单片机的热量计设计硬件部分
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题主要研究内容 3
2 热量计的系统设计 4
2.1 热量计算公式 4
2.2 热量计的结构图 4
2.3 传感器的选择 5
3 硬件电路的设计 9
3.1 单片机及其外围电路 9
3.2 温度测量电路 13
3.3 流量测量电路 16
3.4 显示电路 18
3.5 电源电路及键盘 19
4 系统调试 20
4.1 软件仿真 20
4.2 硬件调试 21
5 PCB板的制作及焊接的注意事项 23
5.1 PCB板的绘制23
5.2 元件焊接的注意事项 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录 28
1 引言
1.1 研究背景与意义
随着中国经济的发展，中国的大大小小的城市也在不断的成长中。然而在我们推进城市化，我们却忽视了环境的变化。一个城市的成长，必然会给周边的环境带来一系列的破坏。近几年，这一题目也惹起的很多人的关心，成为了焦点话题。国家对当前的现状，推出了许多环保的措施。像“节能减排”这样的宣传语，我们是再熟悉不过的了。
城市化的建设中，越来越多的高楼被建设出来。所以在一个城市中，我们更应该关注建筑节能问题。我国的建筑能耗很高，比发达国家的建筑能耗高出了2倍多。在这高出的2倍中，有很大一部分是供暖带来的。在发达国家，他们采用了一种可以根 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
据每户供暖的需求去供暖的方式，提高了城市建筑供暖的效率。所以为了更好的建设绿色城市，我们应该去寻求一种更合理的采暖技术[1]。
我国的这方面的技术一直用一种聚集供暖的形式，这种方式有很多的弊端。弊端一，集中供暖，一个小区或一栋楼公用一个开关，不能量化每户的需求量；弊端二，集中供暖费用问题，按用户的住宅面积交，有一定的不合理性；弊端三，不能引起用户节能的意识，达到节能减排的理念。如果与供热面积按照费，在室内过热，用户认为不关掉开关的散热器，但更直接打开门窗降温，因为他们会认为我也要收费，不没什么的，这是一种很不好的方式。根据了解，在用户端安装一个可以调节的开关与计量的仪器，可减少35～40％的热量消耗。这样以来就可以改善用户的采暖情况，满足不同用户对于热量的需求。这方面，中国在七八里年很努力的采取了一系列的建筑方面的研究，在房屋外围保温上采取不少措施。但是节能的效果不是很理想，其原因可能是：改善墙体的保温效果，但没有一个很好的量化方式，可能会出现室内温度过高，导致用户通风进行降温，这样一来，很多不必要的热量就浪费。不能达到节能减排的目的。而且用户对此也有很多不满意的地方，用户会觉得自己为了没有必要消费掉的热量去支付费用。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外发展状况
国外的热量计主要是欧美这些发到国家的。由于在国外热量是以商品的方式走向人们的生活中，所以欧洲在上个世纪二十年代就施行了热量按每户消费多少去支付多少的费用。到八十年代就推进了集中供暖，量化收费的方式。70年代的能源危机和环境污染所造成的能源消耗出现，由政府和人们节约能源和保护环境，从而推动美国和欧洲热量表的技术发展。每个建筑必须安装在德国，每个散热器必须安装控制开关和热消耗热量表装置。在上个世纪八十年代，欧洲有些国家的热量计量收费条款中，有要求一栋楼里一定要有热量表，不允许按面积收费用。
历经几十年的科技发展，使得国外拥有了一整套更加成熟的热量计设计系统。目前，发达国家费用收取的根据方法主要有下列几种。
方法一：通过相关仪器直接量测用户消耗的能量。就是通过测量载热液体的质量流量或体积流量、入水温度和出水温度，再经过相关的公式来计算用户消耗的热量，最终根据热量的费用来收取费用。热量计算系统主要有两种构建方式：一种是用卡进行预先支付，能够一次性完成热量消耗量的抄收和支付，简单好用；另一种是采用一种可以自动抄表的热量表，进行远程数据传输的方式，最后进行按户收费。另外，在发达国家还有一种总线体系，叫M.Bus，这种总线体系是专门热量计设计而生的。如今已经在欧洲使用了十几年，在欧洲国家几百万个用户推广中以及用户使用中获取了许多成功的经验，他们的在这方面的技术已经是相当成熟的了。国际上为其制订了标准ISO/CD30/SC7。以上的测量方法的特点有，理论上测量较为准确，价格适中，但安装比较复杂，精度不高，对于一些小的流量要求使用比较精确的流量传感器[2]。
