集中供暖电气控制系统的设计说明

1、 .集中供暖电气控制系统的设计目 录 摘要1 关键词1 1前言21.1课题背景和意义21.2设计方案的可行性31.3课题容概述32系统总体方案4 2.1系统结构 42.2方案总体设计框图42.3模块方案设计的选择62.3.1单片机的选择62.3.2温度检测方案选择62.3.3流量检测方案设计72.3.4压力检测方案设计72.3.5键盘显示电路方案设计72.3.6射频卡接收电路方案设计82.3.7报警电路方案设计82.3.8存储电路与时钟电路方案设计82.3.9阀门与驱动控制电路方案设计92.3.10通信电路方案设计93硬件电路设计103.1单片机W77E58103.1.1单片机W77E58引脚

2、功能103.1.2单片机W77E58复位电路123.2温度检测电路的设计133.2.1 DS18B20的外形和部结构133.2.2温度传感器与单片机的接口电路143.3 A/D转换电路的设计143.3.1 TLC2543的介绍143.3.2 A/D转换工作原理153.3.3 3.3V的基准电源153.4流量检测电路的设计163.4.1 ZRN-LUG涡街流量计163.4.2检测电路工作原理163.5压力检测电路的设计173.5.1压力传感器173.5.2压力检测电路的工作原理173.6键盘显示电路的设计183.6.1键盘部分183.6.2显示部分193.6.3键盘显示的借口电路203.7射频卡

3、接收电路的设计213.8报警电路的设计223.9存储电路与时钟电路的设计223.9.1存储芯片223.9.2时钟芯片233.9.3存储电路与时钟电路原理图233.10驱动控制电路的设计233.10.1电磁阀的驱动控制电路233.10.2电动阀的驱动控制电路243.11通信电路的设计273.12电源电路的设计283.12.1 +5V电源293.12.2 +12V电源294软件设计294.1主程序设计294.2温度子程序设计314.2.1读出温度子程序314.2.2温度转换命令子程序324.3电气量测量部分程序设计334.4显示数据刷新程序设计334.5键盘子程序设计334.6中断服务程序设计35

4、 5结论36 参考文献 37致 38附录3946 / 49集中供暖电气控制系统的设计摘 要：随着人民生活水平的提高, 工作节奏的加快,使得集中供暖在全国大部分地区,特别是各大中城市的小区之中,逐步发展了起来在新时代背景下的小区住户, 对小区供暖系统的设计提出了人性化、智能化、数字化以与高能低耗等更全面的要求。本设计采用77E58单片机作为控制装置的核心，实现整个装置的自动化控制。一方面硬件设计中论述了控制器中基本模块比方说温度检测电路所需的DS18B20、扩展I/O口所用的8255以与变流器所用的AD694等芯片的型号以与功能介绍。重点阐述了单片机的工作原理、与各个功能之间的接口、扩展、数据传

5、递、通信协议以与驱动。另一方面软件设计中论述了实现各个功能所需的流程。该系统采用单片机检测传感器、电阀等相结合，有效地监控了小区的供暖系统。关键词：供暖；智能控制；温度；射频卡；THEDESIGNOFCENTRALHEATINGELECTRICALCONTROLSYSTEMAbstract：With the improvement of peoples living standard, the accelerating pace of work, the central heating system in most parts of the country, especially big ci

6、ties, is more and more important. The progressive development of the residential households demands the district heating system meets the requirements of intelligent, digital and energy effective.This design uses the 77E58 single chip microcomputer as the core control device, realized the control wi

7、th automation. The design of the hardware discussed the basic module controller such as temperature detection circuit for DS18B20, I/O expansion port with 8255 and used the AD694 chip for the converter. Expounded the principle and functions of the interfaces between extension, data transmission, com

8、munication protocol and the hard drive. On the other hand, software design discussed the realization of the various functional processes needed. The system uses single-chip microcomputer detecting sensor, electric valve combination, controls the district heating system effectively.Key words: Heating

9、；Intelligent control；Temperature；Radio frequency card1 前言1.1 课题的前景和意义随着社会能源问题日益引起社会关注, 各行业都在设法节能, 我国北方的供热行业也不例外。随着城镇供热体制改革的推进, 停止福利供热, 实行用热商品化, 推行供热分户计量是必然趋势。这要求供热公司提供高质量的供暖, 使用小区供暖式能自主控制室温, 不仅可以降低热费, 而且可实现供热系统的节能。集中供暖具有管理方便、热源效率高、环境污染小等许多优点。但也存在很多问题，最突出的是节能与收费的问题。因为供暖是按面积收取的，不是按采暖量，再加上没有一种装置自动控制供热管

