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DZ252
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系统
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DZ252非接触式热量测量系统,DZ252,接触,热量,测量,系统
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Variable Structure Controller Design with Nonlinear Switching FunctionAbstract: A new controller design using the theory of VSS dealing with the set-pointRegulation problem of robots is presented. The main arguments in the methodology are: the elimination of the tedious inertia matrix inversion by using the lyapunov function V=STMS instead of the requirement SiSi 0,i= 1,2, nqAn auxiliary function S*=0 is introduced in order to confirm that the switching plane S=0 is asymptotically stable. Where,S= C(q qd )+ （7） S*=0 and the switching plane S=0 are required to be orthogonal.That is,CC=-I(I is n*n unit matrix).From Equations (2) and (7), we can derive: S =R q - qd S q (8)C ICI Where, R= thanks to the existence of from Equation (9), we can derive: S Sq- qd q =R-1 (9) Now the coordinate conversion from(q,q) to(S,S) has been founded and (q,q) can be seen as the function of (SS) with the above result, Lyopunov function V=STM(q,q)S can be modified as: V(S,S)=STM*(S,S)S (10) With M* positive definite as for (S,S), V(S,S) is semi-positive. With the only exception when S=0.V(S,S) being differentiated by time and considering Ms symmetry:VSMS (S,S) = (M ) TS+ST S+ST(M )Introducing Equation(5) to the above equation and considering A is also symmetrical, then:SMV (S,S) =-2ST (A- /2 ) (11)If (A-M/2) is regarded as positively definite matrix, then V(S,S) will be the negatively semi-positive definite function of (S,S), with the only exception when S=0. So, as is derived from the Lyapunov theorem, the switching plane S=0 is asymptotically stable.Then comes the discussion on how to detemine u to satisfy the above conditions. If we stipulate that:nj=1Pisgn（Si）/ |M i j /2| （12）Then(A-m/2)will be positively definite matrix. To guarantee the accuracy of epuation(12),u-value can be controlled with epuations (4) and (5) as follows:-P1sgn（S1）-P2sgn（S2） : .-Pnsgn（Sn）q Q kq+= （13） Q=Q0 +Q K=K0+K (14)Where, Q*,K* denotes the medium value of Q and K respectively. Qij , Kij , Wij are all stipulated to be bound and |Qij|Qij，|Kij|Kij，|Wi|Wi （15）M| ij|Mij，i，j=1，2，n （16）Introducing Epuation(16) to epuation(13) with the consideration of epuation(14):-P1sgn（S1）-P2sgn（S2） :-Pnsgn（Sn）qq Q K + u= （17）Control component product Ui can be obtained from Equations (12) and (17) as follows:Minj=1nj=1qsgnSi （Qij j Kijqij）+i+u-Si ij / 2 （18）nIf we choose the following epuationj=1u=-sgn（Si）(Qijqj+Kijqij)+i-S Mij/2 (19)then Equation(12),the switching plane S=0,can be guaranteed to be asymptotically stable.nnIntroducing Equation(19)to