智能數(shù)碼熱泵供水系統(tǒng)說明書

1、-智能數(shù)碼熱泵供水系統(tǒng)摘要：環(huán)境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事，在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的系統(tǒng)應運而生，熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興系統(tǒng)。本次設(shè)計的智能熱泵供水系統(tǒng)是以環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水為出發(fā)點的綠色系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的eCOG1單片機為主要控制核心，控制系統(tǒng)采用分布式的構(gòu)造，由主控制器和加熱控制器組成，并采用相互配合、相互監(jiān)視的雙CPU控制模式。使用GPRS通信，使跨地區(qū)、跨省的點對點通信成為可能，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。并且采用IC卡結(jié)合指紋管理收費，方便快捷。關(guān)鍵詞：熱泵 IC卡控制 GPRS通信 數(shù)碼控制目 錄：摘要前言第1章：熱泵技術(shù)及其工作原理1.

2、1熱泵技術(shù)簡介1.2熱泵系統(tǒng)分析和總體方案設(shè)計第2章：系統(tǒng)構(gòu)成2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計及總體控制系統(tǒng)2.2 雙CPU電路系統(tǒng)的設(shè)計和分析2.3溫度測量局部溫度傳感器AD590簡介AD590工作原理及其測溫電路AD590在熱泵供水系統(tǒng)中的運用2.4流量測量與控制局部2.4.1根本原理2.4.2工作原理CWV-H0510水流量傳感器在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應用CWV-H0510型水流量傳感器的特性2.5液位控制2.5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計ispPAC10的構(gòu)成及原理ispPAC10在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應用 軟件設(shè)計 抗干擾對策第3章：IC卡及指紋終端描述3.1 IC卡原理簡介3.2 熱泵IC卡系統(tǒng)的工作原理

3、3.3 熱泵IC卡管理系統(tǒng)實現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵局部 智能IC卡SLE4418選擇型號及功能介紹 智能IC卡通信協(xié)議 IC卡系統(tǒng)平安 錯誤檢測和恢復 系統(tǒng)的錯誤檢測和恢復 3.4 IC卡管理系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) 3.5 指紋識別技術(shù)在熱泵IC卡管理系統(tǒng)中的應用 指紋自動識別技術(shù)的根本原理 基于指紋識別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的組成 基于指紋識別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計第4章：GPRS無線傳輸方案4.1 方法比較與方案確實定4.2 GPRS網(wǎng)絡工作原理4.3 串行通信4.4系統(tǒng)總體構(gòu)造和原理4.5 軟件設(shè)計4.6 上位機命令處理第5章：操作過程5.1操作過程流程圖第6章：小結(jié)參考文獻前 言當今社會，環(huán)境污

4、染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的系統(tǒng)應運而生，而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興系統(tǒng)。熱泵供水系統(tǒng)不僅可以通過低品位可再生能源的應用到達節(jié)能的目的，還具有使用壽命長，加熱速度快，運行穩(wěn)定和易于操作等優(yōu)點。特別是其熱效率超過300%在目前世界能源普遍缺乏的情況下，將是未來熱水系統(tǒng)的主要產(chǎn)品。熱泵供水系統(tǒng)將在電廠建立、石油化工、冶金、機械制造、輕紡、食品加工、賓館、學校、溫泉等場所得到廣泛應用，市場前景廣闊。國外熱泵供水系統(tǒng)功能較完備，人機接口良好，調(diào)試方便，運行可靠。缺點就是功能單一而且價格昂貴。

5、國同類系統(tǒng)暴露出一些缺乏，例如：穩(wěn)定性、核心硬件和軟件算法落后，裝置功能單一，不利于廣泛推廣。智能熱泵供水系統(tǒng)主要通過將工業(yè)控制現(xiàn)場的溫度模擬量通過傳感器采集，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計算機，由溫度控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)存儲、處理、顯示或打印的過程，相應的系統(tǒng)稱為溫度控制系統(tǒng)。自適應溫度控制系統(tǒng)所做的工作就是將溫度傳感器采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機，根據(jù)自適應算法計算出相應的需要的控制量，然后再由驅(qū)動電路輸出，控制現(xiàn)場溫度變化的系統(tǒng)。該裝置采用先進的eCOG1單片機為主要控制核心，它有16位哈佛體系構(gòu)造的CPU，同時具有16位數(shù)據(jù)地址空間和24位代碼地址空間，主

6、頻為100MHz, 指令周期短、效率高、功能強大?？刂葡到y(tǒng)采用分布式的構(gòu)造，由主控制器和加熱控制器組成，可實現(xiàn)用水、控水無人值守，操作簡單，采用菜單式管理方式，設(shè)置參數(shù)容易，人機界面直觀友好，便于工作人員操作和監(jiān)控。根據(jù)采集到的參數(shù)，單片機能結(jié)合傳統(tǒng)的控制方式和現(xiàn)代較流行的模糊控制技術(shù)及自適應控制進展綜合決策，實現(xiàn)智能化控制。由于采用遞推等濾波方式，各類參數(shù)顯示平滑準確。為了提高系統(tǒng)的可靠性、減小由元器件問題帶來的誤差、增強抗干擾性。本裝置采用相互配合、相互監(jiān)視的雙CPU控制模式。兩個CPU同時工作，互相監(jiān)視。將采集到的數(shù)據(jù)相互比較，如果結(jié)果相近，則直接采用該結(jié)果；如果結(jié)果相差過大，則通過分析

7、，拋棄誤差較大的結(jié)果。使用無線通訊遠程監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)如時間控制、流量控制、水溫控制、收款控制，管理方便、抗干擾性強。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，能在PC機上加以顯示，工作人員也能對系統(tǒng)的參數(shù)進展遠程在線調(diào)整。而使用GPRS通信的好處是可以抑制一般的嵌入式TCP/IP通信只能局限在局域網(wǎng)的缺點，使跨地區(qū)、跨省的點對點通信成為可能。采用IC卡結(jié)合指紋管理收費，方便快捷，特別適合學校、醫(yī)院、賓館等單位使用。第1章 熱泵技術(shù)及其工作原理1.1熱泵技術(shù)簡介熱能根據(jù)其溫度的上下可分為低品位能源和高品位能源越接近環(huán)境溫度的熱能品位越低而高出環(huán)境溫度幅度越高，則熱能品位越高，我們生活所需供應的熱水一般在0100之間，均

