智能数码热泵供水系统(本科毕业论文说明书)(编辑修改稿)

智能数码热泵供水系统(本科毕业论文说明书)(编辑修改稿)内容摘要：

动作出现干烧等缺点。 CWVH0510水流量传感器在智能数码热泵系统中的应用 湛江中信电磁阀有限公司口径为 3cm 的 CWVH0510 型水流量传感器，它价格较低，体积小、重量较轻便于携带，而实际生活应用中可以根据自己的需要，定制口径和接线端连接方式和线路长短。 CWVH0510 型水流量传感器如图 210 所示： 12 图 210 CWVH0510型水流量传感器 CWVH0510型水流量传感器的特性 使用条件 ： DC 5V ： DC 5～ 18V ： 20～ +80。 C(无结冰状态 ) ： 35%～ 90%RH(无结霜状态 ) ： 以下 流量－脉冲特性 脉冲频率 f （ Hz）＝（ ）  10%(垂直方向安装 ) q =流量（ L/min） 密封型 封闭各孔，加 水压试验 1 分钟无泄漏 和变形现象。 液位控制 液位是许多工业生产中的重要参数之一，在化工、冶金、医药、航空等领域里，对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量。 以 小 电容感应元式多层液位传感器为核心研制的液位控制系统能对液位进行巡回检测、显示和报警，同时采用增量式 PID 控制算法对液位进行智能控制。 由于单片微型计算机具有体积小，耗电少，控制精度高，运行可靠等 特点，所以广泛应用于生产实际中。 系统硬件设计 小 电容感应元式液位传感 器由按照特定方式排列的一组平板小电容组成。 电容的最佳排列方式依据具体的测量要求确定。 一般地，可以将传感器做成板状。 每个电容的两个极板，做成长方形，并排排列，所有电容纵向排成一列，保持等间距。 实验证明，可以做成所有小电容有一公共极板的结构。 为保证电容在液体中不被腐蚀，使用聚四氟乙烯薄膜覆盖整个传感器。 由传感器的结构可以看到，每一个小电容由两块极板、表面的聚四氟乙烯薄膜和两块极板间的测量介质组成。 平板电容器结构的电容值 C 由下式决定 ： 0 r AAC dd 13 其中： r — 极板间介质的介电常数； A— 平行极板有效面积 ； d— 极板间距离。 位于同一介质中的小电容将具有相近的电容值。 用扫描方式获取每一个小电容的电容值，会获得与分层液位相应的几组电容值。 在液位的分界面会出现大的电容值的跃变。 由于在传感器的安装中，每个小电容的位置与具体液位相对应，通过判断电容值发生较大跃变的位置，从而获得分层液面的位置。 调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容 Cx 发生变化，就使振荡器的频率 f 产生相 应的变化。 如图 211 所示： 012f LC 图 211 调频电路 通过严格时序控制的多路开关的开合，扫描整个小电容阵列，可获得各个电容的对应电压值 V，据此判断液位的分界面。 如果为理想状态，每个处于同一介质中的小电容单元必然有相同的对应电压 V 的输出。 扫描与位置对应的小电容阵列，必然得到与位置分布规律相同的 V，则很容易获得介质的分界面。 小 电容感应元式液位传感器 的主要芯片是 ispPAC10。 ispPAC10 在 智能数码热泵系统中的应用 ispPAC10 构件中，输入与输出完全不同。 和单端 I/O 比起来，他有有效的双动态范围。 根据说明还可以产生和改善功能，如普通输入模式拒绝总音调失真。 不同的峰 峰值电压由不同的输入、输出引脚末端的信号决定，例如：若 V+=3 V， V=1 V，则差压为 +2 V。 由于可以在不同的 I/O 引脚上存在不同的极性电压，因此也可以 V+=1 V， V=3V，则差压为 － 2 V。 计算 2 个引脚末端的电压差，为 |+2－ （ － 2） |=4 V，可以看出绝对差压信号产生了有效的动态范围。 虽然输入与运放相联，但没有改变内部线路，所以输入极性可编程且不影响输入的阻抗和动态性能。 单端运放可以使用一个输入和 (或 )输出引脚来实现，根据需要，调整增益，以达到需要输出的电平值。 14 ispPAC10 工作时，由单一的 +5 V 供电，包括内部产生的 V 参考基准电压。 参考电压可通过电压参考模式或 VREFOUT 引脚有效输出到外部 热泵系统中 ，普通模式输出经常为 V，而与输入模式电平无关 需要时，可用一外部电压替代 VREFOUT，但可选的普通模式输出电压 VCM 必须由用户通过 CMVIN 输入引脚提供， 惟一的限制是参考电压必须介于 ～ 之间，当用外部电压代替，并且 PAC10 必须被编程时，在每一个 PAC 模块的基础上，用外部参考源替代内部的。 