Equation(16),we can get the desirable resultant control law:OqOOO j=1j=1 i=- (Qijqj-Kijqj)-Si Mij/2-sgn(Sj)(Qij| j|+Kij|qj|)+j (20)From this control law, two conclusions can be drawn: First, this control method is suitable to any n-order degree of freedom system; Second, this control law is only simply related to the limitation of parameters, thus, the parameter changes can be easily considered in the system. In addition, this algorithm is free from the prediction of burdens help by robots.1.2 Methods of eliminating chatteringThe signal function is used in Equation (20). The fundamental reason for the problem of chattering is that dynamic switching is required even with the incomplete switching. We need to make switching flexible in order to avoid this kind of dynamic switching. Its proposed that saturation function sat (Si/Ni) take the place of the signal function in Equation(20), which is used in Reference(3).Thus, this control law can be changed into:qnnj=1j=1ui=-(Qnijqj-K0ijqj)-SiMij/2-sat(Si/Ni)(Qij j+Kijqj)+i (21)With the adoption of the saturation function, which structural is switching when &#*$&# can ensure that the orbit tends to the switching plane. Its not the case when &#*$&# The introduction of saturation function means to confine the orbit of the system within the neighboring area of the Ni of the switching plane. The bigger Ni is, the less insignificant chattering will be. But the orbit may not reach the orginal point of the phase plane with too large Ni, so we choose Ni as the function of qi that is Ni= Niqi-qdi 0 Ni Ci (22)Now, the control law is changed into:qnnqnj=1j=1j=1ui=-(Q0ij -K0ijqj)-SMij/2-sat(Si/Ni)(Qij j+Kijqj)+i (23)This denotes that the sytems orbit Vi(t) is confined by two curves: Vi(to)exp-(Ci+Ni)tVi(t)Vi(to)exp-(Ci-Ni)t (24)It can be noticed that this method as well as proper choice of piecewise linear switching function can reduce chattering to a maximum degree.1.3 How to detemine piecewise linear switching function The selection of switching functions is a crucial problem in the variable structure controller design. However, unfortunately, there is no one unlinear system switching functions method to find c-value at present. Whats more, we dont know whether it is feasible. The most widely used method is to determine the c-value is over a certain value, there is probably no sliding mode in the system even with the instability. So, if there is only scatter undo coupling linear switching function used in Equation(2), we should not expect the increase of c-value on a large scale to quicken the dynamic response rate. Whats more, control moment desired will increase at the same time which may lead to not only overshoot but also the relatively much energy in the moving point as a result of long-term accumulation of