8、為低品位能源。地球環(huán)境的各種介質(zhì)均含有低品位的熱能。這些介質(zhì)包括土壤、地下水、河流、湖泊、海水、污水和空氣。以為例：土壤和地下水溫度全年約14左右，空氣溫度一般為-1540。這些潛在能源品位很低用來發(fā)電幾乎是不可能的通常也不被計入可再生能源利用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。但是，這種低品位可再生能源完全適用于建筑供暖空調(diào)用能或生活熱水供應的目的。為了實現(xiàn)這一技術(shù)目標，必須借助熱泵技術(shù)的運用。根據(jù)獲取的自然能源的能量來源不同，大致可分為土壤源熱泵，水源熱泵(地下水，地表水)，海水源熱泵，污水源熱泵，空氣源熱泵幾大類。使用熱泵系統(tǒng)可同時滿足建筑物冬季供暖、夏季制冷和全年的生活熱水的要求，不僅可以通過低品位可再生能源

9、的應用到達節(jié)能的目的，還具有使用壽命長，運行穩(wěn)定和易于操作等優(yōu)點。可以說，熱泵技術(shù)是實現(xiàn)大規(guī)模利用自然能源向建筑物供能的必需技術(shù)途徑。熱泵技術(shù)的開展已歷經(jīng)一個多世紀，1824年法國青年工程師卡諾首先提出熱力學循環(huán)理論，1852年開爾文具體提出了熱泵的設(shè)計思想，但是由于當時條件所限并未立即投入實際研發(fā)。直到1917年德國卡賽伊索達制造廠首次把熱泵應用于工業(yè)生產(chǎn)，這一技術(shù)才引起較大轟動。但是當時熱泵的初期投資遠遠高于其他采暖設(shè)備，加上那個時代燃料能源價格低廉，而驅(qū)動熱泵工作的電能卻十分昂貴，因此在經(jīng)濟上并不合算。另外，由于當時壓縮機、換熱器等核心部件的制造工藝還不成熟，導致該技術(shù)并未得到開展和推廣

10、。隨著工業(yè)生產(chǎn)的開展，進入20世紀70年代之后，世界圍能源危機的爆發(fā)，加速了熱泵技術(shù)的開展與應用，而熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有近十幾年的歷史。圖11空氣源熱泵熱水器原理圖熱泵熱水器的工作原理可以分為兩個工作循環(huán)，即制冷劑循環(huán)回路和水循環(huán)回路，其工作流程如圖11所示。在制冷劑的循環(huán)回路中，壓縮機吸入溫度較高的低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓的氣體，再將這些高溫高壓氣體送入冷凝器中去進展熱量交換。水循環(huán)回路中，冷水在水泵的作用下，進入到冷凝器，在冷凝器中與高溫高壓氣體進展熱交換，制成熱水。同時，冷凝器中的高溫高壓氣體變成了低溫低壓的氣體或液體，送入儲液罐。制冷劑從儲液罐中輸出后，經(jīng)過濾器、膨

11、脹閥，進入蒸發(fā)器從空氣中吸熱而蒸發(fā)。然后，制冷劑蒸汽再次被壓縮機吸入，開場下一個循環(huán)。通過這樣反復的循環(huán)工作，從而到達對水箱中的水加熱的目的。它本身消耗一局部電能，即壓縮機耗電Qb；同時通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在水冷板式換熱器(即冷凝器)中進展放熱Qc，根據(jù)能量守恒定律有：Qc=Qa+Qb，即熱泵輸出的能量為壓縮機做的功Qb和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量Qa之和；通常Qa為Qb的3倍以上，即能源利用效率達300以上，而通常的電熱水器能源利用效率僅為95左右1。1.2控制系統(tǒng)分析和總體方案設(shè)計熱泵熱水器的主要控制點有：水泵、壓縮機、風機、除霜電磁閥等。由于這些控制點都是開關(guān)量控制，因此可以采用繼電器控制。為了

12、實時監(jiān)控熱泵熱水器的工作狀態(tài)，需要對熱水進口溫度、熱水出口溫度、管壁溫度、壓縮機溫度等參數(shù)進展檢測。考慮到熱水器對溫度檢測精度的要求和產(chǎn)品的本錢，該控制器采用熱敏電阻來檢測熱泵熱水器的水溫?？刂破鞑捎脝⑼嚎s機的方式控制熱水水溫，其具體過程為：啟動熱水器開場加熱：一旦熱水溫度高于設(shè)定溫度1時關(guān)閉壓縮機：一旦熱水溫度低于設(shè)定溫度1時啟動壓縮機。如此反復循環(huán)，控制器能夠把熱水出口溫度控制在設(shè)定溫度±1的圍波動，既能較好地控制熱水溫度，又可防止過度頻繁地啟動停頓壓縮機。作為一款先進的智能型熱泵熱水器控制器，它具有自動化霜和故障報警等功能。當熱水器的管壁溫度持續(xù)低于-10C的時間到達30mi

13、n時，控制器自動翻開化霜電磁閥，停頓壓縮機運行，開場化霜，同時在LED顯示面板上顯示化霜標記。停頓化霜的條件為管壁溫度大于5C或化霜時間大于30min。如果停頓化霜時，管壁溫度未到達5C，則在停頓化霜30min后，重新開場化霜。如果經(jīng)過3次連續(xù)化霜管壁溫度都沒到達5C，則停頓化霜。同時，在顯示面板上顯示化霜不成功標記，以提示用戶翻開輔助電加熱。該控制器對熱水器主要故障，例如壓縮機上下壓故障和壓縮機溫度過高等，采取了保護性措施。當控制器檢測到壓縮機出現(xiàn)上下壓異常時，立即停頓熱水器運行。同時在顯示面板上顯示故障類型，并把運行指示燈改成閃爍狀態(tài)，以提示用戶。根據(jù)熱泵熱水器的控制要求和實際情況，控制器

14、采用了雙單片機系統(tǒng)，一片 (主系統(tǒng))用于數(shù)據(jù)的采集和熱泵熱水器的控制，另一片 (從系統(tǒng))用于人機界面接口的實現(xiàn)，即按鍵和LED的顯示，主、從CPU之間的協(xié)調(diào)與通信采用串口通訊來實現(xiàn)2。圖12熱泵熱水器控制器系統(tǒng)組成構(gòu)造圖第2章 系統(tǒng)構(gòu)成2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計及總體控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計中采用賽恩公司最新出品的eCOG1K微處理器為中控芯片，配合多功能數(shù)據(jù)采集芯片，也將大幅提高裝置的抗干擾性能，并降低功耗和本錢。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2-1所示。主要由兩片eCOG1k、輸入電路組成和輸出電路組成。圖2-1 系統(tǒng)硬件組成框圖圖2-2控制系統(tǒng)構(gòu)造圖2.2雙CPU電路系統(tǒng)的設(shè)計和分析采用雙CPU交互控制，利用冗