输出电压量经过 A\D 转换后接到 CPU 中，通过 PID 算法对液位上限、下限的设置。 根据不同的电压值对应着不同的液位来实现对进、出水阀们的控制。 但设置时 ispPAC10 不能超过 5 V 电源信号调节 [8]。 软件设计 系统软件主要由主程序、采样程序和 PID 算法程序和一些子程序组成。 主程序的流程图如图 214 所示 ： S T A R TC P U 初 始 化采 样 子 程 序显 示 实 时 液 位 值参 数 设 定有 按 键 否。 数 据 处 理 子 程 序控 制 流 量 阀 门键 处 理YN 图 214 主程序流程图 主程序的主要功能是完成 CPU 的初始化，设置液位的上限和下限，显示实时液位值，键扫描等工作。 采样和数据处理模块 ： 本系统利用定时循环轮流对 8 个液位进行实时采样，对实时数据进行数据处理，并采用 PID 控制方案。 由于本系统的执行机构是步进电机，所以我们采用了增量式 PID 控制。 根据递增原理可得 ： 15  0( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ]kpdiu k k e k k i e i k e k e k     式中： ( ) ( ) ( ) kke k k y k y 为 第 k 时 刻 所 得 偏 差 信 号 ， r 是 给 定 值 ， 是 实 际 输 出 值 ； pdkk2为 比 例 增 益 ， k 为 积 分 系 数 ， 为 微 分 系 数。 则增量控制算法为： 2( ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ) ( 2 ) ]pdu k K e k e k k e k k e k e k e k          根据以上推导，得到增量式 PID 控制算法的程序流程图如图 215 所示。 子 程 序 入 口计 算 e ( k ) 0 = r ( k ) y ( k )计 算K p e ( K )计 算K i [ e ( K ) e ( K 1 ) ]计 算k i [ e ( k 0 2 e ( k 2 ) + e ( k 2 ) ]求 取 △ u ( k )子 程 序 返 回 图 215 增量式 PID 控制算法的流程图 用户可以通过键盘设定液位的上限值和下限值，以及在任意时候显示液位的上下限值。 当液位的高度超出或低于设定值时，进行声光报警，以提醒操作人员进行及时的处理。 抗干扰对策 硬件抗干扰设计 ： 系统电源是一个重要部件，又是与外部电网直接联系的部 分，为了防止从电源系统引入干扰信号，在电源输入端设置低通滤波器，滤去高次谐波成份。 另外还采用了 eCOG1k中的看门狗定时器，以进一步提高系统硬件抗干扰的能力。 软件抗干扰设计 ： 在程序设计时，将各程序模块分区存放，彼此之间空出一些存储单元，在这些单元中填充 FF（ RST 指令）。 同时对程序中重要的跳转和调用子程序指令前均加入三个 NOP 指令， 16 以保证程序流向的正确性，因为 PC 只要错一个数码，那么整段程序就会面目全非，从而造成检测系统的混乱。 利用滑动平均滤波法求取平均值。 将最近 6 次采样得到的液位值，去除最大值和最小值 ，剩下的 4 个数据求算术平均值。 该液位智能控制系统采用了单片机作为主控制器，结构简单，可靠性高，抗干扰性强，由于应用了 PID 控制方案，系统的响应速度快，超调量小，系统稳定性好，具有一定的实用价值。 第 3章 IC卡 及指纹终端介绍 IC卡原理简介 IC 卡工作的基本原理是：射频读写器向 IC 卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个 IC 串联谐 振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下， LC 谐 振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到 另一个电容内存储，当所积累的电荷达到 2V 时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。 热泵 IC卡系统的工作原理 系统分为软件和硬件两部分。 