毕业设计70基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统.docx
- 文档编号:8230068
- 上传时间:2023-01-30
- 格式:DOCX
- 页数:40
- 大小:738.36KB
毕业设计70基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统.docx
《毕业设计70基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计70基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统.docx(40页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
毕业设计70基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统
基于单线数字温度传感器的中央空调计费系统
摘 要:
通过对中央空调计费现状弊端的分析,提出了采用两个单线数字温度传感器和单片机检测用户实际使用冷气时间来测量用户消费能源的信息,并通过485总线将信息发送至系统主机,从而实现中央空调消费的合理收费,解决了物业管理部门和用户的长期争端。
本设计是根据空调用户的使用档位情况进行计费,空调是简化了的模型,假设空调被简化为三个档位,第一、二、三档位分别对应的相乘系数是1、2、3。
把空调的三个档位看作三路开关量信号AI1~AI3分别对应P0.0~0.2口三路开关量信号AI1~AI3分别对应的系数是1、2、3;同时三路开关量要麽只有一个打开,要麽全部关闭,微处理器接收到任一路开关量对该开关量进行计时,当该开关量结束后进行运算处理,即将时间值与系数相乘,并将结果储存,如果其他开关量打开则继续上述过程,同时将上次的结果累积,当上位机(PC机)查询时,通过串口将结果输出,同时显示该结果。
附带看门狗电路保证系统工作稳定可靠,不会因为偶然事件造成系统死机而停止工作。
按键包括对系统复位的复位键、两个显示按键(实时查看单片机记录的数值并通过显示器显示,或显示温度)。
关键词:
单线数字传感器;中央空调;计费系统
Chargesystemofcentralairconditonerbasedonone-linedigitaltemperaturesensors
Abstract:
Afteranalysisthedefectofchargeforcentralairconditionersystemofthistime.Asystemhasbeendesigned,inwhichtwoone-linedigitaltemperaturesensorsandsingle-chipcomputerwereusedtomeasuretheinformationofenergyconsumedbyusers,andsendedthisinformationtocentralcomputerby485bus.Thusrealizedfaircharging,solvedthelong-timedisputebetweenthecomsumerandtherunners.
Thisdesigniscarriesonthecostaccordingtotheairconditioninguser'susefilespositionsituation,theairconditioningsimplifiedthemodel,thesuppositionairconditioningbythesimplificationisthreefilespositions,one,two,threerespectivelycorrespondmultiplicationsthecoefficientis1,2,3.Regardsasthree-wayswitchquantitysignalAI1~AI3theairconditioningthreefilespositionrespectivelytocorrespondthecoefficientwhichP0.0~0.2mouththree-wayswitchquantitysignalAI1~AI3correspondsseparatelyis1,2,3;Simultaneouslythethree-wayswitchquantitywantsonlythenonetoopen,wantstoclosecompletely,themicroprocessorreceiveassumesthepostagroupswitchquantitytocarryonthetimetothisswitchquantity,afterthisswitchquantityhadendedcarriesonoperationprocessing,soonthetimevalueandthecoefficientmultiplication,andfinallywillstoreup,ifotherswitchquantitywillopencontinuestheaboveprocess,simultaneouslytheprevioustimeresultaccumulation,willworkaswhenthepositionmachine(PCmachine)willinquire,throughtheserialportfinallyoutputs,simultaneouslywilldemonstratethisresult.Supplementarywatch-dogelectriccircuitguaranteesystemworkstablereliable,cannotbutbecausetheaccidentcreatesthesystemtodiemachinetheknockoff.Thepressedkeyincluding(valueandthroughmonitorwhichtothesystemreplacementreplacementkey,twodemonstrationpressedkeysreal-timeexaminationmonolithicintegratedcircuitrecordsdemonstrated,ordemonstrationtemperature).
