基于at89c51单片机的热能表的设计

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1、万方数据《计i与测试技术》2008年第35卷第10期基于AT89C51单片机的热能表的设计TheHeatmeterBasedonAT89C51Singlechip杨建红智兆华单根立陈国志(河北科技大学机械学院，河北石家庄050054)摘要：提出了一种基于A髓9c5l单片机的远传热能表的设计方案。介绍了系统设计中硬件、软件的设计思路、给出了原理框图。关键词：热能表；远传；单片机长期以来，每到冬季，供暖问题就成为长江以北城镇居民的热门话题，特别是近几年随着国民经济的发展，环境保护被广泛重视，能源的利用由粗放式向节约

2、式发展，现在普遍采用的按建筑面积收费的弊端越来越明显，建筑面积通常与实际采暖面积不符，按面积收费，容易引起用户和供热部门的纠纷。而且现在普遍实行的先交费后供暖的模式，使得用户欠费或不交费的状况时有发生，由此给国家造成巨大的经济损失，因此推行热计量是势在必行的。为此我们研究出了一种基于盯89岱1的热能表，下面介绍一下这种热能表的工作原理。1热计量表的原理与基本结构将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上，为了延长使用寿命，流量计一般安装在温度较低的管道上，流量计发出与流量成正比的脉冲信号，一对温度

3、传感器给出表示温差的模拟信号，经过A／D转换为脉冲信号，AT89C51单片机采集来自流量传感器和A／D转换器的信号，其系统结构图如图1所示，单片机采集到流量信号和温度信号后，利用积算公式算出热交换系统所得的热量，其公式如下Q=』P·口·k·dt式中Q为释放或吸收的热量；刁为流经热能表的水的体积流速；P为流经热量表的水的密度；K为在热交换系统中的入口和出口温度下水的焓值差，通过查水的焓值表可以得到：t为水流经的时间。圈1热计量表系统结构圈2热能表系统的设计原理2．1流量测量的设计本设计采用变磁阻霍尔集成传感器式流

4、量测量仪，叶轮的旋转引起霍尔元件磁阻的周期性变化，霍尔元件输出与流量有关的电脉冲信号，经霍尔集成传感器内前置放大器放大并整形送入AT89C5单片机P3．4／T0端记数。工作简单可靠。实际使用的流量测量仪的框架为叶轮形，如图2所示，在叶片的外缘安装一块磁钢，在框架的相应位置安装一个开关型霍尔传感器，这个位置应使叶轮转动时磁钢靠近传感器。霍尔传感器接好线后，应用环氧树脂固化以达防水目的。当水流冲击叶轮时叶轮带动磁钢旋转，磁钢靠近霍尔传感器时，电路便输出一个脉冲，通过测量脉冲的个数即可推知流速的大小。流速乘以时间再乘

5、以管道的横截面积即可得到流量的大小。圈2霍尔叶轮流量计通过测量霍尔传感器的输出脉冲个数即可推知流速大小几，进而可推知流量大小，测量电路如图3所示GND圈3流量测量电路2．2温度测量电路的设计温度的测量采用Ptl000铂热电阻传感器。具体测量电路如图4所示，采用恒压源(5V)对两个Ptl000和R1、R2组成的测温电桥供电，再通过压差放大电路，将温度转换为电压信号Vout=5*R9／R7[R2／(尺1+R2)一R4／(R3+R4)]其中R2、R4为铂电万方数据杨建红等：基fAT'89C51单片祝的热能表的设计阻阻

6、值，铂电阻测量水温后，按照铂电阻在(0～850)U随温度变化的具体关系式Rt=RO(1+at+bt2)便可得到电阻值，式中a=3．96847×10～fC．b=一5．847×10尸C，R0为铂电阻在0。C时的阻值。田4温度测量电路2．3以AT89C51为核心的积算仪的设计(1)硬件电路设计以AT89C51为核心的积算仪是热能表的重要部分。主要接收来自流量传感器、温度感器的信号，进行处理、计算后，记录累计热量、累积流量、入水温度、出水温度等重要参数，如果需要还可以通过HD7279接键盘和8只LED阴极数码管。图5所

7、示为积算仪的电路结构图。A伪9C51是ATMEL公司生产的单片机，它与8051兼容，内含Flash存储器，在应用系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改，大大缩短了应用系统地开发周期，在错误编程时也不会产生废品，具有两种低工耗模式。其扩展的芯片x5054作为AT89C51单片机系统电路的一个辅助芯片，它将复位、电压检测、看门狗定时器和块锁保护的串行E2PROM功能集合一个芯片内。VCC．．志鬻睦划舶AT89a51电阻rr压差放I．厂面F；f]l面习矗郦{大器JI垫皇墨r．1H’电阻I—RAX3485圈5以A

8、T89C51为核心的积算仪的电路结构图流量信号经过霍尔集成传感器自带的施密特电路整形后可以直接进入单片机。无须再外加调理电路，简化了硬件电路，温度信号经压差放大、D／A转换后接入单片机的P0口，由于温度采样需要功耗较大。但由于温度变化较慢，采样时间隔较长，采用可控的供电方式，在采样温度时T1导通，对压差放大电路、D／A转换电路供电，温度采样结束后，T1关断，切断温度采样电路的电压，从而