15、余原理提高保護裝置的可靠性。兩個CPU同時工作，互相監(jiān)視，將采集到的數(shù)據(jù)相互比較，如果結(jié)果相近，則直接采用該結(jié)果；如果結(jié)果相差過大，則通過分析，拋棄誤差較大的結(jié)果。通過該種相互配合、相互監(jiān)視的雙CPU控制模式，可以大幅度提高系統(tǒng)的可靠性、減小由器件問題帶來的誤差、增強抗干擾性。另外，在硬件設(shè)計中采用賽恩公司最新出品的eCOG1K微處理器為中控芯片，配合多功能數(shù)據(jù)采集芯片，也將大幅提高裝置的抗干擾性能，并降低功耗和本錢雙CPU電路系統(tǒng)是一種冗余構(gòu)造，包含2個CPU，其中1個CPU是主CPU，一般處于工作狀態(tài)，另1個是備用CPU。當主CPU正常工作時，備用CPU的端口將自動封鎖起來；當主CPU將控

16、制權(quán)交給備用CPU或主CPU出現(xiàn)故障時，備用CPU將啟動，同時將主CPU的端口封鎖。雙CPU電路的原理圖如圖2-3所示 ：其端口控制的邏輯關(guān)系式為其中n14，可將以上布爾代數(shù)寫入GAL16V8，如圖23所示。圖2-3 雙CPU冗余電路原理圖對雙CPU電路進展分析：定義：CPU(1)為主CPUCPU(0)為輔助CPUCPU(F)為CPU的失控狀態(tài)為CPU1的輸出, 為CPU1的輸出分析三種工作狀態(tài):一般情況下為CPU1(1) CPU2(0),此時=,輸出=如果CPU1(F), CPU2(0)變成CPU2(1),同時=1,此時=如果CPU1(0), CPU2(0),同時=,輸出=由以上分析可知無論

17、在什么情況下,都能正常工作。 CPU2 不斷檢測CPU1是否有中斷發(fā)生，以此判斷CPU1是否正常工作，如果沒有 CPU2(0)變成CPU2(1),同時=1。2.3溫度測量局部溫度傳感器AD590簡介AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲等的干擾。這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在lµA以下作微小變化，同時也適用于本文所要求的模塊化、分體式構(gòu)造的特點。AD590的主特性參數(shù)如下：工作電壓：4

18、30V工作溫度：一55 +150保存溫度：一65+175正向電壓：+44V反向電壓：一20V焊接溫度(10秒)：300靈敏度：lµAKAD590工作原理及其測溫電路其工作原理為：以AD590為一橋臂的測溫電橋采取到的溫度信號，經(jīng)差動放大并進展緩沖隔離后一路送至數(shù)顯表進展數(shù)字化溫度顯示，另一路與設(shè)定值相比較，比較出來的差值由開關(guān)K控制可選擇送入兩路調(diào)節(jié)控制器。其中一路由比較放大器和繼電器組成，以此為調(diào)節(jié)控制器可使該裝置形成一個無需與計算機相連的獨立的測控溫設(shè)備；另一路由PID調(diào)節(jié)器(由AD、DA與裝有PID調(diào)節(jié)軟件的計算機構(gòu)成)和可控硅組成，從調(diào)節(jié)控制器出來的信號通過控溫執(zhí)行元件實現(xiàn)溫

19、度控制。用半導體溫度傳感器AD590(IC4)配上相關(guān)電路，可構(gòu)成0100C溫度檢測器。此時傳感器AD590的輸出電流與絕對溫度成正比，在溫度-55150C時，其電流靈敏度為1µA絕對溫度1度。例如傳感器測室溫度為25C時，其輸出電流為298µA(絕對溫度=273+25=298K，因1K的電流輸出為lµA，則298K時傳感器輸出為298µA)。該0100C溫度監(jiān)測器電路原理如圖2-5所示：圖2-5溫度監(jiān)測器電路原理圖IC1與IC3是電壓跟隨器，起緩沖作用，防止負載對信源的影響，如傳感器輸出電流為298µA，適當調(diào)整傳感器的電位器VR1，使ICl

20、第腳輸入電壓為298mV，則IC1第腳輸出也為298mV，適當調(diào)整VR2可使IC3的第腳輸入為273mV，因而IC3的第腳輸出也為273mV。IC2及其外圍電路組成減法器，其第腳輸出電壓為ICl輸出電壓與IC3輸出電壓之差，即Vt=298273=25mV，將Vt電壓信號送入顯示電路，就會在液晶顯示屏或萬用表上顯示攝氏溫度的數(shù)值(本例中輸出25mV，在顯示電路上將顯示25C)。本電路的校準步驟如下：首先將傳感器放入冰中(0C)，并調(diào)整VR2，使電路輸出為0mV(用萬用表測試)。然后將傳感器浸入沸水(100C)中，調(diào)整VR2使萬用表讀數(shù)為100mV，校準即可完畢。只要有溫度變化，傳感器輸出電壓就發(fā)

21、生改變，IC2就立刻得到兩個電壓的差值，溫度就會連續(xù)不斷的顯示出來3。 最后溫度測控裝置的調(diào)節(jié)控制器中的一路采用了PID調(diào)節(jié)器(比例積分微分調(diào)節(jié)器)，它能根據(jù)溫度設(shè)定值與實際值之差的比例值、積分值、微分值來確定控制量的大小。溫度測控裝置主要采用的是輸出反響型控制，從這一原理出發(fā)就可以實現(xiàn)恒溫箱的設(shè)定值和實際值之差為最小。2.3.3 AD590在熱泵供水系統(tǒng)中的運用在供熱過程中，流量采集儀表測量出熱水的流量、溫度、壓力，并將測得的物理量通過AD590轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由RS232標準串口傳輸給IC卡計費監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置計算當前用戶熱能費率，進展實時累加，并從IC卡中扣除費用。通過溫度傳感器我們