Keywords:
One-linedigitalsensor;Centralairconditioner;calculatefeesystem
引言
随着建筑业的发展,中央空调的计费问题成为投资者最为关注的事情。
迄今为止,关于中央空调计费问题,政府部门还没有出台相关规章制度来统一和衡量。
各种高端酒店、写字楼、商住楼日益增多,而同时人们的量化概念越来越强烈,在以往物管收费的过程,类似电费、水费因为有据可依,故在收费的过程中并未引起较大的争端,但中央空调的使用费用做为物管收取费用中占据最大金额的费用却无法进行有效合理的收取,为物管工作带来诸多不利。
以往中央空调的收费是按面积分摊,用户交费均为定值,与使用情况无关,这就容易造成各用户产生“用与不用一样,用多用少一样”“不用白不用,用了也白用”的消费概念。
以至于用户很少关空调,或开着窗户使用空调,不管是否需要,空调总在使用,形成“供多少用多少”的局面,而空调机组却长期处于满负荷或超负荷的工作状态下,造成运营费用的升高同时造成管理利润降低。
中央空调计费系统的面世,使中央空调的使用发生了从“供多少用多少”到“用多少供多少”质的转变,体现了按需使用,按量收费。
这样不仅可以使用户在缴费问题上有据可依,减轻物业管理工作量,提高物业管理公司的工作效率;同时,提高计费工作的准确性、合理性,还可以引导用户树立正确的消费观念,促使用户节约能源,减小中央空调系统的工作负荷,延长设备的使用寿命,降低运行费用,达到减负增收的双重效果。
较好的解决了用户与物业管理公司之间的收费争端,改善客、主之间的关系,树立良好的企业形象。
这样不仅增加了物业管理公司的经济效益,社会效益也得到了很好的回报。
可随时通过生成报表查看、打印各温控开关的实时状态信息。
每日通过生成报表来查看、打印各种日用量、日运行信息。
每月通过生成报表查看、打印各种月用量、费用信息。
计费程序流程图如图1。
图1计费程序流程图
第1章中央空调的计费原理
中央空调的制冷(热)原理是通过水泵将冷冻水(热水)送到各风机盘管中,由风机吹送冷(热)风达到降(升)温的目的。
中央空调的热交换过程需考虑以下因素:
①由于风机盘管表冷器面积出厂后是一定值,因此换热面积与风速成正比。
②由于压缩机组功率一定,正常使用时流过风机盘管的水量不变,不用考虑流过风机盘管的水量影响。
③热交换耗能与用户的使用空调时间(即水流通时间)t成正比。
根据物质的热交换能量计算热力学公式:
Q=mc(T2一T1)t
(1)
式中Q——消耗的冷量或热量,J
c——流体的比热,J/kg·K
m——流体的质量流量,kg/s
T1、T2——流体的进口和出口温度,K
t——热交换时间,s
综上所述三点因素,我们可以看出,中央空调的进口水温是由主机的负荷能力决定的,同时对于一个处于正常工作状态的风机盘管,其表冷器管径是定值,进出口的水压差近似为常数,所以流过风机盘管的冷(或热)水流量也近似为一常数。
因此,在式
(1)中风机盘管进出口水温差(T2一T1)与风机风速成正比,即(T2一T1)∝v。
因此我们可将式
(1)中的m,c,(T2一T1)综合成一个关于风速的中央空调用户综合系数X,在标准情况下:
X即表示为风机盘管型号。
则式
(1)在中央空调的热交换过程中可表示为Q=Xvt
(2)
式中Q——风机盘管带走的冷(或热)量,J
X——风机盘管关于风速口的综合系数(即风机盘管型号)
t——使用空调时间(即水流通时间)
因此,在风机盘管型号确定的情况下,计费系统所要测量的参数就是风速t,和风机盘管的有效工作时间t。
我们的中央空调计费系统就是基于这一方式进行工作的:
通过累积电动二通阀开启的空调时间t以及同步检测风速口,结合风机盘管型号系数X,从而计算出每一个风机盘管在一段时间内交换的冷(或热)量累计值。
该冷(或热)量值与能量单价相乘,即可以计算出其空调使用费3系统结构该模块原理框图如下图1.1所示
图1.1
接入485总线
至远端
由此并结合我所查的芯片及器件资料,可以利用Protel99画出原理图,如下图1.2:
(参见附图1)
图1.2
由此可生成PCB为下图1.3(a为上层,b为底层)
