毕业论文(设计)：热量表的设计与实现(软件部分)(编辑修改稿)

毕业论文(设计)：热量表的设计与实现(软件部分)(编辑修改稿)内容摘要：

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，而且外围电路很简单，实现方便。 由于每 片 DS18B20 含有唯一的序列号，所以在一条总线上可挂多片 DS18B20。 微处理器可通过一根口线经序列号匹配识别后对每一个DS18B20进行读写操作，大大节省了硬件资源，一总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 新一代的数字温度传感器DS18B20体积更小、更经济、更灵活。 DS18B20的测量温度范围为 55176。 C~+125176。 C，在10~+85176。 C范围内精度为177。 176。 C，分辨率。 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扰性，因此得到广泛使用。 所以温度采集选用了 DS18B20单总线数字温度传感器。 第二章 热量表硬件电路设计 6 图 温度传感器部分 流量检测电路的设计 流量计部分采用市场上常用的便携式超 声波流量计，由于已经封装好的在市场上销售的流量计，与单片机的接口只能使用 RS232。 RS232 是异步通讯中最广泛的标准总线，适用于数据中端设备（ DTE）和数据通讯设备（ DCE）之间的接口。 在微机通讯中，通常使用 的 RS232 接口信号是九根引脚。 图 流量计部分 超声波流量计工作原理如下： 逆流换能器 流量方向  顺流换能器 X 图 时差法超声波流量测量原理 用一对超声波换能器相互交替 收发超声波，通过测量超声波在介质中的顺流和逆流 L D  南昌工程学院本科毕业设计（论文） 7 传播时间之差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种方法。 顺流和逆流时间： Tu = VCOSC L （ 21） Td = VCOSC L （ 22） 式中 C为超声波在介质中的声速， V为流体介质的流动速度。 经数学推导得： V= XTC22 （ 23） 流量 Q= dtVD 42 （ 24） 显示电路的设计 在显示部分的设计中，采用数码管进行动态显示，在动态显示时，如果将数码管直接与单片机连 接，除了硬件电路简单之外，似乎没有太多的优点。 但是当选用专用的数码管显示驱动芯片时，优点就显现出来了。 数码管的显示全部采用动态扫描方式，都可以连接 8 个数码管，控制方式都比较简单。 在设计中，采用 CH451 作为数码管驱动芯片CH451。 CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以。 P监控的多功能外围芯片。 CH451 内置 RC 振荡电路，可以动态驱动 8 位数码管或者 64 位 LED，具有 BCD 译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行 64键的键盘扫描； CH451 通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电 复位和看门狗等监控功能。 第二章 热量表硬件电路设计 8 图 显示部分 键盘电路的设计 在键盘部分，由于显示以及功能的需要，按键不少于 12 个，所以使用非编码式的 3*4矩阵式键盘。 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵 ,它是最简单的单片机输入设备 ,通过键盘输入数据或命令 ,实现简单的人机对话。 键盘上闭和键的识别是由专用硬件实现的 ,称为编码键盘 ,靠软件实现的称为非编码键盘。 在此次设计中，由用扩展的 8155 的 PA0 口的低四位和 P0 口的高三位组成 4X3 矩阵结构形式的 12 个键组成，考虑到在此次设计中键盘的作用仅仅是输入焓系数值 ,并不是时时在用 ,因此设定了采用中断方式实现 , 因此定义十二个键 ,其中两个功能键十个为数字键即可。 由于串行显示管理芯片 CH451 广泛地应用于智能仪表当中，在具体应用过程中，它接收所要显示的数据并将其显示在 LED 显示器上 ,动态地扫描管理着 显示，该芯片本身只需 3 根线就可与单片机实现接口，硬件连接简便，软件编程容易。 尤其用在单片机担负繁忙数据处理任务的系统中，节省单片机用于显示扫描的时间，更显出其优越性。 南昌工程学院本科毕业设计（论文） 9 图 8155芯片及键盘 第三章 热量表总体软件设计 10 第三章 热量 表总体软件设计 热量表工作原理 热量表系统由流量传感器、供回水温度传感器及计算、显示装置组成。 在热交换系统中安装热量表，配对温度传感器分别安装在热交换入口和出口管道上。 