22、可以任意控制水的加熱溫度，以滿足使用者的不同需求，同時也為節(jié)能提供了根據(jù)。在使用者的終端界面，使用者可以根據(jù)需要選定溫度，然后終端控制系統(tǒng)將選定的溫度數(shù)據(jù)通過無線傳輸發(fā)送到加熱控制系統(tǒng)，將自來水快速的加熱到所需溫度，以滿足使用者的需要。 我們可以將溫度傳感器安裝在距離電機較遠的地方，以減少電磁干擾，從而使溫度傳感器的準確度更高。2.4流量測量與控制局部根本原理半導體薄片置于磁感應強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。：磁感應強度B為零時的情況圖2-6磁感應強度B為零時的情況磁感應強度B 較大時的情況：作用在

23、半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱菘捎孟率奖硎荆簣D2-7磁感應強度B較大時的情況水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻，同時通上5 V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關(guān)殼推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，切割磁感應線，產(chǎn)生上下脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動熱泵系統(tǒng)4。其脈沖信號頻率的經(jīng)歷公式見式2-1: 式2-1則水流量為： 式2-2式中 -脈沖信號頻率，Hz-水流量，Lmin圖2-7 轉(zhuǎn)換電路圖2-8 方波周期式2-

24、3 式2-4流量輸出的脈沖頻率為鋸齒波，經(jīng)過如圖27轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)化為方波可以被CPU直接讀取，同時開場計數(shù)。如圖2-8所示，在下降沿脈沖觸發(fā)開場計數(shù)至下一個下降沿脈沖觸發(fā)為一個周期，則頻率如式2-4計算可得，這個頻率可以直接被CPU讀取。由水流量傳感器的反響信號通過控制器判斷水流量的值。根據(jù)熱泵系統(tǒng)機型的不同，選擇最正確的啟動流量，可實現(xiàn)超低壓(002 MPa以下)啟動。2.2.2工作原理水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成(見圖2-5)。它裝在熱水器的出水端用于測量出水流量。當水流過轉(zhuǎn)子組件時，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化。霍爾元件輸出相應的脈沖信號反響

25、給控制器，由控制器判斷水流量的大小，調(diào)節(jié)控制比例閥的電流，從而通過比例閥控制熱水量，防止熱泵系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象。水流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯(lián)動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現(xiàn)干燒等缺點。 CWV-H0510水流量傳感器在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應用電磁閥口徑為3cm的CWV-H0510型水流量傳感器，它價格較低，體積小、重量較輕便于攜帶，而實際生活應用中可以根據(jù)自己的需要，定制口徑和接線端連接方式和線路長短。CWV-H0510型水流量傳感器如圖2-10所示： 圖2-10CWV-H0510型水流量傳感器CWV-H0510型水流量傳感器的特性使用條件a.額定工作電壓：D

26、C 5V b.額定電壓圍：DC 518V c.使用溫度圍：-20+80。C(無結(jié)冰狀態(tài)) d.使用溫度圍：35%90%RH(無結(jié)霜狀態(tài))e.允許耐壓： 1.2MPa以下流量脈沖特性脈沖頻率Hz8.1Q-310%(垂直方向安裝)=流量L/min密封型封閉各孔，加1.2MPa水壓試驗1分鐘無泄漏和變形現(xiàn)象。2.3液位控制液位是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領(lǐng)域里，對液位的測量和控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。以小電容感應元式多層液位傳感器為核心研制的液位控制系統(tǒng)能對液位進展巡回檢測、顯示和報警，同時采用增量式PID控制算法對液位進展智能控制。由于單片微型計算機具有體積小，耗

27、電少，控制精度高，運行可靠等特點，所以廣泛應用于生產(chǎn)實際中。2.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計小電容感應元式液位傳感器由按照特定方式排列的一組平板小電容組成。電容的最正確排列方式依據(jù)具體的測量要求確定。一般地，可以將傳感器做成板狀。每個電容的兩個極板，做成長方形，并排排列，所有電容縱向排成一列，保持等間距。實驗證明，可以做成所有小電容有一公共極板的構(gòu)造。為保證電容在液體中不被腐蝕，使用聚四氟乙烯薄膜覆蓋整個傳感器。由傳感器的構(gòu)造可以看到，每一個小電容由兩塊極板、外表的聚四氟乙烯薄膜和兩塊極板間的測量介質(zhì)組成。平板電容器構(gòu)造的電容值C由下式?jīng)Q定：其中：極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A平行極板有效面積；d極板間距離

28、。位于同一介質(zhì)中的小電容將具有相近的電容值。用掃描方式獲取每一個小電容的電容值，會獲得與分層液位相應的幾組電容值。在液位的分界面會出現(xiàn)大的電容值的躍變。由于在傳感器的安裝中，每個小電容的位置與具體液位相對應，通過判斷電容值發(fā)生較大躍變的位置，從而獲得分層液面的位置。調(diào)頻電路將電容式傳感器作為LC 振蕩器諧振回路的一局部，當電容傳感器工作時，電容發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率 f 產(chǎn)生相應的變化。如圖2-11所示：圖2-11調(diào)頻電路通過嚴格時序控制的多路開關(guān)的開合，掃描整個小電容陣列，可獲得各個電容的對應電壓值V，據(jù)此判斷液位的分界面。如果為理想狀態(tài)，每個處于同一介質(zhì)中的小電容單元必然有一樣的對應電

29、壓V的輸出。掃描與位置對應的小電容陣列，必然得到與位置分布規(guī)律一樣的V，則很容易獲得介質(zhì)的分界面。小電容感應元式液位傳感器的主要芯片是ispPAC10。ispPAC10在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應用ispPAC10構(gòu)件中，輸入與輸出完全不同。和單端I/O比起來，他有有效的雙動態(tài)圍。根據(jù)說明還可以產(chǎn)生和改善功能，如普通輸入模式拒絕總音調(diào)失真。不同的峰-峰值電壓由不同的輸入、輸出引腳末端的信號決定，例如：假設(shè)V+=3 V，V-=1 V，則差壓為+2 V。由于可以在不同的I/O引腳上存在不同的極性電壓，因此也可以V+=1 V，V-=3V，則差壓為2 V。計算2個引腳末端的電壓差，為|+22|=4 V，可

30、以看出絕對差壓信號產(chǎn)生了有效的動態(tài)圍。雖然輸入與運放相聯(lián)，但沒有改變部線路，所以輸入極性可編程且不影響輸入的阻抗和動態(tài)性能。單端運放可以使用一個輸入和(或)輸出引腳來實現(xiàn)，根據(jù)需要，調(diào)整增益，以到達需要輸出的電平值。ispPAC10工作時，由單一的+5 V供電，包括部產(chǎn)生的2.5 V參考基準電壓。參考電壓可通過電壓參考模式或VREFOUT引腳有效輸出到外部熱泵系統(tǒng)中，普通模式輸出經(jīng)常為2.5 V，而與輸入模式電平無關(guān)需要時，可用一外部電壓替代VREFOUT，但可選的普通模式輸出電壓VCM必須由用戶通過CMVIN輸入引腳提供，惟一的限制是參考電壓必須介于1.253.25V之間，當用外部電壓代替，