great moment. The latter can make chattering more severe than ever and the predominantly greater braking moment than that of control resulting in the surplus of control moment. To solve these problems the conception of piecewise linear switching function has been proposed, which is the linear switching function in Equation(2) is divided into several part. The relatively high c-value is used when the systematic error is relatively significant to increase the control moment which can guarantee both the higher dynamic response rate of the system and the stability of sliding mode within a large range to safeguard the good quality of the system. While the systematic error is relatively small, a smaller c-value is used to decrease the control moment and inertia with the avoidance of overshoot and the reduction of the chattering. As the result of the decrease of control moment, the braking moment decreases dramatically with the control moment basically equal to the braking one with this method, the problem of the conerol moment surplus existing can be resolved.1.simulation analysisqqq q Two-pole robot operator model used by Young is as follows: M(q) +B(q, ) =W(q, )+u (25)Where q+ TM11=(m1+m2)r12+m2r22+2m2r1r2cos+J1 M12=M21=M2r22+m2r1r2cos M22=M2r22+J2 B11=-2m2r1r2 sin B12=-m2r1r2 sin B21=m2r1r2 sin B22=0 W1=-(m1+m2)r1cos+m2r2cos(+)g+d1 W2=-m2r2cos(+)g+d2d2 denotes the disturbance of Pole i. Inertia array M(q) is symmetrical positively definite matrix. Parameter values identical with those in Ref.8 r1=1m,r = 0.8m J1=J2=5kgm2, m1=0.5kg 0.5kg m26.25kg d1,d2 |qi|0.13C1=1.0, C2=0.8 0.13|qi|0.8C1=0.5, C2=0.4 |qi|0.8mathematical model can be induced from the introduction of the above-mentioned control u1and the switching function S to equation(1). For conveniences sake, the second-order differential group of equations of the mathematical mode can be transformed into the first-order differential group of equations with the introduction of conversion. But the first-order differential group can not be exactly solved using general equations, we have to select approximate method. The fourth-order of Longyikuta method is employed in this text with the 4th-order of regional truncation error0(h5). The simulation program is edited in BASIC. During the simulation process, the c-value of the first and the second part switching function can be increased in case of the appearance of undesirable dynamic response rate; The c-value of the chattering part can be properly decreased with the appearance of chattering. All these methods have the insensitivity to systematic parameter changes and the external disturbance because of using variable structure control of sliding mode. As compared in Fig 4 and 6, the control quality keep basically unchanged with the burden ranging from 0.5kg to 6.25kg.3. Conclusion A new type of robots variable structure controller has been implemented, analyzed and simulated in this text with the following characteristics: (1)Arrival conditions derived by using the Lyqpunov function V=STMS instead of the usually used arrival condition SS 0,i= 1,2, n我们引入辅助函数S= 0，目的是为了保证转换平面S= 0是渐进稳定的。