方法二：根据量测客户发热器散发出的热能来收取费。该方法是基于散热器温度和室内温度的温度差的函数计算冷却设备的散热。这种方式选用的是一种热量分派表，这种仪器只能测量发热器之间散发热的热量的相对多少，不能直接量测发热器的温度，因此，它要与热量计共同使用。与热量计相比，这种表比较复杂，测量的结果受环境影响较高，不适合推广。
方法三：根据量测客户的热载荷来确定客户热能。这种方法是测量之间的差别，室内温度和室外温度加热后，总结积累。多房间常数充电。它采用的是温度表。该方式的特性是：安装方便，价格合理。但由于室外温度的影响因素比较多，所以不适合大范围的使用[3]。
1.2.2 国内发展状况
由于我国的国情，所以我们国家在热量计的研究方面开始的比较晚。我国的热量计的研究始于20世纪90年代，我国的研究人员，根据我国的实际供暖需求情况结合国外的先进的技术得到了许多可喜的成果。上世纪九十年代年热量计的原理的设计被国家加入科研课题；1992年国家技术监督局和国家法制计量组织单位中国秘书处翻译出版OIML—R75国际建议《热量表》；1994年以后，少许中小型企业进行自主创新的研发工作；2001年国家参考发达国家的标准和国际这方面专家的建议，颁布了我国第一部热量表标准CJ128-2000；到如今，我国已经有了许多能够自主研发和生产热量计的企业，如江苏远洋仪表有限公司、上海仪表有限公司等企业。这些企业也开发出了一套套符合中国实际供暖情况特色的热量表[4]。
目前，我国家用型量热仪的主要用途，根据这个量热仪的功能可分为3种：普通型，智能通信量热仪和预付费式量热计。在热量计产品方面，由于现在国外的企业较多，在我国推广的热量计也是他们较为先进的产品，因此，我们可以多借鉴国外的技术。另一方面，我国南北跨度较大，在温度和水质方面可能有一定的差异，特别是温度。所以，在我们研究国外先进技术的同时，还要根据不同的外界条件去完善热量系统的研发。从而使热量计能够更好的为大众服务。
1.3 本课题主要研究内容
为了解决我国在供暖方面的各种不合理性，本课题研究一种以单片机为核心的能够测量热量的一种仪器。基于C51单片机的热量计设计，主要测量参数有温度和流量。在测量参数上面主要以高精度的传感器问测量方式，将流量传感器置于供水管道内，温度传感器需要选用两个分别置于进、出供水管端，用来测量温差。保证了测量结果的精确性后，通过热力学计算公式来计算出热量[5]。
2 热量计的系统设计
1 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题主要研究内容 3
2 热量计的系统设计 4
2.1 热量计算公式 4
2.2 热量计的结构图 4
2.3 传感器的选择 5
3 硬件电路的设计 9
3.1 单片机及其外围电路 9
3.2 温度测量电路 13
3.3 流量测量电路 16
3.4 显示电路 18
3.5 电源电路及键盘 19
4 系统调试 20
4.1 软件仿真 20
4.2 硬件调试 21
5 PCB板的制作及焊接的注意事项 23
5.1 PCB板的绘制23
5.2 元件焊接的注意事项 24
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录 28
1 引言
1.1 研究背景与意义
随着中国经济的发展，中国的大大小小的城市也在不断的成长中。然而在我们推进城市化，我们却忽视了环境的变化。一个城市的成长，必然会给周边的环境带来一系列的破坏。近几年，这一题目也惹起的很多人的关心，成为了焦点话题。国家对当前的现状，推出了许多环保的措施。像“节能减排”这样的宣传语，我们是再熟悉不过的了。
城市化的建设中，越来越多的高楼被建设出来。所以在一个城市中，我们更应该关注建筑节能问题。我国的建筑能耗很高，比发达国家的建筑能耗高出了2倍多。在这高出的2倍中，有很大一部分是供暖带来的。在发达国家，他们采用了一种可以根 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
据每户供暖的需求去供暖的方式，提高了城市建筑供暖的效率。所以为了更好的建设绿色城市，我们应该去寻求一种更合理的采暖技术[1]。
我国的这方面的技术一直用一种聚集供暖的形式，这种方式有很多的弊端。弊端一，集中供暖，一个小区或一栋楼公用一个开关，不能量化每户的需求量；弊端二，集中供暖费用问题，按用户的住宅面积交，有一定的不合理性；弊端三，不能引起用户节能的意识，达到节能减排的理念。如果与供热面积按照费，在室内过热，用户认为不关掉开关的散热器，但更直接打开门窗降温，因为他们会认为我也要收费，不没什么的，这是一种很不好的方式。根据了解，在用户端安装一个可以调节的开关与计量的仪器，可减少35～40％的热量消耗。这样以来就可以改善用户的采暖情况，满足不同用户对于热量的需求。这方面，中国在七八里年很努力的采取了一系列的建筑方面的研究，在房屋外围保温上采取不少措施。但是节能的效果不是很理想，其原因可能是：改善墙体的保温效果，但没有一个很好的量化方式，可能会出现室内温度过高，导致用户通风进行降温，这样一来，很多不必要的热量就浪费。不能达到节能减排的目的。而且用户对此也有很多不满意的地方，用户会觉得自己为了没有必要消费掉的热量去支付费用。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外发展状况
