智能数显热能表系统的设计大学论文Word格式.docx
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第2章热能表的总体设计4
2.1热能表的工作原理4
2.2热能计算方法的确定4
2.3硬件总体设计5
2.4软件总体设计6
第3章热能表的硬件设计7
3.1单片机模块设计7
3.1.1MSP430F149单片机简介7
3.1.2电源电路设计8
3.1.3复位电路设计9
3.1.4晶振电路设计9
3.1.5按键电路设计10
3.2流量传感器模块的设计10
3.2.1流量传感器的选择10
3.2.2流量传感器简介10
3.2.3流量传感器电路设计11
3.3温度传感器电路设计12
3.3.1桥式电路分析12
3.3.2差分比例运算电路分析13
3.3.3Pt1000桥式测温电路14
3.4A/D转换模块15
3.5显示模块15
3.5.1LCD1602液晶显示器简介15
3.5.2液晶显示电路设计16
3.6串行通信模块电路设计17
第4章热能表的软件设计19
4.1主程序设计19
4.2按键子程序设计20
4.3定时器T0中断设计20
4.4流量统计子程序设计21
4.5热能计算子程序设计22
4.6液晶显示子程序设计22
4.7串行通信子程序设计23
4.8A/D转换子程序设计24
第5章热能表精度分析25
5.1热能表准确度25
5.1.1准确度定义25
5.1.2误差限的计算25
5.2误差限影响因素分析26
结论28
致谢29
参考文献30
附录1
附录2
附录3
摘要
随着我国供热体制的改革,热能表将在不久的将来进入家庭。
本文介绍了智能数显热能表系统的设计,该系统采用低功耗MSP430F149单片机作为数据处理的核心,用流量传感器来测量热水的流量,用热敏电阻Pt1000温度传感器捕获输入和输出热水的温度。
该系统包括硬件和软件,硬件包括单片机模块、测温模块、流量传感器模块、串行通信模块、显示模块、按键模块和电源模块;
软件部分包括主程序、按键、流量采集、温度采集、A/D转换、热能计算、串行通讯模块、显示等子程序。
单片机分析处理采集的温度和流量信息,通过显示模块显示热水入口温度、出口温度、瞬时流量、累计流量、本次热量、累计热量等信息,然后通过通信模块发送给PC机,对用户使用的热能进行计费。
关键词:
热能表;
MSP430F149单片机;
流量传感器;
温度传感器
ABSTRACT
Alongwiththereformofheatingsystem,heatenergytablewillbeenteringthefamilyinthenearfuture.Thispaperintroducesthedesignoftheintelligentdigitaldisplayheatenergytablesystem,thesystemadoptsMSP430F149singlechipasthecoreofdataprocessing,lowpowerconsumptionbyflowsensortomeasuretheflowofhotwater,withaPt1000temperaturesensorcaptureinputandoutputtemperatureofhotwater.Thesystemincludeshardwareandsoftware,hardwareincludessinglechipmodule,temperaturemeasurementmodule,theflowsensormodule,serialcommunicationmodule,displaymodule,keysmoduleandpowermodule;
Softwarepartincludesthemainprogram,buttons,trafficacquisition,temperatureacquisition,A/Dconversion,thermalcalculation,serialcommunicationmodule,displayprograms.Single-chipmicrocomputeranalysistocollectthetemperatureandflowofinformation,throughthedisplaymoduledisplaytheinlettemperatureandoutlettemperature,instantaneousflow,totalflowrate,thecumulativeofheatenergy,andthensenttothePCthroughthecommunicationmodule,theuserusingtheheatenergyforbilling.