在这里，S= C( q- q d )+ q （7） S= 0和转换平面需要互相垂直。也就是说，CC= -I（I是一个n阶单位矩阵），根据等式（2）我们可以得到：SSq- q dq =R （8）C IC I在该等式中，R= 如果R-1存在，那么，我们能够得到：SSq- q dq =R-1 （9）这样，我们就建立了从（q，q）到（S，S）的等价转换。我们可以把（q，q）看成是（S，S）的函数。根据以上的结果，Lyopunov方程V = ST M（q，q）S可以变换成下面的形式：V（S，S）=STM*（S，S）S （10）由于（S，S）和、V（S，S）都是半正定的，因此，M*正定。当S=0时，V（S，S）与时间相异，我们可以把它看成是M的对称形式：V（S，S）=（MS）TS+STMS+ST（MS）对于以上的方程我们引入方程式（5），并且假定A也是对称的，那么：MS V（S，S）=-2ST（A- /2） （11）SS我们假定（A-M1/2）是正定矩阵，那么V（S， ）将成为（S， ）的否定半正定函数（在S=0时除外）。正如我们从Lyapunov规则中推演出的一样，转换平面S=0保持渐进稳定性。下面我们讨论如何确定u使之满足以上的条件。我们做出如下的规定： nj=1Pisgn（Si）/ |M i j /2| （12）这样（A-M/2）为正定矩阵。为了保证方程式（12）的准确性，我们可以依据方程式（4），（5）对u值进行控制：-P1sgn（S1）-P2sgn（S2） :-Pnsgn（Sn）qQ kq+= （13）Q=Q0+QM K=K0+K （14）在这个方程中，Q0，K0分别表示Q和K的中间值。Qij，Kij，Wij和 ij 均被限制在一定的范围之内，|Qij|Qij，|Kij|Kij，|Wi|WiM| ij|Mij，i，j=1，2，n （15）我们选择如下的控制规则： u=-Q0q+K0q+u (16)根据方程式（14）限定的条件，我们引入了方程式子（16）和（13）：-P1sgn（S1）-P2sgn（S2） :-Pnsgn（Sn）qq Q K + u= （17）j=1 nj=1 n控制组件生在值可以由方程式（12）和（17），其形式如下：MiqsgnSi （Qij j Kijqij）+i+u-Si ij/2 （18）如果我们选择如下的方程：j=1 niu=-sgn（Si）(Qijqj+Kijqij)+i-S Mij/2 (19)那么，对于方程式（12），转换平面S=0，我们能够保证是渐进平稳的。对于方程式（16），我们引入方程式子（17），这样就可以获得期望的结果控制规则：OOqj=1 nj=1 ni=- (Qijqj-Kijqj)-Si Mij/2-sgn(Sj)(Qij| j|+Kij|qj|)+j (20)根据以上的控制规则，我们可以得到这样的两个结论：第一，该控制方法适用于任何n时序自由度系统；第二，该控制规则仅仅与参数限制相关联，这样，在系统中我们可以很方便的考虑参数的变化问题。另外，使用该运算法则可以免于进行自动机械的负荷预测。12排除干扰的方法在方程式（20）中，我们使用信号函数。产生干扰噪音的最基本的原因在于过程中所需要的动态转换甚至是不完全转换。为了避免这种动态转换，我们需要产生转换弹性。假设我们使用饱和函数sat(Sj/Nj)取代方程式（20）中的信号函数，该函数在参数3中已经被使用。如图1所示，饱和函数定义为：这样，控制函数就转换为：nnqj=1j=1ui=-(Qnijqj-K0ijqj)-SiMij/2-sat(Si/Ni)(Qij j+Kijqj)+i (21)由于饱和函数的使用，当|Sj|Nj时,结构转换能够确保轨道倨向于转换平面,但当|Sj|Nj时,该情形不会发生。饱和函数引入的目的就是保证系统运行轨道位于转换平面Nj的邻近区域内。Nj越大，干扰信号将变得越弱。但是如果Nj过大，系统轨道将很难接近段平面的起始点。因此，我们根据函数qi选择Nj，亦即： Ni= Niqi-qdi 0 Ni Ci (22)现在，控制规则就转换为：nnj=1nqqj=1j=1ui=-(Q0ij -K0ijqj)-SMij/2-sat(Si/Ni)(Qij j+Kijqj)+i (23)这意味着系统轨道Vi将由以下的两个曲线确定：Vi(to)exp-(Ci+Ni)tVi(t)Vi(to)exp-(Ci-Ni)t (24)稍后我们就能注意到使用该方法以及适当选择分段线性转换函数将最大限度的降低干扰噪音。13如何确定分段性转换函数。在变量结构控制器设计中，转换函数的选择是一个重要的问题。然而不幸的是，目前还找不到非线性系统转换函数方法来发现C值。同时我们也不知道这样的方法是否可行。通常情况下，我们通过仿真的方法来确定C值。一般而言，C值越高，系统动态响应率越高，调节时间越短。但是， 如果C值超过了一定的限度，在系统中（甚至是不稳定系统中）可能会出现滑动模式。因此，在方程式（2）中，如果仅仅使用分散撤消连接线性转换函数，我们就不能期望通过过高增加C值的方法来加还动态响应率。与此同时，期望控制时间将会增加，这不仅会导致目标偏离，而且，在称动点中将会产生相关的更多能量，从而造成时间的长期累积。后一种情况会使干扰想象更加严重，并且，与在冗余控制时刻的控制结果相比，主要空档时间将会增加。为了解决以上的问题，我们引入了分段线性转换函数的概念，将方程式（2）中的线性转换函数分割为几个部分，如果系统错误会明显地导致控制时刻的增加，那么，我们将使用高C值，这样就能够保证系统的动态响应率和滑动模式在一个比较大的范围内稳定性，从而保证系统的高质量。当系统错误相对较小时，我们使用较小的C值来增加控制时刻及惯量，从而避免目标偏离并且降低干扰。