10、道、自动调节室温度，人工开启、关闭阀门又过于麻烦，所以大多采取开窗通风的方式来降低室温度，使热能白白浪费掉了；还有，白天大多数家庭成员或是上班，或是上学，家里没人，但暖气还照常开着，也浪费了很多能源。浪费热能，其实就是浪费了用于供暖的煤炭资源。我们萌发了研究、开发自动控制小区集中供暖节能控制器的想法，即利用自动控制原理调节暖气的供热量，解决上班、家中无人与室温过高时暖气的热能浪费问题。这样不仅能为家庭节省取暖费用，也能为国家节约很多煤炭资源。同时随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一。单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广

11、、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易1。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以77e58芯片为核心，辅以必要的电路，确保了供热管网安全、稳定、经济运行，提高热网管理效率，成功控制运行成本，实现热网现代化管理水平，对热网进行了智能化的集中监控和量化管理。1.2 设计方案的可行性分析本系统是基于单片机的系统设计，按照设计要求可分为安装于主管道的主管道控

12、制系统和安装在建筑物的房控制系统两部分。主控制器根据建筑物房间的温度，控制其主管道流量。一套主管道控制器可以控制相近的建筑物。而屋控制器根据房间的温度，控制其主管道流量；采用射频卡设置预存消耗水量值，预存水量不足时，发出报警；具有显示功能，显示容包括：室温度，室设定温度，用水量，供水温度、管道流量、通信通道状态等信息。其中流量、压力、通过传感器变为模拟信号在通过AD转换变为数字信号传给控制器也就是单片机。室控制流量用到了电磁阀，室外用到了电动阀，二者需要驱动电路。而电动阀门，其驱动电源为交流电压220V，电动阀门需要4-20mA的电流控制，单片机发出的数字信号转换电路转换成电流信号控制电动阀门

13、，电流变换器可用AD694。控制器从单片机价格考虑采用77E58单片机对于数据存储量大的要求，用到了EEPROM存储器。显示电路采用LED显示温度、流量等状态。温度传感器用DS18B20，压力传感器用到ICS1220;流量传感器用涡流流量计；通信电路用到传输芯片RS-485；射频卡用RS232；报警电路要用到蜂鸣器等2。1.3 课题容概述 本课题用单片机完成居住室的温度的自动控制与应用热量的计量，并能对小区的主供热管道的温度检测和控制，获得小区的温度的分布，并作为供热中心对供热压力、流量和温度调整的重要依据（故障检测）。其设计容如下：（1）能根据房间的设定温度，自动调节房间的进水量，也可以手动

14、控制；（2）根据供水的水温，自动换算标准水温的用水量,并实时记录其用水量；（3）采用射频卡设置预存消耗水量值，预存水量不足时，发出报警；（4）具有显示功能，显示容包括：室温度，室设定温度，用水量，供水温度、管道流量、通信通道状态等信息。（5）通过键盘可以设置5个时段温度；（要求具有时钟功能）（6）.当控制器掉电后，电磁阀能自动关闭供热管路；（7）通过通信电路可实时将房间的实际温度与用水量传输到供热监控管理系统；（8）自动温度控制器电路要低功耗设计；（9）现场提供交流220V的电源；（10）主管道控制器可以检测：管道的温度、压力、流量以与流量累计量；（11）通过电动阀控制管道的流量；（12）完成

15、控制的整体电路设计方案，并设计出电路原理图和印制板图；（13）根据系统的功能要求，完成其监控程序的流程。主要设计技术指标与参数：（1）温度测量围：-40100；（2）温度测量精度：小于0.5%；温度控制精度：1.5;（3）流量计量精度：小于0.5%；（4）采用电磁阀控制供热量：阀门驱动电源：220V/120mA;（5）主管道电动阀：阀门驱动电源：220V/1A，并且尽量选择具有自保持功能的阀门;（6）具有有线或无线通信功能，以便实现小区的集中供热联网监控；（7）供热控制系统与上位机的串行通信：波特率应大于1200bps，通信误码率10-8；2 总体方案设计2.1 系统结构图1 建筑物温度控制F