Keywords:
Heatenergytable;
MSP430F149singlechip;
Flowsensor;
Temperaturesensor
第1章绪论
1.1课题研究目的及意义
在我国,供暖是一个长期性的话题,长江以北的大部分地区采用集体供暖,地暖等方式供暖,如果白天家里没有人,而供暖还在持续,那么,这部分就完全被浪费了,现如今越来越多地提倡节约资源保护环境,资源利用由粗放式转向节约式。
如果可以用多少供多少,那么就可以节约很大一部分资源,群众不但会节约一大部分供暖费,而且可以改善按与实际采暖面积不符的按建筑面积收费的弊端。
在这个资源即将匮乏的星球,节约能源已经是不得不重视的话题,所以,在供暖采暖方面,有很大必要做出一些改善,很有必要来一次节能革命。
欧洲的很大一部分发达国家已经把供热体系发展到了智能化[1],而我国还处于初级阶段,我们不能再把人多难度大当成一个借口,而把它当成前进的理由。
我希望通过热能表的普及,达到节约资源、充分利用资源的目的,既能让资源的使用率提高,也能让人民受益。
1.2国外研究现状
集中供暖计量收费是20世纪70年代中期由欧洲开始的。
相应的“热能表”,也经历了从机械式、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。
到90年代,户用热能表基本上定型,设计趋于一致1997年4月,欧洲共同体正式通过了统一的热能表标准,代号为EN1434。
现在向中国市场上推销的欧洲各国的热能表,大部分都标明了“符合OIML-R75标准”和“符合EN1434标准”。
这既是给用户一个选择、判断的基本依据,也表明了欧洲热能表技术成熟和标准化的程度。
欧洲表热量积分计算仪一律采取的是K系数补偿的方式[2]。
K系数的取值在进水和回水上是不同的,只能规定其中一个固定的位置,不得变换。
因此,欧洲的热能表一般规定要安装在回水管道上,也就是流量计只能测回水的流量。
如果用户盗用热水,热量计量结果反而减少。
管道施工和安装也不够灵活和方便。
欧洲热能表采用的测温元件是PT100和PT500。
PT100即在0℃时电阻值为100欧姆,测温探头的引线电阻必然会给测量带来误差。
因此对引线电缆的长度有严格的要求,一旦配对完毕,不可任意延长或缩短。
参考文献
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科学出版社,2007,4.104~131
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北京大学出版社,2004
[4]吕崇德,姜学智等.热工参数测量与处理[M].北京:
清华大学出版社,1990,1
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[7]杨精林,曹立军,韩来章,吴伟福.热能表示值误差测量不确定度评定[J].工业计量,2005
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[9]胡诚.高精度温度控制系统的研究[J].湖北民族学院学报(自然科学版),2006(3)
[10]刘小亮.基于STC12LE5410AD单片机的热能表的研制[D].河北科技大学,2012
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工程技术版,2010年第1期
英文文献:
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[16]FangLide,“Studyondynamiccharacterofanewheatingmeasurementandcontrolsystem”,Master’sdegreedissertationofHeBeiUniversityofTechnology[D],2005.3,pp18-36
附录1原理图
附录2元器件清单
表1元器件清单
元件类型
标号
数量(个)
1KΩ
R7、R17、R23、R24
4
2KΩ
R3、R4、R13、R14
5.1KΩ
R1、R11
2
10KΩ
R6、R8、R16、R18、R21、R22
6
100KΩ
R2、R10、R12、R20
POT2
R5、R9、R15、R19
Pt1000
J1、J2
232-1
J4
1
103
C7、C8、C9、C11
104
C2、C3、C4、C5、C6、C10、C13、C15
8
100uF
C9、C14
10uF
C1
LM358N
U2A、U2B
TL431
T1A、T1B
CON
J3
KEY
S1、S2
流量传感器
CG1
MSP430F149
U1
LCD
1602
LM7805
U7
AMS1117-3.3
U4
SP3223
Bridge
D1
8MHZ晶振
Y1
附录3源程序清单
//reneng.c主程序
#include<
msp430F149.h>
#include<
intrins.h>
string.h>
stdio.h>
#include"
codetab.h"
isp.h"
unsignedcharSCC1[10];
unsignedcharSCC2[10];
ad.h"
sbitk1=P3^2;
sbitk2=P3^3;
sbitk3=P3^4;
union{
floatl;
charc[4];
};
unsignedcharspeed,tmp1,tmp2,t,kk;
unsignedintspeed;
longsaheat;
floatheat,aheat;
voidchange(floatj,unsignedcharcc[])
{
unsignedlonginti;
i=j*100;
cc[8]=i%10+'
0'
;
cc[7]=i/10%10+'
cc[6]='
.'
cc[5]=i/100%10+'
cc[4]=i/1000%10+'
cc[3]=i/10000%10+'
cc[2]=i/100000%10+'
cc[1]=i/1000000%10+'
cc[0]=i/10000000%10+'
}
voidclear(unsignedcharcc[])
unsignedchari;
for(i=0;
i<
9;
i++)
cc[i]=0;
voidccc()
clear(SCC1);
clear(SCC2);
if(kk==0)
{
change(tmp2,SCC1);
change(tmp1,SCC2);
}
if(kk==1)
change(speed,SCC1);
change(nspeed,SCC2);
if(kk==2)
change(aheat,SCC1);
change(heat,SCC2);
voidkey()
if(!
k1)
{
delay
(1);
if(!