2仿真分析由Young使用的双极机器人操作模型定义形式如下： qqqqM(q) +B(q, ) =W(q, )+u (25)在这里，q+ TM11=(m1+m2)r12+m2r22+2m2r1r2cos+J1 M12=M21=M2r22+m2r1r2cos M22=M2r22+J2 B11=-2m2r1r2 sin B12=-m2r1r2 sin B21=m2r1r2 sin B22=0 W1=-(m1+m2)r1cos+m2r2cos(+)g+d1 W2=-m2r2cos(+)g+d2d2表示i极的干扰。 惯性矩阵为一对称正定矩阵。其使用的参数值在参考8中：r1=1m,r = 0.8m J1=J2=5kgm2, m1=0.5kg 0.5kg m26.25kgd1,d2 |qi|0.13C1=1.0, C2=0.8 0.13|qi|0.8C1=0.5, C2=0.4 |qi|0.8通过引入以上提及的控制ui以及转换函数S到方程式子（1）中，我们可以归纳出数学模型。为方便起见，我们可以将一时序异组方程转换为二时序异组方程数学模型。但是利用通常的方程，并不能准确刻画一时序异组方程，我们必须选择一个近似的方法。在本文中，我们使用具有四时序区域切断误差0（h5）的四时序Longy ikuta方程。其仿真程序用BASIC实现。在仿真过程期间，如果动态响应率于期望值不同，一二部分转换函数的C值可能会增加。如果出现目标偏离，三四部分的C值有可能减少。在干扰部分，伴随干扰的出现，C值将会减少。所有这些方法对于系统参数的变化以及外部干部均不敏感。这是因为使用了具有滑动模式的可变结构控制机制。比较图4和图6，在0.5kg到6.25kg的负荷范围内，控制质量基本保持不变。3总结本文阐述了一种新型的自动机器可变结构控制器的实现，分析以及仿真。该模型具有如下的特点：（1）到达条件源于Lyapunov方程，在可变结构控制中，我们使用方程V=StMS取代通常使用的到达条件SOS0，从而排除了单调惯性矩阵逆置，并且使系统的参数变化更容易处理，同时使之能够应用于更高的时序系统；（2）该方法的简单设计对于实时控制是可访问的，为解决干涉和干扰对系统的影响，我们具有采用了全适应能力的滑动模式，这样简化了系统的结构，从而使系统实现更为容易。（3）通过引入分段性转换函数以及饱和函数（取代信号函数），可变结构控制理论中的干扰可以被排除和减弱。分段性转换函数之所以可以控制干扰，是因为采用相对小的C值可以除低控制极，也就是说，当系统误差相对不明显时，控制时刻具有合成缩减惯性以及较弱的干扰。（4）通过使用具有分段线性转换函数的可变结构控制，系统的动态响应速度得到了提高，这样就缩短了调整时间并且避免了目标偏离。当误差相对较高时，我们也使用相对较高的C值，这样就可以提升控制极，加速动态响应过程。与之相反，当误差相对较低时，我们使用相对较小的C值，以此来减少控制时刻以及避免目标偏离。值得一提的是，使用分段线性转换函数同样能够减少最大时间，这归因于在一定的运算规则中，闸极通常是有最大时刻决定的。由于使用相对较低的C值，闸时刻显著的降低，在理论上说，不存在时刻剩余的问题。这样可以节约能量消耗降低产品的费用。该系统具有上面提及的四种优势，同时在一些方面也需要完善，比方说在高时序系统中，计算机的负荷较重，在离散应用中，需要计算机有较高的运算速度。摘 要：本题目从热量测量的基本原理出发，结合供暖系统的技术指标，应用超声波测量技术研制了一种非接触式热量测量系统，并给出了系统的软件和硬件设计方法。这种热量测量系统采用嵌入系统，具有功耗低，非接触，对温度与压力等各项参数能进行自动校正等功能。实验表明：这种热量计测量精度达2级，并具有结构简单，成本低及应用性强等优点。关键词：超声波，多普勒效应，热量表，非接触测量，单片机Abstract: Based on the fundamental principle of the measurement of the heat quality and the technology index of heating system , a design scheme of the non-contact calorimeter for heating system is introduced based on ultrasonic measurement technology, and the design structures of the hardware and software are given ,This calorimeter is no-contact, accurate, and has functions of low power consumption, auto-compensation for temperature and pressure. The experiment shows that its accuracy class is 2 ,and its structure is simple, its price is lower, and its practicability has been validated. Key words: ultrasonic; Doppler effect; calorimeter; non-contact measurement; single chip processor目录第一章 绪论.21.1简介.41.2项目计划总目标和主要研究内容.41.3主要传感器功能介绍.51.4系统组成.5第二章 温度传感器的选择.62.1温度传感器的设计.62.1.1PT1000测温原理.62.1.2电路理论分析.82.1.3电路特点.82.2温度变送器.9第三章 流量传感器的选择.93.1流量传感器的选择.93.2超声波传感器发射端设计.103.3超声波传感器接收端设计.113.4超声波检测原理.113.4.1超声流量计特点.113.4.2测量分类.113.4.3时间差法测量原理.11第四章 主电路设计.144.1单片机的内部组成.144.1引脚说明.144.2单片机扩展.204.2.1最小系统设计.214.2.2时钟电路及定时器计数器的设计.214.2.3键盘/显示器电路.244.2.4复位电路设计.27第五章软件设计.295.1主程序流程图.295.2中断子程序流程图.315.3数字平均值滤波流程图.325.4按键程序流程图.34第六章 全文总结35第一章 绪论1.1简介.目前，在国外使用最多的流量及有机械式和超声波式。超声波式流量计对水质要求较低，不易损坏，使用寿命长，但价格较高。机械式流量计耗电少，价格较便宜，但对水是要求较高，微量的铁屑后细沙都会急剧降低测量精度直至短期内损坏。