16、ig1Building temperature control注：1.回水管未画；2. D电磁阀；3. S-管道温度和流量传感器。2.2 方案总体设计框图本设计要求采用单片机完成居住室的温度的自动控制与应用热量的计量，并能对小区的主供热管道的温度检测和控制，获得小区的温度的分布，并作为供热中心对供热压力、流量和温度调整的重要依据（故障检测）。按照设计要求本系统可分为安装于主管道的主管道控制系统和安装在建筑物的房控制系统两部分。它们的设计框图如图2、图3所示。主控制器根据建筑物房间的温度，控制其主管道流量。我们可以将主控制器分为多个模块。主管道上需要安装有管道温度、压力和流量传感器和电动阀门。其

17、中安装压力传感器的目的是便于检测管道压力，便于管道出现泄漏时的检修。采用电动阀LED显示电路单片机流量监测温度检测压力检测控制驱动电路通信电路存储电路图2 主管道控制器框图Fig2 Main controller block diagramLED显示电路单片机流量监测温度检测射频卡接受电路存储电路控制驱动电路通信电路键盘电路报警电路图3 屋内控制器框图Fig3 The room controller block diagram门主要是控制管道流量的大小，它要用到驱动控制模块。控制核心模块可以用单片机，由各个电路分别采集来的流量温度、压力、信息传给控制器。通过显示模块，可以显管道流量、压力、温度

18、、通信通道状态等信息，利用通信模块可以实现与屋控制器以与上位机的信息传送。另外还用用到存储电路来存储和处理整个控制器的数据信息。而屋控制器根据房间的温度，控制其主管道流量；我们可将主控制器分为多个模块。屋管道上需要安装有管道温度、流量传感器和电磁阀门。采用电磁门主要是控制管道流量的开关，它要用到驱动控制模块。控制核心模块可用单片机，由各个电路分别采集来的流量、温度等信息传给控制器。通过键盘显示模块，可以显示管道流量、温度、时段、通信通道状态等信息，并进行调节3。采用射频卡接收电路与报警电路主要是设置预存消耗水量值，预存水量不足时，发出报警。利用通信模块可将实现与主控制器的信息传送。另外还用到存

19、储电路来存储和处理整个控制器的数据信息。2.3 模块方案设计的选择2.3.1 单片机的选择单片机又称作单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是将一个计算机系统集成到一个芯片上。它具有体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利的条件。现在从8位、16位到32位等等，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。串口的设计，考虑到本设计所需要的I/O口较多，故这里选用了双W77E58单片机4。单片机采用W77E58，77E58与标准8051相兼容的全新核心的微处理器。由于去掉了多余的存储器周期和运算周期，它在一样周

20、期里执行8051的指令比最初的8051快得多。典型的指令周期77E58比8051快1.5到3倍。电源消耗也做了改进采用静态COMS设计。可以工作于较低的时钟频率下。由于需要我们用到了8255对单片机的I/O口进行了扩展，同时用到了74LS245扩展了并行输入口用于连接显示电路。2.3.2温度检测方案选择本设计主要就是针对现有的集中供暖系统中的弊端来进行的改进，本系统充分体现了人性化设计，用户可以根据屋现有的温度状况来设置所需供暖的时段进行调整。同时，供暖监控中心也可时时获知主管道的水温，以便对阀门的开度与时进行调节。而温度的采集主要是由温度传感器来处理，这就要求本系统要用到温度传感器。温度传感

21、器一般分为接触式和非接触式两种，所谓的接触式传感器就是温度测量的基本形式，它的测量精密低而非接触方式是测量物体热辐射而发出的红外线从而测量物体的温度。本系统选择非接触式温度传感器， 适合于管道温度测量的温度传感器有热电偶传感器、热电阻传感器、集成温度传感器等。集成温度传感器是把温敏元件、偏置电路、放大电路与线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器，其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠。温度传感器DS18B20，作为 DS1820的改版可使温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，每一颗自带地址，大大减少了系统的电缆数，提高了系统的稳定性和抗干

