基于gprs的热能控制装置毕业设计(编辑修改稿)

基于gprs的热能控制装置毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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： 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： 额定工作电压： DC 5V ； 额定电压范围： DC 5～ 18V ； 允许耐压： 以下； 使用温度范围： 20～ +80176。 C(无结冰状态 ) ； 使用温度范围： 35%～ 90%RH(无结霜状态 ) 流量－脉冲特性： f（ Hz）＝（ ）  10%(垂直方向安装 ) （ f=脉冲频率 q = 流量） 密封型测试： 封闭各孔，加 水压试验 1 分钟无泄漏和变形现象。 广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 13 液位测量及控制部分 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 ： (27) 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。 如下图 211 所示 ： 0 r AAC dd广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 14 调频振荡器限幅器鉴频器放大器fF1f T T L 电 平 去 计 算 机 电 压 输 出 L oC x 图 211 调频电路 CLf 02 1 (28) 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 的构成 及 原理 ispPAC10 是 Lattice 公司在系统可编程模拟器件家族中的成员之一，其内部结构框图如图 212 所示，由 4 个可编程模拟宏单元 (PAC 块 )组成，每个相当于 1 个运算放大器、电阻及电容的 组合。 配 置 存 储 区模 拟 布 线 区P A C 块 P A C 块参 考 电 压 自 校 正 P A C 块 P A C 块 图 212 ispPAC10 内部结构图 其基本单元电路（ PACblock）由一个差分输出的求和放大器 (OA)和两个具有差分输入的、增益为 177。 1 至 177。 10 以整数步长可调的仪用放大器组成。 输广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 15 出求和放大器的反馈回路由一个电阻和一个电容并联组成。 其中，电阻回路有一个可编程的开关控制其开断；电容回路中提供了 120 多个可编程电容值以便根据需要构成不同参数的有源滤波器电路。 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。 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。 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 213 所示 ： 广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 16 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 213 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 ： )]1()([)()()( 0   kekeKieKkeKku dkiip (29) 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 ； 广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 17 Kp 为比例增益 ,Ki 为积分系数 ,Kd 为微分系 数 则增量控制算法为)]2()1(2)([)()]1()([)(  kekekeKkeKkekeKku dip (210) 根据以上推导，得到增量式 PID 控制算法的程序流程图如图 214 所示。 子 程 序 入 口计 算 K i [ e ( k ) e ( k 1 )计 算 K p * e ( k )计 算 K d [ e ( k ) 2 ( k 1 ) + e ( k 2 ) ] 求 取 u ( k )子 程 序 返 回计 算 e ( k ) = r ( k ) y ( k ) 图 214 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，以保证程序流向的正确性，广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 18 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。 广西大学学士学位论文 基于 GPRS 的热能控制装置 19 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。