31、并且PAC10必須被編程時，在每一個PAC模塊的根底上，用外部參考源替代部的2.5V。輸出電壓量經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后接到CPU中，通過PID算法對液位上限、下限的設(shè)置。根據(jù)不同的電壓值對應著不同的液位來實現(xiàn)對進、出水閥們的控制。但設(shè)置時ispPAC10不能超過5 V電源信號調(diào)節(jié)8 。 軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要由主程序、采樣程序和PID算法程序和一些子程序組成。主程序的流程圖如圖2-14所示：圖2-14主程序流程圖主程序的主要功能是完成CPU的初始化，設(shè)置液位的上限和下限，顯示實時液位值，鍵掃描等工作。 采樣和數(shù)據(jù)處理模塊：本系統(tǒng)利用定時循環(huán)輪流對8個液位進展實時采樣，對實時數(shù)據(jù)進展數(shù)據(jù)處理，并

32、采用PID控制方案。由于本系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是步進電機，所以我們采用了增量式PID控制。根據(jù)遞增原理可得：式中：則增量控制算法為：根據(jù)以上推導，得到增量式PID控制算法的程序流程圖如圖2-15所示。 圖2-15 增量式PID控制算法的流程圖用戶可以通過鍵盤設(shè)定液位的上限值和下限值，以及在任意時候顯示液位的上下限值。當液位的高度超出或低于設(shè)定值時，進展聲光報警，以提醒操作人員進展及時的處理。 抗干擾對策硬件抗干擾設(shè)計：系統(tǒng)電源是一個重要部件，又是與外部電網(wǎng)直接聯(lián)系的局部，為了防止從電源系統(tǒng)引入干擾信號，在電源輸入端設(shè)置低通濾波器，濾去高次諧波成份。另外還采用了eCOG1k中的看門狗定時器，以進一步提

33、高系統(tǒng)硬件抗干擾的能力。軟件抗干擾設(shè)計：在程序設(shè)計時，將各程序模塊分區(qū)存放，彼此之間空出一些存儲單元，在這些單元中填充FFRST指令。同時對程序中重要的跳轉(zhuǎn)和調(diào)用子程序指令前均參加三個NOP指令，以保證程序流向的正確性，因為PC只要錯一個數(shù)碼，則整段程序就會面目全非，從而造成檢測系統(tǒng)的混亂。利用滑動平均濾波法求取平均值。將最近6次采樣得到的液位值，去除最大值和最小值，剩下的4個數(shù)據(jù)求算術(shù)平均值。該液位智能控制系統(tǒng)采用了單片機作為主控制器，構(gòu)造簡單，可靠性高，抗干擾性強，由于應用了PID控制方案，系統(tǒng)的響應速度快，超調(diào)量小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，具有一定的實用價值。第3章 IC卡及指紋終端介紹3.1 I

34、C卡原理簡介IC卡工作的根本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片有一個IC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率一樣，這樣在電磁波鼓勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙莸碾姾伤偷搅硪粋€電容存儲，當所積累的電荷到達2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡數(shù)據(jù)發(fā)射出去或承受讀寫器的數(shù)據(jù)。3.2熱泵IC卡系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)分為軟件和硬件兩局部。軟件包括IC卡熱泵供熱管理系統(tǒng)軟件、智能接觸式IC卡計費監(jiān)控裝置中PIC程序。硬件則包括裝有供熱管理系統(tǒng)軟件的PC機、液晶顯示屏、智能接觸式IC卡片、IC卡讀寫器、I

35、C卡計費監(jiān)控裝置、控制閥和現(xiàn)場流量采集儀表。這其中，流量采集儀表即是熱泵熱水出口流量的檢測儀表。用智能IC卡對熱泵進展計費和管理控制的根本思想是對供應熱水的用戶建立與之相對應的IC卡計費監(jiān)控裝置和IC卡賬號，以預付款的方式進展供熱水。用戶先在供應熱水的管理部門往IC卡中存入一定量的金額，管理部門通過IC卡讀寫器將相應數(shù)額充入IC卡中，用戶持充值后的IC卡插到智能熱泵計費監(jiān)控裝置中，如果用戶卡上的信息正確且通過合法性檢查，則供熱控制閥開啟，開場供應熱水。在供熱過程中，流量采集儀表測量出熱水的流量、溫度、壓力，并將測得的物理量通過AD590轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)由RS232標準串口傳輸給IC卡計費監(jiān)控

36、裝置，監(jiān)控裝置計算當前用戶熱能費率，進展實時累加，并從IC卡中扣除費用。3.3 熱泵IC卡管理系統(tǒng)實現(xiàn)中的幾個關(guān)鍵局部IC卡管理系統(tǒng)的組成有硬件也有軟件，如何把硬件和軟件較好地組織在一起實現(xiàn)供熱水管理，是問題的關(guān)鍵。下面就其中幾個關(guān)鍵局部給予說明。 智能IC卡SLE4418選擇型號及功能介紹IC卡是用來使用和管理熱泵系統(tǒng)的媒介，本系統(tǒng)選擇西門子公司的接觸式IC卡SLE4418。SLE4418IC卡共有1024×8位EEPROM，可逐字節(jié)地進展寫操作與刪除操作，每個字節(jié)都有具有程序?qū)懕Ｗo位。除了以上功能外，SLE4418還帶有程序密碼校驗邏輯(PSC)，此卡的根本特點如下：具有1024

37、×8位的EEPROM存儲器；以字節(jié)為編址單位；具有1024×1位保護存儲器，保護存儲器設(shè)置后不可撤消；三線串行總線；可進展10萬次擦寫操作；數(shù)據(jù)保存10年；卡具有2個字節(jié)的PSC程序加密位，數(shù)據(jù)僅在密碼檢驗正確后，方可進展寫操作。在本系統(tǒng)運行過程中，由CPU將處理后的指紋圖像信息寫入到IC卡中存儲。本熱泵系統(tǒng)以IC卡作為管理媒介，使裝置能按用戶預付費購得的熱量開閥供熱水，當預購熱水量用盡時，需要自動關(guān)閉供熱閥，中斷熱供應。由于IC卡是信息傳送途徑，平安方面有可能會被人利用失卡、竊卡、偽卡作案，還有設(shè)法找出IC卡上有效數(shù)據(jù)，對其進展修改。因此選擇適宜的IC卡，是影響整個熱泵供