22、扰性。温度测量围宽，能测到-55125度的温度，在-10到+85度时精度为正负0.5度。另外提供9到12位的测量分辩率，对应的温度精度分别为0.5度、0.25度、0.125度和0.0625度，实现了高精度的测量。2.3.3 流量检测的方案的设计 因本系统需要用户对自己屋管道进行检测，以了解自己的取暖用水量，来更合理的安排用水；而且供暖监控中心的工作人员也需要知晓各个用水单元的用水量来进行合理调配，安排，同时用户和供暖监控中心还可以通过调节管道流量来提高或降低供暖温度。故本系统需要测量屋和屋外管道的流量，这就需要用到流量传感器。从功能和经济效益等方面考虑最终选择了涡街流量计来测量管道流量。涡街流

23、量计主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。本设计用的流量计为ZRN-LUG涡街流量计，极克服了传统压电式涡街流量仪表抗振性差、不耐高温的缺点，扩展了涡街流量仪表的应用围。其输出为4-20mA的电流信号，便于传感器可安装在室与室外，也可安装在水平、垂直或倾斜（流体的流向自下而上）的与其公称通径相应的管道上。2.3.4 压力检测的方案设计因为各个用户取暖所用的热水都是经由主管道的传输送到各个单元，然后再经由屋管道送到暖气设备。因为主管道的口径较宽，而且供应很多用户的取暖热水，雇主管道的工作压力会相对较大。若是主管道出现裂纹或是破损，不仅会影响到住户的供暖质量，还可能因为

24、主管道的破损而对小区居民造成安全隐患。所以，对主管道是否处在正常的工作模式即管道压力是否处于正常值的围的检测就显得尤为重要。压力传感器用来测量主管道的压力，方便供暖监控中心对供暖管道进行检测和维修。根据本系统的要求等综合考虑，本系统选用的是NPC-1220压力传感器。 1220型是经过温度补偿的硅压阻式压力传感器，采用双列直插封装结构，它的压力围可达到0-70KPa，符合管道要求适用要求成本低，性能优越，长期稳定性好的应用领域。2.3.5键盘显示电路的方案设计因本系统需要用户和供暖监控中心的工作人员与时了解供暖现状，这就需要一个媒介把信息数据告知用户和工作人员，这就需要显示电路。显示电路可以把

25、温度、流量、压力、余额等信息显示出来，以便人们进行合理调度与安排。而且用户可以自己设定五个时间段的供暖信息，对屋供暖系统进行调节。主控室工作人员也可以根据各楼宇的供暖温度设定调节主管道阀门开度，这就需要人机接口键盘电路对系统进行操作。为了方便经济易于设计，本设计采用了动态的LED显示，考虑到时间。温度等的精确显示，本设计采用了6个数码管显示。键盘电路部分，设计采用行列式按键结构，键盘区设计4*2个按键, 共占用4个I /O 端口,，行列式键盘的硬件结构比较简单，这种键盘易于设计, 编程简单, 通过软件按键延时去除按键抖动现象。2.3.6 射频卡接收电路的方案设计由于各个用户取暖所用的热水都是经

26、由主管道的传输送到各个单元，然后再经由屋管道送到暖气设备中。因为各个用户的需要的供暖情况不同，用水流量也不同，采用射频卡设置预存消耗水量值。射频卡是一种以无线方式传送数据的集成电路卡片，它具有数据处理与安全认证作用等特有的优点。射频卡又叫非接触式IC卡，诞生于90年代初，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识技术和IC卡技术结合起来，解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。RFID技术有很多突出的优点，如不需要人工干预，不需要直接接触、不需光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便，

27、实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，机具无直接对最终用户开放的物理接口，能更好的保证机具的安全性能。所以综上考虑，本系统选用RFID射频卡技术2.3.7 报警电路的方案设计采用射频卡设置预存消耗水量值，预存水量不足时，发出报警。压力传感器用来测量主管道的压力，方便供暖监控中心对供暖管道进行检测和维修，管道发生故障如泄露时，都要报警。考虑为了不影响用户的生活，我们用了蜂鸣器和软件设计实现间断报警。2.3.8存储电路与时钟电路的方案设计由于本系统需要采集和处理大量的数据和程序，如温度、流量、压力、显示等，所以这就要求系统要有足够的存储空间来储存和处理这些数据。另外用户还要在不同的

28、时间段设置不同的供暖模式。本设计中它与时钟芯片PCF8563相结合，存储大量的时段温度等状态信息。这就需要用到存储芯片与时钟芯片。存储器大致可分为两大类：易失和非易失。易失存储器在系统关闭时立即失去存储在的信息；它需要持续的电源供应以维持数据。大部分的随机存储器（RAM）都属于此类。非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。EEPROM就是一个非易失行存储芯片，与其他的存储芯片相比串行接口EEPROM器件提供更少的引脚数,更小的封装,更低的电压和更低的功耗。本设计采用串行存储器EEPROM24LC256。本设计中用的时钟芯片为PCF8563相结合，它是PHILIPS 公司推出的一款