a
a顶层(参见附图2)
b底层(参见附图3)
上位机通过查询知道当前查看的是哪个用户,并显示该用户的计数值。
上位机和下位机通过RS485总线实现通信。
RS485总线串行方案如下图1.4:
RS485总线
……
图1.4RS485总线串行方案
第2章系统设计方案
利用单片机采集用户使用中央空调能源的信息(冷气阀的开/关状态、冷冻水进、出口处温度),并将其传送至中央控制室的系统主机,便于计算费用。
随Internet的发展和普及,对于用户使用空调的信息进行网上发布,如用户使用费、欠费、当月费用等,并结合Internet技术发放费用单、催费单等。
设计的系统框图如图2.1所示。
图2.1中央空调计费系统图
图2.1中的各信息采集机安装在各住户、写字室等处,用于采集各用户消费中央空调的能源信息,并将其传送到系统主机,同时通过控制冷气阀的开关来限制恶意欠费消费的用户继续使用资源。
用户消费中央空调的能源信息由如下因素决定:
由用户端的冷冻水入口温度TL、出口温度TH和冷气阀开的时间T来决定,即E=(TH-TL)*T*α。
α为费率因子,在系统主机程序中由物管公司酌情确定。
冷冻水入口温度TL、出口温度由信息采集机中的DS1820集成传感器测量。
冷气阀开的时间T通过信息采集机检测其开关状态来决定,用户空调在使用状态下,室内温度的高低与用户设定温度决定冷气阀的开关状态。
当室内温度高于设定温度时,冷气阀打开,只有这时用户消费了冷气,公司才能收费;反之阀关闭,用户只消费了自己的电资源,而没有消费冷气,不应交费。
因此,冷气阀的开关状态是时开时关。
信息采集机将阀开的时间进行累加,在一定时间周期后将此信息和进、出口温度信息发送至系统主机,进行管理。
因此,用户同样在使用空调,而设定温度不同,冷气阀的开关状态是不同的,收费亦不同。
本系统真正反映了多消费多交费的原则,是先进的。
2.1信息采集机设计
本系统设计充分考虑安全可靠、实用价廉的原则。
单片机采用AT89S52;两温度的测量采用DALLAS公司生产的一种单线式数字温度传感器DS1820,它具有接口连线少,无须处理电路,测量精度较高,可靠性好等特点;由于中央空调各用户地理位置范围较大,单片机的232接口通讯距离不能满足信息传输要求,故系统采用一集成芯片将单片机的232转换为485接口,从而来完成这一功能。
信息采集机设计框图和DS1820与单片机接口如图2.2所示。
图2.2信息采集机框图
DS1820不断检测用户空调的进、出口温度,并将它们之差存入单片机存储器中;单片机通过P1.1检测冷气阀的开关状态,并记录各次开状态下的时间。
为了方便计算和管理,本系统在进、出口温度相差变化2℃内的开状态时间累积一次,并暂存或和温度差信息一起发送至系统主机。
系统主机采用VC高级语言编程。
由于采集机中的DS1820传感器具有新颖、通信协议特殊的特点,以下就其特性和本系统中AT89S52对DS1820的编程进行论
2.1.1单片机模块
在本设计中,单片机使用AT89S52。
之所以使用AT89S52,是因为它有如下性能:
1、与MCS-51单片机产品兼容
2、8K字节在系统可编程Flash存储器
3、1000次擦写周期
4、全静态操作:
0Hz~33Hz
5、三级加密程序存储器
6、32个可编程I/O口线
7、三个16位定时器/计数器
8、八个中断源
9、全双工UART串行通道
10、低功耗空闲和掉电模式
11、掉电后中断可唤醒
12、看门狗定时器图2.3
13、双数据指针
14、掉电标识符
其封装为图2.3
功能特性描述
看门狗定时器:
WDT是一种需要软件控制的复位方式。
WDT由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器(WDTRST)构成。
WDT在默认情况下无法工作;为了激活WDT,户用必须往WDTRST中依次写入01EH和0E1H。
当WDT激活后,晶振工作,WDT在每个机器周期都会增加。
WDT计时周期依赖于外部时钟频率。
除了复位(硬件复位或WDT溢出复位),没有办法停止WDT工作。