38、熱管理系統(tǒng)平安性和可靠性的重要因素。 IC卡通信協(xié)議這種通信用RS232為物理接口，以MODBUS協(xié)議為標準，通信協(xié)議描述了IC卡終端請求微機和IC卡終端的過程，以及怎樣偵測并記錄錯誤。協(xié)議制定了消息域格局和容的公共格式，決定了每個IC卡終端需要的設(shè)備地址，在通信過程中按識別地址發(fā)送消息，微機和IC卡終端按協(xié)議決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要反響，它們還將生成反響信息并在協(xié)議中發(fā)出。1微機和IC卡終端間采用的是基于RS232總線的主從方式點對多點通信，各為主、附屬設(shè)備，被呼叫時響應，或主發(fā)；主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以播送方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨通信，從設(shè)備返回一消息作為響應；如果是以播

39、送方式查詢的，則不作任何回應。2微機和IC卡終端可作為主從設(shè)備，主從設(shè)備中建立了主設(shè)備查詢和從設(shè)備回應消息的格式；在通信接收過程中如果發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯誤命令并把它作為回應發(fā)送出去。盡管網(wǎng)絡通信方法是“對等，如果一設(shè)備發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從設(shè)備得到回應。同樣，當主設(shè)備接收到消息，它將建立一從設(shè)備回應格式并返回給發(fā)送的控制器。3通訊方式全兼容，采用異步通信，起始化1位，數(shù)據(jù)位8位，停頓位l位，無校驗。數(shù)據(jù)傳輸速率為1.2Kbps、2.4Kbps、4.8Kbps、9.6Kbps、19.2Kbps。 系統(tǒng)平安性為了提高系統(tǒng)的平安性和可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計時

40、，采用了以下幾方面的措施 ：數(shù)據(jù)庫平安機制 對于涉及數(shù)據(jù)庫修改的操作人員，創(chuàng)立每人惟一的賬號密碼，對于可修改數(shù)據(jù)的人嚴格管理，保證無關(guān)人員無法操作數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)軟件準確記錄每條重要數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、修改人和時間，保證非法數(shù)據(jù)都有蹤可尋；IC卡和計費監(jiān)控裝置 發(fā)行IC卡時，在IC卡的數(shù)據(jù)保存區(qū)寫入系統(tǒng)標識符，IC卡上的標識碼與裝在用戶處的IC卡計費監(jiān)控裝置是惟一對應的，每IC卡上的購熱數(shù)據(jù)必須由該卡對的計費監(jiān)控裝置讀出。只有當系統(tǒng)標識符與裝固化信息相一致后，本裝置才承受用戶通IC卡對裝置進展的各項操作，這樣就免除了戶卡喪失將給用戶造成的不必要損失。IC卡與指紋結(jié)合進展管理 此局部在3.6小節(jié)中介紹 錯

41、誤檢測和恢復 錯誤檢測和恢復包括一致性檢查和錯誤處理兩局部。數(shù)據(jù)庫可以通過計算校驗和檢測到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)被非法改動后，開場執(zhí)行錯誤處理，將一些分析數(shù)據(jù) (如改動記錄數(shù)、明細、改動時間等)提交給系統(tǒng)管理員，由其采取下一步措施(如恢復到改動前數(shù)據(jù)庫的狀況、將變動數(shù)據(jù)標記等)。 以上5個關(guān)鍵局部的實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的可靠性和平安性有很大的保障。其中，IC卡管理系統(tǒng)軟件是供熱部門和供熱用戶之間實現(xiàn)IC卡充值、管理用戶供熱等重要功能的窗口，直接關(guān)系到對供熱用戶的管理，它的實現(xiàn)十分重要。3.4 IC卡管理系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) IC卡管理系統(tǒng)軟件是實現(xiàn)IC卡充值、管理用戶供熱的重要局部，它的設(shè)計必須嚴謹、靈活，這樣才能減

42、少操作員犯錯的時機、減輕工作量、提高工作效率，并且方便對供熱用戶的管理。下面就其中IC卡系統(tǒng)軟件局部的功能模塊做個說明, 系統(tǒng)軟件功能模塊圖如圖3-1所示。圖3-1IC卡系統(tǒng)軟件功能模塊圖用戶根本資料模塊對于新的用戶進展資料錄入，在數(shù)據(jù)庫中新增一條記錄，同時發(fā)給IC卡。對于舊用戶，先根據(jù)用戶編碼，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出用戶記錄，對于資料變動局部，改動后予以保存。設(shè)置用戶類型，針對不同類型的用戶，設(shè)置用戶類型收取不同價格的費用。收費管理模塊用戶憑IC卡購置熱量，操作員從IC卡讀出用戶信息，再把用戶所買熱量記錄到IC卡 ，同時打印票據(jù)。IC卡管理模塊 用戶遺失IC卡后，前來掛失并補辦新的IC卡，遺失的舊I

43、C卡作廢。查詢統(tǒng)計模塊 提供了多種方式，方便地查詢數(shù)據(jù)庫中的記錄，可以匯總，也可分戶。還可以根據(jù)操作員設(shè)置，統(tǒng)計出熱量的售熱情況。系統(tǒng)功能模塊 實現(xiàn)操作員對登陸密碼的修改操作，設(shè)置新的操作員和權(quán)限分配，并且可以進展數(shù)據(jù)備份。數(shù)據(jù)庫是程序運行的根底，應該經(jīng)常性的進展數(shù)據(jù)庫的備份，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫或者操作系統(tǒng)崩潰時，可以利用其進展快速恢復，減少維護的難度。這5個功能模塊中，收費管理模塊是系統(tǒng)軟件的核心，系統(tǒng)功能模塊是整個供熱收費系統(tǒng)軟件不可缺少的局部，它對于核心功能起到支持和完善的作用。3.5 指紋識別技術(shù)在熱泵IC卡管理系統(tǒng)中的應用本智能熱泵系統(tǒng)具有高效、可靠的身份認證機制：IC卡配套采用指紋識別技