29、工业级含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563 的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以与中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能5。2.3.9阀门与驱动控制电路的方案选择老的供暖系统是集体供暖，我国室采暖管道主要有单管串联上供下回程式，异程式，也有少部分的双管系统。这样的供暖方式存在着水力失调和热力失调现象，使得热量分配不均，造成冷热不均现象，不仅浪费能源而且供暖不匀。用户选择供暖时段不同，可以一直处在供暖状态，也可以根据需要决定需要供暖的时段。而本系统就此问题给出了解决方案：用户可根据自己的需要控制供暖阀门的开关。而作为供暖监控

30、中心的工作人员就可以根据各个楼宇供暖的情况，来控制各个楼宇的供暖主管道阀门，以调节温度。实际生活中最常用的阀门有电磁阀和电动阀门两种，电动阀：电动阀一般是管径大,应用于流体的流通、截止、流量、压力等控制，进行流通、截止控制的叫电动开关阀(有的只能开或关，有的可以在中间停如只能有个大概的调节，如25%、50%、75%、100%)，进行流量、压力的控制。调节形式上电动阀可以粗略控制开度实现原理就是在电机转动过程中停止，电磁阀只能控制全开全关。而本系统正是要求供暖监控中心能够对主管道的阀门开度进行调节，对某个楼宇整体温度的调控，这里我们可以用电动阀；室要求用户可根据需要对屋阀门进行开关控制这里选择合

31、适功率为2W 、电源电压为AC220V、公称通径为DN25 连接方式为G1的电磁阀即可满足设计要求。当前主管道的管道口径一般为100mm，这里电动阀DN100 PN1.6Mpa的阀门。2.3.10通信电路的方案选择此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3 硬件电路设计3.1 单片机W77E58本文采用的单片机为W77E58，W77E58与标准8051相兼容的全新核心的微处理器。由于去掉了多余的存储器周期和运算周期，它在一样周期里执行8051的指令比最初的8051快得多6。特点：（1）8位处

32、理器（2）最高40M时钟，4机器周期的指令执行速度（3）与标准8051兼容的管脚。（4）与8051兼容的指令（5）4个8位I/O口（6）扩展的4位I/O和等待信号线（44脚的PLCC或QFP封装提供）。（7）三个16位计数/时器（8）12级中断（9）片上时钟源（10）两个增强的双工窜口（11）1K的片上外部存储器（12）可编程看门狗（13）两个全速16位数据指针DPTR（14）外部数据访问周期可编程（15）封装：DIP40：W77E5825/40，PLCC44：W77E58P25/40，QFP44：W77E58F25/40此处采用DIP40：W77E5825/403.1.1单片机(77E58)

33、的引脚功能单片机W77E5825/40采用40Pin封装的双列直接DIP结构。上图是它们的引脚配置:40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P1、P3口线复用。77E58-40是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照单片机引脚图7。 P0口有三个功能（1）外部扩展存储器时，当做数据总线.（2）外部扩展存储器时，当作地址总线.（3）不扩展时，可做一般的I/O使用，但部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。图4 77E58引脚图Fig4 77 E58 Pin drawingP1口有两个功能，I/O 口 P1口有强上拉电

34、阻除此之外P1端口还用于一些专门功能，具体请看下表1所示。表1 P1口的第二功能Table1 The second function of P1 mouthP1引脚兼用功能P1.0计数器2引脚P1.1计数器2重装/捕获/计数方向控制脚P1.2串行通讯输入（RXD1）P1.3串行通讯输出（TXD1）P1.4外部中断2（ INT2）P1.5外部中断3（ INT3）)P1.6外部中断4（ INT4）P1.7外部中断5（ INT5）P2口有两个功能，扩展外部存储器时，当作地址总线使用；做一般I/O口使用，其部有上拉电阻；P3口有两个功能，除此之外P3端口还用于一些第二功能,如表2。表2 P3口的第二功

35、能Table2 The second function P3 mouthP3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（ INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD3.1.2单片机(77E58)的复位电路复位电路提供单片机复位功能,设计用到的复位芯片为MAX813上电时可给单片机RES脚提供相应的复位电平信号。MAX813L芯片特点：(1)上电、掉电以与供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值200ms;(2) 独立的看门