当WDT溢出,它将驱动RST引脚一个高电平输出。
当WDT激活后,用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。
当计数达到8191(1FFFH)时,13位计数器将会溢出,这将会复位器件。
晶振正常工作、WDT激活后,每一个机器周期WDT都会增加。
WDT计数器不能读或写。
当WDT计数器溢出时,将给RST引脚产生一个复位脉冲输出,这个复位脉冲持续96个晶振周期(TOSC),其中TOSC=1/FOSC。
为了很好地使用WDT,应该在一定时间内周期性写入那部分代码,以避免WDT复位。
在掉电模式下,晶振停止工作,这意味着WDT也停止了工作。
在这种方式下,用户不必喂狗。
有两种方式可以离开掉电模式:
硬件复位或通过一个激活的外部中断。
通过硬件复位退出掉电模式后,用户就应该给WDT喂狗,就如同通常AT89S52复位一样。
中断应持续拉低很长一段时间,使得晶振稳定。
当中断拉高后,执行中断服务程序。
为了防止WDT在中断保持低电平的时候复位器件,WDT直到中断拉低后才开始工作。
这就意味着WDT应该在中断服务程序中复位。
为了确保在离开掉电模式最初的几个状态WDT不被溢出,最好在进入掉电模式前就复位WDT。
在进入待机模式前,特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用来决定WDT是否继续计数。
默认状态下,在待机模式下,WDIDLE=0,WDT继续计数。
为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52,用户应该建立一个定时器,定时离开待机模式,喂狗,再重新进入待机模式。
编程方法
对AT89S52编程之前,需根据Flash编程模式表,采用下列步骤对AT89S52编程:
1.在地址线上输入编程单元地址信号
2.在数据线上输入正确的数据
3.激活相应的控制信号
4.把EA/Vpp升至12V
5.每给Flash写入一个字节或程序加密位时,都要给ALE/PROG一次脉冲。
字节写周期时自身定制的,典型值仅仅50us。
改变地址、数据重复第1步到第5步,直到全部文件结束
2.1.2DS1820数字温度传感器
DS1820是Dallas公司研制的一线式数字集成温度传感器,它主要特性是:
检测温度范围为-55~+125℃,精度为0.5℃;以9bit的数字量来表示温度;温度到数字量的转换时间为200ms;可以定义一个不变化的温度设置为报警温度;不需要外部元器件;可通过数据线供电;一线完成通信等。
它有PR35T和SSOP两种封装形式,管脚安排有所不同,但主要有三根线:
GND(地)、DQ(数据输入输出)、VDD(电源),分别对应于PR35T型的1、2、3管脚,SSOP型的9、8、7管脚。
内部结构如图2.4所示。
图2.4 DS1820内部结构图
<1>、DS1820内部包括以下几部分:
a、 64位激光只读存储器。
b、温度传感器。
它采用半导体集成温度传感器将温度转化为数字量表示
c、DS1820的存储器。
它由高速存储器RAM和E2RAM组成。
d、电源VDD。
其封装为下图2.5
图2.5DS1820的封装
<2>、DS1820采用了1-wireBus技术。
该技术采用单总线技术具有线路简单,硬件开销少,成本低廉,便于总线扩展和维护等优点。
单总线即只有一根数据线,系统中的数据交换、控制都有这根线完成。
主机或从机通过一个漏级开关或三态端口连至该数据线,以允许设备在不发送数据时能够释放总线,而让其他设备使用总线。
单总线通常要求外接一个约为4.7k
的上拉电阻,这样,当总线闲置时,其状态为高电平。
主机和从机之间的通信可通过3个步骤完成,分别为初始化1-wire器件、识别1-wire器件和交换数据。
由于它们是主从结构,只有主机呼叫从机时,从机才能应答,因此主机访问1-wire器件都必须严格遵守单总线命令序列,即初始化、ROM、命令功能命令。
如果出现序列混乱,1-wire器件将不响应主机。
<3>、DS1820的测温原理:
下图2.6