44、術(shù)以確定用戶身份的合法性，可在喪失IC卡的情況下，不會造成用戶的損失。 指紋自動識別技術(shù)的根本原理指紋識別的過程是比較復雜的。與人工處理不同，計算機指紋識別常 常不直接存儲和比對指紋圖像，而是在指紋圖像上提取指紋特征并比對指紋的特征。其根本的識別原理如圖3-2所示：圖3-2 計算機指紋識別的過程 基于指紋識別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的組成 本刷卡裝置采用“IC卡+指紋的雙重識別模式，真正做到“人卡合一，從而使得整個系統(tǒng)的平安性能得到顯著的提高。其主要的設(shè)計思路是：IC卡管理系統(tǒng)將卡持有者的指紋加密后存儲在IC卡上，并在IC卡的讀寫機或系統(tǒng)上加裝指紋識別系統(tǒng)，當持卡者將卡插入智能卡讀寫機時，讀寫機具

45、首先將指紋信息讀出來并要求用戶比對指紋，通過比對卡上的指紋和持卡者本人的指紋就可確定持卡者是否為卡的真正主人。這樣便保證了只有真正的卡主人才能使用這卡。此方案中的優(yōu)點是不需要大容量的數(shù)據(jù)庫存儲用戶的指紋信息，用戶指紋的特征值與一些重要的信息都存儲在IC卡中，由于IC卡具有邏輯加密和平安校驗機制，使得個人指紋信息的平安性和比對速度都會大大提高。其系統(tǒng)組成如圖3-3所示。12圖3-3 指紋IC卡熱泵管理系統(tǒng)1熱泵管理PC機：熱泵管理PC機主要完成計費管理和發(fā)卡兩項功能，其中計費管理主要實現(xiàn)購置和消費信息記錄、查詢、統(tǒng)計等管理任務。發(fā)卡則是指在將卡片發(fā)行給用戶之前，需要由發(fā)卡機構(gòu)將卡片的應用序列號、

46、密碼、允許使用天數(shù)等根本信息寫入用戶IC卡的這一過程。2指紋IC卡：指紋IC卡是指記錄用戶生物指紋特征值的存儲IC卡。卡持有者在每次使用熱泵前將該卡插入讀卡機，隨后將手指伸到指紋采集儀的窗口上，讀卡機便會自動將他的指紋和卡上的指紋相比對，比對成功則可進一步使用智能熱泵得到熱水，同時記錄進入的卡號、時間、消費額度等信息。3IC卡熱水出口閥：IC卡熱水出口閥受單片機控制系統(tǒng)的支配，當指紋身份驗證正確后，單片機控制系統(tǒng)啟動，檢驗IC卡有余額后，用戶可在鍵盤上輸入需要的熱水量，熱水出口閥啟動。4指紋儀：是指紋特征的采集設(shè)備，通過指紋儀獲取指紋圖像質(zhì)量的好壞將直接影響到圖像處理軟件算法的難度和識別率的上

47、下，基于光學原理的指紋儀傳感器能有效地抑制傳統(tǒng)電容指紋傳感器容易受靜電干擾及手指磨損難于讀取指紋等缺點。 指紋識別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計圖3-4是主程序流程圖，系統(tǒng)上電復位初始化時，讀取系統(tǒng)E2PROM中的各項參數(shù)，然后定時檢測是否有卡插入，并不斷刷新系統(tǒng)顯示。當有卡插入時，可以完成IC卡檢測、指紋采集校驗、熱水出口閥控制、水流量檢驗等根本功能。13圖3-4 系統(tǒng)軟件主程序流程圖第4章 GPRS無線傳輸方案4.1 方法比較與方案確實定目前國用于遠程控制和監(jiān)控的產(chǎn)品有多種，其本質(zhì)的差異是由它們所采取的不同通信方式?jīng)Q定的。隨著電信技術(shù)的迅猛開展，可用于控制和監(jiān)控管理的通訊方式有多種，一般可

48、分為有線通訊方式，無線集群通信方式，GSM短消息通信方式，CDPD通信方式和GPRS通信方式。下面簡要介紹無線通訊的幾種方式。(1) 無線集群通訊方式所謂集群(Trunking)，即使用多個無線信道為眾多的用戶效勞，就是將有線中繼線的工作方式運用到無線電通信系統(tǒng)中，把有限的信道動態(tài)地、自動地、迅速地和最正確地分配給整個系統(tǒng)的所有用戶，以便在最大程度上利用整個系統(tǒng)的信道的頻率資源。它運用交換技術(shù)和計算機技術(shù)，為系統(tǒng)的全部用戶提供了很強的分組能力.可以說,集群移動通信系統(tǒng)是一種特殊的用戶程控交換機。無線集群通訊方式與GPRS通訊方式相比，存在幾個致命缺點：1) 集群移動通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，

49、需要大量的建立資金投入，建立周期較長，保養(yǎng)與維護不便，這是它的最大缺點； 2) 由于專網(wǎng)的覆蓋圍有限，不利于全局整體控制； 3) 集群通信系統(tǒng)主要的效勞業(yè)務是無線用戶與無線用戶之間的通信，對無線用戶與有線用戶之間的通信業(yè)務有較大的限制。(2) GSM短消息通訊方式顧名思義，此方式就是以GSM網(wǎng)絡為平臺，利用手機短信息進展無線通訊。GSM短消息通訊方式能充分利用移動公網(wǎng)資源，相對集群通訊方式而言，它可以大大節(jié)約建立投資，降低維護本錢，但它有幾個較大的缺點： 1) GSM短消息通訊方式為半雙工通信方式，不能同時雙向收發(fā)數(shù)據(jù)。2) 相對GPRS而言，它的平均傳輸時延較大；3) 在重大活動或重大節(jié)日等

50、通信頂峰期，容易發(fā)生信道堵塞，導致通信不暢。(3) CDPD短消息通訊方式CDPDCellular Digital Packet Data，蜂窩式數(shù)字分組數(shù)據(jù)，是由美國移動通信公司AMCI等8大公司聯(lián)合推出的一種無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)規(guī)。它是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為根底，以蜂窩移動通信為組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。GPRS與CDPD都可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務效勞，與GPRS相比較，CDPD有以下幾個缺點：1) 在GSM網(wǎng)絡中每開展一個用戶的本錢約為2000元，GPRS用戶的本錢是根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模決定的，現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡的覆蓋能力已經(jīng)相當規(guī)模。而CDPD在建網(wǎng)初期基站數(shù)不會很多，加上必須的交換機與網(wǎng)管的投資，平攤