在丹麦，人们非常重视供热水质，政府设专业部门检查监督水质。但即使在这种情况下，机械式流量计也只运行5年左右就要更换新的流量计。国内供热系统水质普遍较差，开发研制热量表必须以寿命为主要指标。组成热量标的三大组件寿命相差很大，所以不易将流量计与积算仪做成一体，以便更换流量计。在我国北方广大地区冬季供暖时间长，供暖锅炉数量大，设备普遍落后，每年要浪费大量的燃料，但供热效果用户并不满意，存在供热过度或不足的问题。国家建设部编制的建筑技术政策中提出，供暖通风空调设备要发展用热按户计量控制装置。热费结算将采用分户计量，按实际使用热量收费，它的实施可带来20%30%的节能效果。 传统的热量仪表主要是机械式叶轮热量表，它有以下缺点：对水质要求高，通常要加装过滤装置；压力损失大，造成热量损失；机械部件易磨损，需要经常校表；使用寿命短等。本文从热量测量的基本原理出发，结合供暖系统的技术指标，设计了一种新型的非接触式智能超声波热量计。它对水质要求低，不破坏流场，无压力损失，测量精度高。该热量计还具有电池供电，寿命长，安装维护方便的优点。1.2项目计划总目标和主要研究内容计划目标：研制开发无线温度传感超声波新型热表。该仪表采用超声波传感器，利用超声波技术解决国内热量表小流量计量误差和始动流量大的主要问题；使用无线集成温度传感器测量回水温度，以解决目前国内外热量表生产单位普遍采用的有线采集回水温度带来的施工安装不便及可靠性低这一突出的共性问题。以适应我国民用计量仪表使用的实际现状，达到节约能源和供需平衡的目的。主要研究内容：1、 超声波流量仪的研制设计并制造一种基于超声波技术的热量表，在流量测量上拟采用超声波时差技术，以期达到对水质要求低，压损及始动流量小，小流量下计量精度高，没有机械磨损，寿命长，真正免维护的目的。2、 数字化无线集成温度传感器研制利用无线技术和数字化集成温度传感器技术，研制数字化无线集成温度传感器，以确保热量表一体化，解决现有热量表需有线测量回水温度带来的可靠性、安全性差等诸多问题。3、 计量仪表低功耗技术在以单片机为核心的控制硬件电路设计上，采用及筛选低功耗的电子元件与集成电路，进行低功耗线路设计和线路板优化；在软件控制上采用降低功耗的休眠技术及采样周期优化，以期达到最大限度地降低计量仪表功耗，延长电池寿命。1.3主要传感器功能介绍温度传感器的主要功能有测定两点温度差，PT1000是热电偶温度传感器，它具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。热电偶温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0时输出为0，温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。流量传感器的主要功能有测定水流量，通过单片机测定时间在通过数学运算计算出水流速，通过流量公式计算流量。单片机的主要功能有完成实时数据采集，数据处理，与此同时并通过显示电路把结果显示出来。IC卡的主要功能是完成交费业务1.4系统组成本系统由两部分组成，分为检测部分和控制部分。检测部分由检测和放大电路两部分组成。其中检测包括温度检测，流量检测，驱动电路，保护电路以及其它元件；放大电路由LM741构成，反向器，比例放大器。控制电路由8031单片机组成的最小系统为核心，复位电路，键盘显示电路IC卡电路等接口电路。 第二章温度传感器的选择.国内有的热量表采用半导体热敏电阻作为测温元件如AD590，其性能能指标为AD590的测温范围为-55+150。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，。输出电阻为710MW。在-55+150范围内，非线性误差为0.3。不能达到R75号规程的最低要求。欧洲国家热量表采用的测温元件是PT1000和PT500，而且PT1000居多。采用PT1000型铂薄热电阻，必须按照标准规定和配对，PT1000型引线电缆和长度有严格要求，不可随意更改。热量表主体只能安装在回水管上，使施工不便。因此，热量测控仪主机的安装位置不做严格规定，安装位置灵活，同时也方便用户了解使用情况，是比较合理的设计方案。采用2个PT1000热电阻分别测量供回水的温度，供回水温差以电信号形式输出，经A/D转换后送至微处理器。机械式流量计的测量误差为2.5%，要满足总体4级精度，则整个温度测量部分的误差先要小于1.5% 。在利用供回水两路测温铂热电阻误差同向匹配的情况下，当设定供回水温度为95 70度时，由函数误差合成原则，得出每种温度测量误差要小于0.3% 。在系统采用软件非线性校正后，测量精度可以达到要求。2.1测温电路的设计2.1.1PT1000测温原理测温传感器主要类型分为热电阻温度传感器.热电偶温度传感器.热敏电阻温度传感器。PT1000为热电阻温度传感器，热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性而制成的测温计。因此要求导体的温度系数尽可能大和稳定。电阻率达，电阻与温度之间最好成线性关系，并在较宽的范围内有稳定的物化性质。目前用得较多的热电阻材料有铂镍和铜等。1 铂电阻铂电阻的物化性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0 630.74度以内为，在-1900度以内为式中： 温度为t度时的电阻； 温度为0度时的电阻； t任意温度； A，B，C温度系数；A=0.0038623，B=-0.0000006531，PT 1000铂电阻温度传感器的电阻值与温度的关系偏离所给分度表的误差不超过+-（0.30+0.005）。公式中它们的高次项很小，在0100度时最大非线性偏差小于0.5度。不同，与t 的关系也不同，在工业应用上将相应于=50 和100的-t 关系之成分度表。 2铂电阻特点玻璃骨架铂热电阻的特点是体积小可以小型化，上限温度500度，耐震性差，易碎。陶瓷骨架波热电阻的特点是体积小，可以小型化，耐震性比玻璃骨架好，温度上限测量可达900度。云母骨架铂热电阻特点：耐震性能好，时间常数小，抗热冲击性能好，测温范围500度以下，为非封闭式，不易在恶劣环境下使用。 这次设计采用云母骨架PT1000型波热电阻。