36、狗输出，如果看门狗输入在1.6未被触发，其输出将由高电平变为低电平;(3) 1.25V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测。低电平有效的手动复位输入;MAX813组成的单片机复位电路如图5所示。图5 复位电路Fig5 Reset circuit上电时可给单片机RST脚提供相应的复位电平信号。3.2 温度检测电路的设计温度检测电路要用到温度传感器DS18B20来检测室温度，使温度的变化转化成电流或电压的变化从而采集物理量，通过A/D转换,导入单片机中。3.2.1DS18B20的外形和部结构DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；图3-5 DS18

37、B20的管脚排列(3)VCC为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）DS18B20的管脚排列如图6所示。图6 DS18B20的管脚排列Fig6 Pin arrangement of DS18B20DS18B20部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH、TL、配置寄存器。DS18B20的部结果如图7所示。图7 DS18B20部结构图Fig7 DS18B20 internal structure3.2.2 温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。

38、另一种是寄生电源供电方式，如图3-8示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟期提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。3.3 A/D转换电路的设计A/D转换器是一种将数字信号转换成模拟信号的器件，为计算机系统的数字信号和模拟环境的连续信号之间提供了一种接口。A/D转换器的输出由数字输入和参考源组合来控制的。大多数常用的数/模转换器的数字输入是二进制或BCD码形成的，输出是电

39、流或是电压，而多数是电流。因而。在多数电路中，数/模转换器的输出需要A/D转换芯片来实现，本设计便采用用到的芯片为TLC25437。3.3.1TLC2543的介绍 TLC2543 一个12位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。TLC2543的主要特性如下：（1）11个模拟输入通道；（2）66ksps的采样速率；（3）最大转换时间为10s；（4）SPI串行接口；（5）线性度误差最大为1LSB（6）低供电电流(1mA典型值)；（7）掉电模式电流为4A。图8为TLC2543的管脚图图8 TLC

40、2543的管脚图Fig8 Pin picture of TLC2543（1）AIN0AIN10：模拟输入端；（2）CS：片选端，；（3）DATA INPUT：串行数据输入端；（4）DATA OUT：A/D转换结果三态输出端；（5）VCC、GND：电源正端、地；（6）REF、REF：正、负基准电压端；（7）I/O CLOCK：时钟输入/输出端。3.3.2 AD转换工作原理图9 A/D转换电路Fig9 A/D conversion circuitTLC2543的I/O时钟、数据输入、片选信号由P1.0、P1.1、P1.3提供，转换结果由P1.2口串行读出。AIN7/AIN接收传感器传来的模拟信号。

41、此处REF+接了正的基准电压端，它由下图的稳压基准电源提供，以便信号的采集于接收。3.3.3 3.3V的基准电源TLC2543的REF+要接一个正的基准电压端，它由下图的稳压基准电源提供原理图如图10所示。图10 3.3V基准电源Fig10Benchmark 3.3 V power supplyC5和C6的作用是为了消除在负载电流变化时不致引起电压较大的波动，消除高频噪声和改善输出的瞬态特性。3.4 流量检测电路的设计流量检测电路主要是用来检测主控制器与屋控制器的管道流量，进而达到控制器检测流量控制温度的目的。本设计的流量计采用ZRN-LUG涡街流量计。3.4.1 ZRN-LUG涡街流量计的介

42、绍涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度与旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：f=St*v/d （1）式中:f为旋涡的释放频率，Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，m/s；d为旋涡发生体特征宽度，m；St为斯特罗哈数，无量纲，它的数值围为0.140.27。St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。 雷诺数Re在102105围，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102105，旋涡频率f=0.2v/d。 由此可知，通过测量旋涡频率就

43、可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=v*A可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。ZRN-LUG涡街流量计的管脚排列如图11所示。图11 ZRN-LUG的管脚排列图Fig11 Pins of ZRN-LUG涡街电流计通过管脚3向外输出电流信号，围是4-20mA。3.4.2 检测电路工作原理ZRN-LUG涡街流量计的输出信号是4-20mA的电流信号，需要运算放大器LM358组成的4-20mA输入5V输出的I/V转换电路.而该电路输出的电压信号通过D01与TCL2543连接。经过A/D转换电路变成数字信号传到单片机的P1口。流量监测电路如图12所示。图12 流量监测电路