当水流经系统时，流量传感器发出流量信号，配对温度传感器分别检测出入口和出口温度信号，积算器采集流量、温度信号，根据与温度相关的热量系数和体积、温差计算出采暖系统所消耗的热能值，显示载热液体从入口至出口所释放的热量值。 热量表系统的工作原理图如图 供水管道 计算测量与通信模块 回水管道 总线 图 热量表系统工作原理 热量表安装在供热系统的供水管道上，并将温度传感器分别装在进、回水管道上。 当热水以一定温度从进水管注入一个热交换器，用户在通过热交换获取能量的同时，热水便以较低的温度从回水管流出。 一段时间内用户所消耗的热量为所供热水的流量 和供回水的温度差的乘积对时间的积分。 其计算公式简化为： Q=K*V* T （ 31） 式中： Q 为吸收的热量， K为热焓修正系数 (可以通过水的密度与焓值表查询 )，  T流量传感器 供水温度传感器 K 系数计算 温差计算 总线驱动 硬件乘法器 散热器 数据显示 数据保存 回水温度传感器 南昌工程学院本科毕业设计（论文） 11 为进回水温差， V为热水体积瞬时流量。 实际测量时，当测量的时间间隔  t很小时，水温的变化很小，可近似认为温差  T恒定，从而积分式转为累加和 Qn =niq1=Q 1n +qn （ 32） RAM 地址分配：首地址 0000H，末地址 1FFFH，芯片 6264。 ROM 地址分配：首地址 0000H，末地址 1FFFH，芯片 2764。 AT89C51 端口分配： P0 口：双向数据端口及低 8 位地址线口 P2 口：高 8 位地址线口 ：温度传感器 1 输入口 ：温度传感器 2 输入口 ： CH451 控制端 1 ： CH451 控制端 2 ： CH451 控制端 3 ： INT0，接收流量信号 ： WR 端，写控制端 ： RD 端，读控制端 直接寻址位分配 34H 定时结束标志位 高电平标示己结束 内部数据存储器分配 50H 存放温度差值结果 53H 存放热量累积值 57H 存放流量体积值 主程序的设计 在此次设计中，采用模块化的编程思想。 要实现智能仪表的预期功能，需要编制调试大量的软件程序，工作量非常大。 这么烦琐的程序需要采用模块化方法进行编程，即将一个大的程序分成若干个小的模块，各个程序模块可以分别进行设计，从而使程序的调试、修改和维护变得比较容易。 程序量可以由不同的人同时分别编写不同的模块，从第三章 热量表总体软件设计 12 而能够加快程序编制的进度。 将系统软件分割为主程序和若干个子程序，各个子程序之间采用结构良好的转移和调用，这样各个模块可有效地组合成一个整体，使流程明确地从一个程序模 块转移到下一个程序模块。 在这个过程中，必须严格注意控制使用任意转移语句，以提高程序运行效率和可靠性。 在热量控制表的软件设计中，我们综合采用模块化编程和结构化编程方法对系统进行软件编制和调试。 在本系统中，主要采用 C语言进行程序编制。 利用 Keil C程序编译器进行 C语言的编辑、调试、编译和仿真。 主程序流程图如下： 图 主程序流程图 开始 读流量传感器脉冲 读温度计算差值 计算处理 脉冲 发送处理 显示更新 断电标志存储 ROM 热量累计量存入 ROM CPU休眠 电压低。 初始化 NO YES 南昌工程学院本科毕业设计（论文） 13 在本系统中，软件主要由主程序和若干中断服务子程序组成。 中断服务子程序主要由以下几部分组成 : （ 1） 流量通讯子程序： RS232接口通讯程序。 （ 2） 温度测量子程序：采集进回水温度。 （ 3） 焓值设定子程序 : 设定热焓系数。 （ 4） 热量计量程序：热量计量程序又可分为进水 /出水口温度采集、室温信号采集和热量计算三部分。 第三章 热量表总体软件设计 14 第四章 热量表软件详细设计 通讯设计 热量表与主机通讯通过 RS232 来实现 ,AT89C51 芯片中的串行接口 UART 给这方面的应用提供了很大的方便 ,可以在 CPU很少干预的情况下实现全双工通信。 一般的串行通信要关心的是以下几个参数： (1) 波特率 如 9600b/s,指每秒传送 9600 位。 (2) 每帧有几比特数据。 (3) 是否校验，有奇校验，偶校验或不校验。 (4) 有几个停止位。 单片机内部，用定时器 1 作为波特率发生器，收发都在中断中完成。 系统晶振用。 通讯程序流程图如图 所示： 南昌工程学院本科毕业设计（论文） 15 图 流量通讯子程序流程图 温度检测设计 温度信号采集部分有两只配对的温度传感器 DS18B20 组成 ,在单片机的控制下 ,两只温度传感器将代表温度值的脉冲信号送入 、 ,至此温度信号采集过程结束。 流程图如图 所示 : 中断服务子程序 清接收中断标志 接收主机发来的命令 关中断 保护现场 返回 将数据返回主机 开中断，恢复现场 第三章 热量表总体软件设计 16 图 1 温度 /数据关系如表 ： 表 DS18B20温度 /数据关系 开始 向 DS18B20 送地址 发送温度转换命令 读温度命令 送温度值 返回 南昌工程学院本科毕业设计（论文） 17 温度 oC 数据输出 (二进制 ) 数据输出 (十六进制 ) +125 00000000 11111010。