3.PT1000铂电阻性能指标温度01020304050607080电阻100103.97107.86111.77115.68119.56123.43127.30131.15输出电阻00.0870.1850.2870.3880.4930.5930.6970.795温度110120130140150160170180190电阻142.64146.44150.24154.02157.79161.55165.55169.04172.76输出电压1.1061.2051.3081.4091.5101.6121.7091.8111.912工作电流=0.5MA误差测量精度 允许误差 A级 B级度欧姆度欧姆 度-20+-0.7+-0.17+-1.4+-0.340+-0.06+-0.15+-0.12+-0.3100+-0.13+-0.35+-0.30+-0.8200+-0.20+-0.55+-0.48+-1.3相应时间 3us测量范围 -20+150度2.1.2电路理论分析 由温度传感器组成的测温电路，可知,电路电源VPS供全部电路，用串联负载电阻RL上测压降方法侧输出回路电流。两个匹配0.8mA电流源驱动PT1000和电阻RZ。XTR103输入测PT1000和RZ之间电压差。在低量程（最小）测量温度RZ值选择等于PT1000电阻。在最低测量温度校准XTR103输入偏执电压和基准失匹电流，调节RZ至4mA ,Rcm提供对XTR103偏压输入电压。RG调增益。Vin是差动输入电压。当RG不连接时，有01输入，产生420mA电流输出。RG=2.5时，有010mA输入，产生420mA电流输出。RG为其他值时可计算电流输出。负输入电压Vin是输出电流小于4mA，负Vin增加，输出电流接近3.6mA .正输入电压增加，输出电流增加可达34mA。2.1.3电路的特点 测量温度0100度 输出电压05V 功耗100mW 精度T且系统工作正常时程序每隔T对4060扫描一次，分频且永牢记满输出信号。如系统工作不正常（程序乱飞，死循环等），程序对4060发不出扫描信号，分频器记满输出的脉冲信号使CPU复位。参数选择4060的震荡频率f由Rt，Ct决定。Rs用于改善振荡器的稳定性，Rs要大于Rt。一般取Rs10Rt，且Rt1k欧，Ct=100PF.如果Rs450k，Rt45k，Ct1微法，则f10Hz4060的震荡频率和Qi（I6，7，8，9，10，11，12，13，14）的选择要根据情况确定。记工原则看门狗电路必须由硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为CPU失控后，可能会修改可编程器件参数，使看门狗失效。4060的RST线组成的微分电路很重要，因为扫描输入信号是CPU产生的正脉冲，若此信号变”1”后，由于干扰，程序正好弹飞，微分电路只能让上跳沿通过，不会封死4060，看门狗仍能记数起作用。若没有微分电力，扫描输入信号上的”1”状态封死4060，使之不能记数，看门狗不起作用。CPU必须在正确完成所有的工作后才能发出扫描输入信号，且程序中扫描输入信号的地方不能太多，否则，正好在哪里有死循环，看门狗就不产生记满出信号，不能重新启动CPU.4060的记满输入信号不但要接到CPU的RST脚，而且还应接到其他芯片的RST脚，因为程序弹飞后，其他具有RST脚的芯片状态也混乱了，必须全部复位。第五章软件设计5.1主程序 开始系统初始化按键程序选择按键 取按键记录转入相应的服务程序 修改按键记录返回检测供回水温度中断服务子程序 YN是否有水流过YN接下页 剩余热量额多少报警提醒 返回报警提醒修改剩余热量额关电磁阀YNN剩余热量额不足Y检测用时计算消耗的热量更新显示返回脉冲中断子程序5.2脉冲中断子程序 5.3数字平均值滤波流程图子程序入口设数据区指针及比较次数读数据区修改指针前数=后数前后数换位比完重睹数据区指针及比较次数读数据区修改指针NYNY接下页前数后数Y接上页和右移除2加完有进位和高字节加一数据加和低字节重设地址指针求和次数，清和单元比完前后数换位NNYNYNY 5.4按键程序流程图P1.2按下吗？P1.3按下吗？P1.4按下吗？延时30MS延时30MS按键P1.2子程序延时30MS延时30MS按键P1.3子程序延时30MS按键P1.4子程序延时30MS 其它程序 第六章全文总结超声波热量传感器有如下优点，测量精度高，采用非接触式智能控制，成本低，软件中采用了平均值滤波程序，滤波效果极好，流量计算采用PID控制，消除静差，采用高共模抑制比的温度变送器可以有效地消除共膜干扰，供暖分户计量，按用热量收费是供暖节能的必要措施。所讨论的职能热量测控仪的设计，考虑了供暖管理的需要和用户对取暖的要求，采用先付费后供暖的办法，可以合理的解决取暖费的拖欠问题；具有室温可调功能，按用户设定的温度，只能的调节热量的供应，最大程度上减少了热能的浪费；热量的积算过程采用非线性校正计算，可以达到较高的计量精度。所设计的热量测控仪性能稳定，性价比较高，适合于大范围推广使用致谢本文在成稿过程中承蒙电气与电子工程学院尤文导师的大量精心指导。尤文导师在对我们的辅导过程中，其丰富扎实的专业知识和高度负责的敬业精神令我们常常敬佩，他的平易近人、诲人不倦的工作作风更是让我们感动。在此谨向给予我大量帮助的尤文导师致以最真诚的敬意!在此，也感谢答辩组的各位老师，能够在百忙中抽出时间验收我的毕业设计，对各位老师的辛勤付出，也向你们表示诚挚的谢意!参考文献1浦昭邦 王宝光等：测控仪器设计，机械工业出版社。2朱欣华：智能仪器原理与设计，中国计量出版社。3赵新民等：智能仪器设计基础，哈尔滨工业大学。4刘大茂等：智能仪器机械工业出版社。附录程序ORG 0000HJMP STARTORG 0003H,外部中断0JMP EXT0ORG 0013H，外部中断1JMP EXT1ORG 0023H，串行口中断JMP UARTICSTART:MOV PSW ,#00H；初始化MOV IE ,#10011010；使能中断，串行，外部0MOV IP ,#00010000；串行中断高级MOV TMOD ,#00000110；选择计数器1，工作模式2MOV SP ,#70H初始化LOOP : JB P1.2 ， LOOP2CALL DELAY1CALL DISPLAYLOOP1:JNB P1.2， $CALL DELAY1LOOP2:JB P1.3， LOOP4CALL DELAY1CALL DISPLAY1 LOOP3:JNB P1.3， $CALL DELAY1LOOP4:JB P1.4 ，LOOPCALL DELAY1CALL DISPLAY2SETB P1.1CLR P1.7JNC START 按键程序MOV R4,#07HMOV R1,#30HCLEAR:MOV R1 ,#00H；清除3037地址单元INC