44、Fig12 Traffic monitoring circuitZRN-LUG涡街流量计的输出信号是4-20mA的电流信号，经过一个下拉电阻变成电压信号。D3起到稳压的作用。LM358为运算放大器运放既有提高输入阻抗作用，又有线性放大作用； C10并联在一个非常小的电阻上，是防止因布线而造成的高频干扰。而该电路输出的电压信号经过A/D转换电路变成数字信号传到单片机的P1口。3.5 压力检测电路的设计 压力检测电路主要是用来检测主控制器管道的供热压力，使压力的变化转化成电压的变化从而采集物理量，通过A/D转换,导入单片机中。3.5.1压电传感器压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用

45、于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。本设计采用PC封装式压力传感器 双列直插封装 1220型中压传感器。工作原理：因为压力传感器输出信号是0-50mV的电压信号，经过两个运算放大器LM324组成放大电路获得0-5V的电压。而该电路输出的电压信号经过A/D转换电路变成数字信号传到单片机。此处用到的A/D转换器为TLC2543。3.5.2 压力检测电路的工作原理图13 压力检测电路Fig13 Pressure detection circuitLM324是四运放集成电路。压力传感器输出的

46、电流信号，经过上拉电阻.同流放大器U2C与电压跟随器U3D，而该电路输出的电压信号经过A/D转换电路变成数字信号传到单片机的P1口。3.6 键盘显示电路的设计 为便于对温度进行随时的检测，需要键盘与显示电路以便观测与控制温度。3.6.1 键盘部分键盘电路主要是通过键盘可以设置5个时段温度；同时实现温度、流量、压力等状态信息的调整，以与它们的显示信息的切换。键盘电路如图3-13所示：图14 键盘电路Fig14Keyboard circuit设计采用行列式按键结构，键盘区设计4*2个按键,它的行线与按键的一个引脚相连，列线与按键的另一个引脚相连。列线通过上拉电阻接到+5V上。平时列线被置成低电平，

47、没有按键被按下时，行线保持高电平，而有按键被按下时，行线被拉成低电平。这时候控制器知道有按键被按下，但只能判断出在哪一行，不能判断出在哪一列，因此接下来就要进行键盘扫描，以确定具体是哪个按键被按下。键盘扫描程序需要配合显示电路界面进行设计。这8个键的功能为左右移动、上下移动、返回、确认、开机、功能选择。当我们想要显示或切换某个信息时，可以选择开机键，在选择功能键，进行上下调整、左右调整，得到确定信息按确定键。完成后可按返回键。3.6.2 显示部分前面在第二节我们在方案选择时已经说我们选择的是6为LED动态显示。由于所有6位段皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相 同的字符。

48、要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴，故应送低电平），以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。例如，要求显示“LL0-20”时，I/O1和I/O2轮流送入段选码、位选码在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴（共阳）极公共端分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。段选码，位选码每送入一次后延时1mS，因人的视觉暂留时间为0.1S（1

49、00mS），所以每位显示的时间不能超过20MS，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。这种方式称为软件扫描方式。显示电路的电路图15是所示。图15 显示电路Fig15 Shows circuit由上图可见，电路采用6位共阳LED数码管，用动态扫描方式显示，显示温度、流量、时间等信息。3.6.3 键盘显示的接口电路采用4*2键盘，6位数码管通过8255A与单片机相连。74LS245则作为输入缓冲器连接在8255与数码管之间。下面先对8255与74LS245做一下简单介绍。（1）8255简介，8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线

50、、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口.8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作。 方式0基本输入输出方式；方式1选通输入/出方式；方式2双向选通输入/输出方式； （2）74LS245的简介，74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 双列直插封装图如3-15所示。图16 74LS245引脚图Fig16 74 ls245 pin drawing74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力

51、时，必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD且PSEN有效时，74LS245输入（P0.1D1），其它时间处于输出（P0.1D1）。单片机经8255与键盘显示接口的电路如图17所示。图17 键盘显示接口的电路Fig17 Keyboard display interface circuit8255的D0口接单片机的P0口，A0、A1作为控制总线接单片机的P2.0、P2.1。当8255的PA口接了输入缓冲器74LS245，接数码管的八个管脚，从8255的PA口输出段码,PB口输出位码。PC低4位作为输入口。PC高4位作为输入口工