图2.6温度检测系统原理图
温度检测系统原理图如图2.6所示,采用寄生电源供电方式。
无论是单点还是多点温度检测,在系统安装及工作之前,应将主机逐个与DS1820挂接,读出其序列号。
其工作过程为:
主机Tx发一个脉冲,待“0”电平大于480μs后,复位DS1820,待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后,主机Tx再发读ROM命令代码33H(低位在前),然后发一个脉冲(15μs)并接着读取DS1820序列号的一位。
用同样方法读取序列号的56位。
对于图2.6系统的DS1820操作的总体流程图如下图2.7所示。
它分三步完成:
①系统通过反复操作,搜索DS1820序列号;②启动所有在线DS1820做温度A/D变换;③逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。
<4>、AT89S52中对DS1820的编程
系统中AT89S52的程序主要功能有:
工作指示灯点亮、检测冷气阀的开关状态、串行口通信、进出口温度的测量(对DS1820的编程)。
而对DS1820的编程则必须严格按照上述其时序步骤进行,其源程序如下。
AT89S52对DS1820编程的程序清单:
READTEQU0BEH;读温度
READSEQU0ECH;读状态字
STARTTEQU44H;启动转换
INTFADDBITP1.0;DS1820与89S52的接口地址
STORETEQU30H;存放从DS1820中读得的数据
PTEM:
ACALLRSTM;复位DS1820
MOVA,#STVC
ACALLWTEM;写启动转换命令
ACALLW1S;延时1秒钟
PTT1:
ACALLRSTM;复位DS1820
MOVA,#RDST
ACALLWTEM图2.7总体流程图
ACALLRTEM;读状态字
MOVA,STORET
CJNEA,#0FFH,PTT2
AJMPPTT1
PTT2:
JNBACC.7,PTT1;根据DONE判断转换是否结束
ACALLRSTM
MOVA,#RDTM
ACALLWTEM
ACALLRTWM;读测得的温度数值
RET
;******子程序******
;****复位DS1820****
RSTM:
CLRINTFADD
MOVR0,#0
DJNZR0,$
DJNZR0,$
SETBINTFADD$
MOVR0,#5
DJNZR0,$
JBINTFADD,$
JNBINTFADD,$
RET
;****写数据到DS1820****
WTEM:
MOVR1,#8
WTE:
RRCA
JCWTE1
CLRINTFADD
MOVR0,#50
DJNZR0,$
SETBINTFADD
AJMPWDR1
WTE1:
CLRINTFADD
MOVR0,#4
DJNZR0,$
SETBINTFADD
MOVR0,#50
DJNZR0,$
WDR1:
DJNZR1,WTE
TET
;****从到DS1820读数据****
RTEM:
SETBINTFADD
MOVR1,#8
RTE:
CLRINTFADD
NOP
NOP
NOP
SETBINTFADD
NOP
JBINTFADD,RET1
CLRC
RRCA
AJMPRDR1
RTE1:
SETBC
RRCA
RDR1:
SETBINTFADD
MOVR0,#50
DJNZR0,$
DJNZR1,RTE
MOVSTORET,A
RET
W1S:
MOVR2,#2
W05S:
MOVR1,#0
W1MS:
MOVR0,#0
DJNZR0,$
DJNZR0,$
DJNZR0,$
DJNZR1,W1MS
DJNZR2,W05S
RET
程序处理是整个系统的关键,即简洁的硬件结构是靠复杂的软件来支持的。
多个器件挂在一条总线上,为了识别不同的器件,在程序设计过程中一般有四个步骤:
初始化命令;传送ROM命令;传送RAM命令;数据
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 70 基于 单线 数字 温度传感器 中央空调 计费 系统