R1DJNZ R4 ， CLEARMOV R4 ,#03H；把采集数据存入3033H地址单元MOV R1,#30HLOOP5:SETB P1.0MOVX R1,A；令ADC0804开始转换WAIT: JB P1.5 ， ADC；检测ADC0804转换完成否JMP WAITADC:MOVX A,R1；将转换好的数据送入累加器MOVE:MOVX R1 ,A；将数据存入3033H地址单元INC R1DJNZ R4 ,LOOP5；CLR P1.0防干扰平均值滤波LUB:MOV R0,#30H；数据区首址MOV R7,#03H；比较3次LUB1:MOV A,R0；读数据区INC R0；指向下一个数据区MOV 2FH,R0CJNE A ， 2FH,LUB2；前后数比较LUB2:JNC LUB3；前数=后数转XCH A,R0DEC R0MOV R0,AINC R0；前后数据换位LUB3：DJNZ R7，LUB1；未比完再比MOV R0,#30H；重设地址指针 MOV R7,#02H；比较2次LUB4:MOV A,R0；读数据区INC R0；指向下一个数据MOV 2FH ,R0CJNE A ,2FH,LUB5；前后数比较LUB5:JC LUB6前数后数转XCH A,R0DEC R0MOV R0,AINC R0；前后数据位LUB6:DJNZ R7,LUB4；未比完再比MOV R7,#02H；2个数据求和MOV R3,#00HMOV R2,#00H；存和单元清零MOV R1,#30H；数据地址指针LUB7:MOV A,R1ADD A,R2；加JNC LUB8；无进位转INC R3LUB8:MOV R2 ,AINC R1DJNZ R7 ,LUB7；未加完再加MOV R7 ,#01HLUB9:CLR CMOV A,R3RRC AMOV R3,AMOV A,R2RRC AMOV R2,ADJNZ R7,LUB9；和除2MOV A,R2MOV 38H,A；把平均值放入38H地址中WENDUYIMOV R4 ,#07HMOV R1,#34HLOOP6:MOVX R1,AWAIT1: JB P1.5； ADCJMP WAIT1ADC2:MOVX A,R1MOVE:MOVX R1 ,AINC R1DJNZ R4 ,LOOP6L2UB:MOV R0,#34HMOV R7,#03HL2UB1:MOV A,R0INC R0MOV 2FH,R0CJNE A 2FH,L2UB2L2UB2:JNC L2UB3XCH A,R0DEC R0MOV R0,AINC R0L2UB3:DJNZ R7,L2UB1MOV R0,#34HMOV R7,#01HL2UB4:MOV A,R0INC R0MOV 2FH ,R0CJNE A ,2FH,L2UB5L2UB5:JC L2UB6XCH A,R0DEC R0MOV R0,AINC R0L2UB6:DJNZ R7,L2UB4MOV R7,#02HMOV R3,#00HMOV R2,#00HMOV R1,#34HL2UB7:MOV A,R1ADD A,R2JNC L2UB8INC R3L2UB8:MOV R2 ,AINC R1DJNZ R7 ,L2UB7MOV R7 ,#01HL2UB9:CLR CMOV A,R3RRC AMOV R3,AMOV A,R2RRC AMOV R2,ADJNZ R7,L2UB9MOV A,R2MOV 39H,A;将数据2存入39H地址单元MOV R4 ,#04HMOV R1,#34HCLR P1.7;启动外部中断MOV 47H,43H;把总热量存入（44H）（47H）中MOV 46H,42HMOV 45H,41HMOV 44H,40H减法CLR CMOV A,4BHCJNE A,47H,1MOV A, 4AHCJNE A,46H,2MOV A,49HCJNE A,45H,3MOV A,48HCJNE A,44H,41:SUBB A,47HJC JUMP CALL YUER2：SUBB A，46HJC JUMPCALL YUER3:SUBB A,45HJC JUMPCALL YUER4:SUBB A,44HJC JUMPYUER:MOV 4FH,4BHMOV 4EH,4AHMOV 4DH,49HMOV 4CH,48HMOV A,4FHCLR CSUBB A,47HMOV 4FH,AMOV A,4EHSUBB A,46HMOV 4EH,AMOV A,4DHSUBB A,45HMOV 4DH,AMOV A,4CHSUBB A,44HMOV 4CH,AJC OVERMOV A,#01HCLR CSUBB A,3FHJC JUMPLJMP STARTJUMP:SETB P1.6;LJMP STARTOVER:MOV A,#00HSUBB A,4CHMOV 4CH,ASETB P1.7LJMP STARTDISPLAY:ANL P2,#0F0HADC:MOV R0,38H;将温度1传入R0中CALL L1；调用十进制转换子程序MOV R1,#0FFH；显示延时DISP0:CALL DISP；调用显示子程序DJNZ R1,DISP0JMP STARTL1:CLR CMOV R5,#00H；十进制转换的低位寄存器MOV R4,#00H；十进制转换的高位寄存器MOV R3,#08H；作为十进制调整，调整的次数NEXT:RLC A；将取入值转换位十进制MOV R2 ,A；暂存于R2MOV A,R5；R5乘2加CADDC A,R5DA A；做十进制调整MOV R5,A；结果存于R5MOV A,R4；R4乘2加CADDC A，R4DA AMOV R4,A；结果存于R4MOV A,R2DJNZ R3,NEXTMOV R7,#02HL2:MOV A,R5ADD A,R5；R5 乘2DA A；做十进制调整MOV R5,A；存入R5MOV A,R4ADDC A,R4；R4乘2 DA A；做十进制调整MOV R4,A；存入R4DJNZ R7,L2；乘4完成了？RETDISP:MOV A,R5ANL A,#0FH；取低4位，即D1的值ORL A,#10H；令D1使能+D1 的值MOV P2,ACALL DELAYMOV A,R5ANL A,#0F0H；取高4位的值，即D2的值SWAP A；高低4位交换ORL A,#20H；令D2使能+D2值MOV P2,A；显示D2CALL DELAYMOV A,R4ANL A,#0FH；取低4位的值，即D3的值ORL A,#40H；令D3使能+D3值MOV
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