软件包括 IC 卡热泵供热管理系统软件、智能接触式 IC 卡计费监控装置中 PIC 程序。 硬件则包括装有供热管理系统软件的 PC 机、液晶显示屏、智能接触式 IC 卡片、IC 卡读写器、 IC 卡计费监控装置、控制阀和现场流量采集仪表。 这其中，流量采集仪表即是热泵热水出口流量的检测仪表。 用智能 IC 卡对热泵进行计费和管理控制的基本思想是对供应热水的用户 建立与之相对应的 IC卡计费监控装置和 IC 卡账号，以预付款的方式进行供热水。 用户先在供应热水的管理部门往 IC 卡中存入一定量的金额，管理部门通过 IC 卡读写器将相应数额充入 IC 卡中，用户持充值后的 IC 卡插到智能热泵计费监控装置中，如果用户卡上的信息正确且通过合法性检查，则供热控制阀开启，开始供应热水。 在供热过程中，流量采集仪表测量出热水的流量、温度、压力，并将测得的物理量通过 AD590转换成数字信号，经由 RS232 标准串口传输给 IC 卡计费监控装置，监控装置计算当前用户热能费率，进行实时累加，并从 IC 卡中扣除费用。 热泵 IC卡管理系统实现中的几个关键部分 IC 卡管理系统的组成有硬件也有软件，如何把硬件和软件较好地组织在一起实现供热水管理，是问题的关键。 下面就其中几个关键部分给予说明。 智 能 IC卡 SLE4418选择型号及功能介 绍 IC 卡是用来使用和管理热泵系统的媒介，本系统选择西门子公司的接触式 IC 卡 SLE4418。 SLE4418IC 卡共有 1024 8 位 EEPROM，可逐字节地进行写操作与删除操作，每个字节都有具有程序写保护位。 除了以上功能外， SLE4418 还带有程序密码校验逻辑 (PSC)，此卡的基本特点如下： ①具有 1024 8 位的 EEPROM 存储器； ②以字节为编址单位； ③具有 1024 1 位保护存储器，保护存储器设置后不可撤消； ④三线串行总线； ⑤可进行 10 万次擦写操作； 17 ⑥数据保存 10 年； ⑦卡内具有 2 个字节的 PSC 程序加密位，数据仅在密码检验正确后，方可进行写操作。 在本系统运行过程中，由 CPU 将处理后的指纹图像信息写入到 IC 卡中存储。 本热泵系统以 IC 卡作为管理媒介，使装置能按用户预付费购得的热量开阀供热水，当预购热水量用尽时，需要自动关闭供热阀，中断热供应。 由于 IC 卡是信息传送 途径，安全方面有可能会被人利用失卡、窃卡、伪卡作案，还有设法找出 IC 卡上有效数据，对其进行修改。 因此选择合适的 IC卡，是影响整个热泵供热管理系统安全性和可靠性的重要因素。 IC卡通信协议 这种通信用 RS232 为物理接口，以 MODBUS 协议为标准，通信协议描述了 IC 卡终端请求访问微机和 IC 卡终端的过程，以及怎样侦测并记录错误。 协议制定了消息域格局和内容的公共格式，决定了每个 IC 卡终端需要的设备地址，在通信过程中按识别地址发送消息，微机和 IC 卡终端按协议决定要产生何种行动。 如果需要反馈，它们还将生 成反馈信息并在协议中发出。 1）微机和 IC 卡终端间采用的是基于 RS232 总线的主从方式点对多点通信，各为主、从属设备，被呼叫时响应，或主发；主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。 如果单独通信，从设备返回一消息作为响应；如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。 2）微机和 IC 卡终端可作为主从设备，主从设备中建立了主设备查询和从设备回应消息的格式；在通信接收过程中如果发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误命令并把它作为回应发送出去。 尽管网络通信方法是“对等”，如果一设备发送一消 息，它只是作为主设备，并期望从设备得到回应。 同样，当主设备接收到消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器。 3）通讯方式全兼容，采用异步通信，起始化 1 位，数据位 8 位，停止位 l 位，无校验。 数据传输速率为 、 、 、 、。 系统安全性 为了提高系统的安全性和可靠性，在系统设计时，采用了以下几方面的措施 ： ①数据库安全机制 对于涉及数据库修改的操作人员，创建每人惟一的账号密码，对于可修改数据的人严格管理，保证无关人员无法 操作数据，并且系统软件准确记录每条重要数据的产生、修改人和时间，保。