51、到每個用戶的本錢約為2500-3000元左右。2) GPRS通信所能到達的傳輸速度要比CDPD通信高，盡管GPRS通信是以犧牲信道資源為代價。 3) CDPD是工作在AMPS頻段，只有1MHz頻段，而GPRS可用頻段要寬的多，因此在GPRS每個小區(qū)可用于數(shù)據(jù)的信道數(shù)遠大于CDPD，容易滿足組件公網(wǎng)對信道數(shù)的需要。4.2 GPRS網(wǎng)絡工作原理 GPRS網(wǎng)絡構(gòu)造見圖4-1。下面舉數(shù)據(jù)包通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送和接收的例子來說明GPRS的總體構(gòu)造。在圖4-1中，單片機或PC通過串行口連接到GPRS調(diào)制解調(diào)器上。本地數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程如下，在單片機或PC的控制下，GRPS調(diào)制解調(diào)器同GSM基站通訊，GPRS

52、分組數(shù)據(jù)從基站發(fā)送到GPRS效勞支持節(jié)點SGSN，SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN通過GTP隧道協(xié)議進展通訊，GGSN對分組數(shù)據(jù)進展識別，再發(fā)送到相應的網(wǎng)絡，如其它GPRS網(wǎng)絡或Internet.遠端數(shù)據(jù)包的接收過程如下，GGSN接收來自Internet或其它GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包，如果該數(shù)據(jù)包的IP地址是本網(wǎng)絡移動臺的IP地址，則GGSN將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給SGSN，通過SGSN傳送到相應的移動臺。圖 4-1 GPRS 系統(tǒng)構(gòu)造GGSN也稱為GPRS路由器，在物理上，SGSN同GGSN可以是同一個物理實體，也可以分布在不同的物理實體上，SGSN和GGSN都具有IP路由功能。以下圖所示為GPR

53、S模塊連接圖：圖 4-2 GPRS模塊連接GPRS通信使用完整的TCP/IP協(xié)議， TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型:應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層，本系統(tǒng)中的LT8030嵌了完整的 TCP/IP協(xié)議，模塊傳輸構(gòu)造如圖4-3所示。各層協(xié)議不再詳細介紹。圖4-3 TCP/IP協(xié)議構(gòu)造在本系統(tǒng)中，終端GPRS模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量主要是向上位機發(fā)送狀態(tài)和實時信息，假定終端發(fā)送第i次消息包長度為Ni字節(jié)，單位時間T(秒)發(fā)送m次。另外需要傳輸加上IPv4頭長度 20字節(jié)。采用UDP協(xié)議時，需加UDP頭長度 8個字節(jié)。此時移動終端的數(shù)據(jù)業(yè)務需要的傳輸速率為傳輸TCP數(shù)據(jù)包時，需要TCP頭長度 2

54、0個字節(jié)，TCP確認包長度 40個字節(jié)，同時假定重傳概率為，MDT的數(shù)據(jù)業(yè)務需要的傳輸速率為假定*一臺移動終端以1秒1次的頻率發(fā)送80個字節(jié)的數(shù)據(jù)，用TCP協(xié)議時假定重傳概率為0時，所需傳輸速率為1.28Kbit/s,用UDP協(xié)議所需傳輸速率為0.864Kbit/s。通過以上計算得到采用UDP和TCP協(xié)議的傳輸速率和，在一樣的條件下> ，傳輸TCP協(xié)議包，延時比較短，可靠性比較好。目前，GPRS網(wǎng)絡是以流量計費的，因此在優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計時，權(quán)衡傳輸延時、可靠性和流量等方面因素，選擇發(fā)送實時狀態(tài)信息采用TCP協(xié)議發(fā)送的方案。由于GPRS模塊采用TCP/IP協(xié)議，其容錯由此協(xié)議負責，而且誤碼率較

55、低，所以系統(tǒng)在容錯方面主要集中在eCOG1k 與 GPRS模塊之間的數(shù)據(jù)容錯上16。LT8030 與上位機通訊工作流程：圖4-4 LT8030 與上位機通訊工作流程圖4.3 串行通信串行接口一直是計算機系統(tǒng)必配的通訊接口，雖然它具有費用低、傳輸距離遠的優(yōu)點，但低速和占用較多的系統(tǒng)資源是其最大的缺乏，USB的出現(xiàn)正好彌補了這一缺點。但USB的傳輸距離不能太長，USB規(guī)中規(guī)定：全速設(shè)備纜線最長為5 m，慢速設(shè)備為3 m。但如果利用RS232與USB數(shù)據(jù)網(wǎng)橋，就可以有效地利用各自的優(yōu)點，抑制各自的缺點，從而在實際應用中獲得滿意的效果。RS232與USB數(shù)據(jù)網(wǎng)橋一方面可以將傳統(tǒng)的以RS-232為接口的

56、設(shè)備通過USB接入單片機；另一方面利用RS232與USB各自的優(yōu)點實現(xiàn)遠距離通訊。設(shè)計RS232與USB數(shù)據(jù)網(wǎng)橋可供選擇的方案：一是使用具有建USB串行接口引擎的微控制器；二是使用普通微控制器配合USB器件設(shè)計USB通訊接口。這樣，eCOG1k可以通過USART與計算機和傳感器進展通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。以串口通訊為根底，在本系統(tǒng)中eCOG1k單片機將通過串口采用標準RS232接口與GPRS模塊LT8030進展通訊，實現(xiàn)遠程通信的功能17。4.4 系統(tǒng)總體構(gòu)造和原理根據(jù)控制系統(tǒng)的要求以及GPRS接入的方式，設(shè)計系統(tǒng)整體構(gòu)造框圖如以下圖所示：圖4-5 系統(tǒng)整體構(gòu)造圖整個控制系統(tǒng)主要由控制對象、控制模塊MCU、GPRS模塊、傳輸網(wǎng)絡GPRS網(wǎng)和公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、上位機系統(tǒng)組成。此外在控制局部和上位機系統(tǒng)中都應該包含相應的數(shù)據(jù)管理模塊，滿足數(shù)據(jù)平安性地要求，在關(guān)鍵監(jiān)控終端是臨時存儲，以備萬一網(wǎng)絡中斷或監(jiān)控中心故障時不致喪失數(shù)據(jù)18。監(jiān)控中心即上位機系統(tǒng)，實際上是一臺計算機甚至可以為手機,以實現(xiàn)對對象的控制監(jiān)控。 圖中的上位機是通過ADSL MODEM上網(wǎng)，當然實際中可通過局域網(wǎng)等途徑，假設(shè)將上位機局部換成手機，則手機必須通過GPRS上網(wǎng)，安裝上位機軟件后即可19。傳感器數(shù)據(jù)采集Internet公網(wǎng)GPRS IP mod