国外的热量计主要是欧美这些发到国家的。由于在国外热量是以商品的方式走向人们的生活中，所以欧洲在上个世纪二十年代就施行了热量按每户消费多少去支付多少的费用。到八十年代就推进了集中供暖，量化收费的方式。70年代的能源危机和环境污染所造成的能源消耗出现，由政府和人们节约能源和保护环境，从而推动美国和欧洲热量表的技术发展。每个建筑必须安装在德国，每个散热器必须安装控制开关和热消耗热量表装置。在上个世纪八十年代，欧洲有些国家的热量计量收费条款中，有要求一栋楼里一定要有热量表，不允许按面积收费用。
历经几十年的科技发展，使得国外拥有了一整套更加成熟的热量计设计系统。目前，发达国家费用收取的根据方法主要有下列几种。
方法一：通过相关仪器直接量测用户消耗的能量。就是通过测量载热液体的质量流量或体积流量、入水温度和出水温度，再经过相关的公式来计算用户消耗的热量，最终根据热量的费用来收取费用。热量计算系统主要有两种构建方式：一种是用卡进行预先支付，能够一次性完成热量消耗量的抄收和支付，简单好用；另一种是采用一种可以自动抄表的热量表，进行远程数据传输的方式，最后进行按户收费。另外，在发达国家还有一种总线体系，叫M.Bus，这种总线体系是专门热量计设计而生的。如今已经在欧洲使用了十几年，在欧洲国家几百万个用户推广中以及用户使用中获取了许多成功的经验，他们的在这方面的技术已经是相当成熟的了。国际上为其制订了标准ISO/CD30/SC7。以上的测量方法的特点有，理论上测量较为准确，价格适中，但安装比较复杂，精度不高，对于一些小的流量要求使用比较精确的流量传感器[2]。
方法二：根据量测客户发热器散发出的热能来收取费。该方法是基于散热器温度和室内温度的温度差的函数计算冷却设备的散热。这种方式选用的是一种热量分派表，这种仪器只能测量发热器之间散发热的热量的相对多少，不能直接量测发热器的温度，因此，它要与热量计共同使用。与热量计相比，这种表比较复杂，测量的结果受环境影响较高，不适合推广。
方法三：根据量测客户的热载荷来确定客户热能。这种方法是测量之间的差别，室内温度和室外温度加热后，总结积累。多房间常数充电。它采用的是温度表。该方式的特性是：安装方便，价格合理。但由于室外温度的影响因素比较多，所以不适合大范围的使用[3]。
1.2.2 国内发展状况
由于我国的国情，所以我们国家在热量计的研究方面开始的比较晚。我国的热量计的研究始于20世纪90年代，我国的研究人员，根据我国的实际供暖需求情况结合国外的先进的技术得到了许多可喜的成果。上世纪九十年代年热量计的原理的设计被国家加入科研课题；1992年国家技术监督局和国家法制计量组织单位中国秘书处翻译出版OIML—R75国际建议《热量表》；1994年以后，少许中小型企业进行自主创新的研发工作；2001年国家参考发达国家的标准和国际这方面专家的建议，颁布了我国第一部热量表标准CJ128-2000；到如今，我国已经有了许多能够自主研发和生产热量计的企业，如江苏远洋仪表有限公司、上海仪表有限公司等企业。这些企业也开发出了一套套符合中国实际供暖情况特色的热量表[4]。
目前，我国家用型量热仪的主要用途，根据这个量热仪的功能可分为3种：普通型，智能通信量热仪和预付费式量热计。在热量计产品方面，由于现在国外的企业较多，在我国推广的热量计也是他们较为先进的产品，因此，我们可以多借鉴国外的技术。另一方面，我国南北跨度较大，在温度和水质方面可能有一定的差异，特别是温度。所以，在我们研究国外先进技术的同时，还要根据不同的外界条件去完善热量系统的研发。从而使热量计能够更好的为大众服务。
1.3 本课题主要研究内容
为了解决我国在供暖方面的各种不合理性，本课题研究一种以单片机为核心的能够测量热量的一种仪器。基于C51单片机的热量计设计，主要测量参数有温度和流量。在测量参数上面主要以高精度的传感器问测量方式，将流量传感器置于供水管道内，温度传感器需要选用两个分别置于进、出供水管端，用来测量温差。保证了测量结果的精确性后，通过热力学计算公式来计算出热量[5]。
2 热量计的系统设计
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