{kk++;
while(!
k1);
LCD_CLS();
if(kk==3)
kk=0;
ccc();
}
k3)
{
LCD_CLS();
LCD_P8x16Str(20,4,"
Sending"
);
send_english();
while(!
k3);
LCD_CLS();
OK"
voidjisuan()
nspeed=5;
speed+=nspeed;
heat=nspeed*(MI_table[tmp2]-MI_table[tmp1])*(HAN_table[tmp2]-HAN_table[tmp1])/240000;
aheat+=heat;
voidcheck_tmp()
tmp1=AD_cha[AD(0)];
tmp2=AD_cha[AD
(1)];
t=tmp2-tmp1;
voidinit()
TMOD|=0X01;
TH0=(65535-50000)/256;
TL0=(65535-50000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
voidsave()
unsignedchar*p2;
Erase_IAP_Sector(0x0000);
Erase_IAP_Sector(0x0001);
Erase_IAP_Sector(0x0002);
Erase_IAP_Sector(0x0003);
Erase_IAP_Sector(0x0004);
Erase_IAP_Sector(0x0005);
Erase_IAP_Sector(0x0006);
DataCell.l=aheat;
p2=(char*)&
speed;
Write_IAP_Byte(0x0000,DataCell.c[0]);
Write_IAP_Byte(0x0001,DataCell.c[1]);
Write_IAP_Byte(0x0002,DataCell.c[2]);
Write_IAP_Byte(0x0003,DataCell.c[3]);
Write_IAP_Byte(0x0004,*((char*)p2+0));
Write_IAP_Byte(0x0005,*((char*)p2+1));
Write_IAP_Byte(0x0006,kk);
voidread()
Data.c[0]=Read_IAP_Byte(0x0000);
Data.c[1]=Read_IAP_Byte(0x0001);
Data.c[2]=Read_IAP_Byte(0x0002);
Data.c[3]=Read_IAP_Byte(0x0003);
aheat=Data.l;
speed=0;
speed+=Read_IAP_Byte(0x0004);
speed<
<
=8;
speed+=Read_IAP_Byte(0x0005);
kk=Read_IAP_Byte(0x0006);
voidmain()
LCD_Init();
//LCD初始化
LCD_P8x16Str(20,2,"
PleaseWait"
Ini_UART();
//初始化串口
Init_AD();
AT();
//初始化模块
LCD_CLS();
read();
init();
while
(1)
key();
ccc();
display(kk);
voidhet()interrupt1
t++;
if(t==66)
check_tmp();
jisuan();
save();
voidser()interrupt4
if(RI==1)
{aa[j]=SBUF;
//命令存到命令数组
RI=0;
//软件清除接收中断
j++;
floatcodeHAN_table[]=
{4.7841,8.9963,13.206,17.412,21.616,25.818,30.018,34.215,38.411,42.605,
46.798,50.989,55.178,59.367,63.554,67.740,71.926,76.110,80.294,84.476,
88.659,92.840,97.021,101.20,105.38,109.56,113.74,117.92,122.10,126.28,
130.46,134.63,138.81,142.99,147.17,151.35,155.52,159.7,163.88,168.06,
172.24,176.41,180.59,184.77,188.95,193.13,197.31,201.49,205.67,209.85,
214.03,218.21,222.39,226.57,230.75,234.94,239.12,243.3,247.48,251.67,
255.85,260.04,264.22,268.41,272.59,276.78,280.97,285.15,289.34,293.53,
297.72,301.91,306.1,310.29,314.48,318.68,322.87,327.06,331.26,335.45,
339.65,343.85,348.04,352.24,356.44,360.64,364.84,369.04,373.25,377.45,
381.65,385.86,390.07,394.27,398.48,402.69,406.9,411.11,415.33,419.54,
#definerw(x)P3OUT=(P3OUT&
(~BIT6))|(x?
BIT6:
0);
//液晶显示
voiddelay(uintz)//延时
{uintt,y;
for(t=z;
t>
0;
t--)
for(y=110;
y>
y--);
voidwrite_com(unsignedcharcom)//写命令
{P3OUT&
=~BIT5;
//作为RS选择端低电平有效
rw(0);
P4OUT=com;
delay(5);
P3OUT|=BIT7;
//delay(5);
P3OUT&
=~BIT7;
voidwrite_data(unsignedchardate)//写数据
{P3OUT|=BIT5;
//作为RS选择端高电平有效
rw(0);
P4OUT=date;
delay(5);
P3OUT|=BIT7;
//作为E选择端=1;
//delay(5);
=~BI
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