2.2所示:图2.1 在电源电路中,使用TRANZPZS作为变压器,电压经过整流器整流之后将交流变为直流电路。由标准5V正弦波电压信号改变为全为正的电压信号。再由7805三端稳压器将电压稳定在5V信号,途中的C1、C2是稳压及滤波的作用。2.2 主控部分的设计单片机在使用前,应该有一些外围的辅助电路,其中包括复位电路,时钟电路。时钟电路用于产生MCS51单片机工作时所需的始终控制信号。MCS51单片机的内部
19、电路在时钟信号控制下,严格的按时序执行指令进行工作。而时序所研究的指令执行中各个信号的时间上的关。 而在执行指令是,CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码,然后译码,并在时序电路产生一系列控制讯号去完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类,一类用于片内对各个功能部件的控制,这类信号很多。另一类用于对片外存储器或I/O端口的控制,这部分时序对于分析、设计硬件接口电路至关重要。 晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路,它将该振荡信号二分频,产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S,它是振荡周期的2倍,P1信号在每个状态的前半周期有效,
20、在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作的。 复位电路是单片机的初始化操作,只需要给MCS的复位引脚RST加上大于两个机器周期(即24个始终震荡周期)的高电平就可以使MCS51复位。复位时,PC初始化为0000H,使MCS51单片机从0000H单元开始执行程序。出了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态,为白兔死锁状态,也需按复位键使RST引脚为高电平使MCS51重新启动。2.3 温度检测电路的设计在温度传感器部分使用DS18B201。温度信号的采集采用温度传感器,由于该部分主要是采集两个端口的温度差,
21、因此需要两只温度传感器组成配对传感器。配对温度传感器是指对同一个热量表,分别用来测量供热管路系统的入口和出口温度的两支温度传感器,分别安装在管路系统的入口和出口,采集系统内介质的温度并且发出温度信号,两支温度传感器在出厂前要经过测试筛选,要求具有一致的特性,并配有标记。无论采用何种形式的配对温度传感器,都需要根据最小测量温差的要求,满足相应的标准。温度计一定要有温度采集,可以采集温度的途径很多,在众多应用于温室环境监测的温敏元件中,尽管温敏电阻成本低,但是后续电路太复杂, 精度、重复性、可靠性都较差,而且还需要进行温度的标定;电流型集成温度传感器AD590也因为它的输出是模拟信号,而且输出信号
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