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(jī)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(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(jì)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(diǎn)的綠色系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的eCOG1單片機(jī)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信成為可能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。并且采用IC卡結(jié)合指紋管理收費(fèi)，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(jì)第2章：系統(tǒng)構(gòu)成2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及總體控制系統(tǒng)2.2 雙CPU電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析2.3溫度測(cè)量局部溫度傳感器AD590簡介AD590工作原理及其測(cè)溫電路AD590在熱泵供水系統(tǒng)中的運(yùn)用2.4流量測(cè)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(yīng)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(jì)ispPAC10的構(gòu)成及原理ispPAC10在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用 軟件設(shè)計(jì) 抗干擾對(duì)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(shí)現(xiàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵局部 智能IC卡SLE4418選擇型號(hào)及功能介紹 智能IC卡通信協(xié)議 IC卡系統(tǒng)平安 錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù) 系統(tǒng)的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù) 3.4 IC卡管理系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 3.5 指紋識(shí)別技術(shù)在熱泵IC卡管理系統(tǒng)中的應(yīng)用 指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的根本原理 基于指紋識(shí)別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的組成 基于指紋識(shí)別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第4章：GPRS無線傳輸方案4.1 方法比較與方案確實(shí)定4.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)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(jì)4.6 上位機(jī)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(xiàn)前 言當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污

4、染和能源危機(jī)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(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(yīng)用到達(dá)節(jié)能的目的，還具有使用壽命長，加熱速度快，運(yùn)行穩(wěn)定和易于操作等優(yōu)點(diǎn)。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(jī)械制造、輕紡、食品加工、賓館、學(xué)校、溫泉等場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。國外熱泵供水系統(tǒng)功能較完備，人機(jī)接口良好，調(diào)試方便，運(yùn)行可靠。缺點(diǎn)就是功能單一而且價(jià)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(chǎng)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(jì)算機(jī)，由溫度控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為溫度控制系統(tǒng)。自適應(yīng)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(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)自適應(yīng)算法計(jì)算出相應(yīng)的需要的控制量，然后再由驅(qū)動(dòng)電路輸出，控制現(xiàn)場(chǎng)溫度變化的系統(tǒng)。該裝置采用先進(jìn)的eCOG1單片機(jī)為主要控制核心，它有16位哈佛體系構(gòu)造的CPU，同時(shí)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(qiáng)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(shí)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(jī)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(jī)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(yīng)控制進(jìn)展綜合決策，實(shí)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(zhǔn)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(qiáng)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(gè)CPU同時(shí)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(yuǎn)程監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)如時(shí)間控制、流量控制、水溫控制、收款控制，管理方便、抗干擾性強(qiáng)。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，能在PC機(jī)上加以顯示，工作人員也能對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)展遠(yuǎn)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(diǎn)，使跨地區(qū)、跨省的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信成為可能。采用IC卡結(jié)合指紋管理收費(fèi)，方便快捷，特別適合學(xué)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(yīng)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(jì)入可再生能源利用的統(tǒng)計(jì)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(yīng)的目的。為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)目標(biāo)，必須借助熱泵技術(shù)的運(yùn)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(shí)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(yīng)用到達(dá)節(jié)能的目的，還具有使用壽命長，運(yùn)行穩(wěn)定和易于操作等優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f，熱泵技術(shù)是實(shí)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(gè)多世紀(jì)，1824年法國青年工程師卡諾首先提出熱力學(xué)循環(huán)理論，1852年開爾文具體提出了熱泵的設(shè)計(jì)思想，但是由于當(dāng)時(shí)條件所限并未立即投入實(shí)際研發(fā)。直到1917年德國卡賽伊索達(dá)制造廠首次把熱泵應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這一技術(shù)才引起較大轟動(dòng)。但是當(dāng)時(shí)熱泵的初期投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他采暖設(shè)備，加上那個(gè)時(shí)代燃料能源價(jià)格低廉，而驅(qū)動(dòng)熱泵工作的電能卻十分昂貴，因此在經(jīng)濟(jì)上并不合算。另外，由于當(dāng)時(shí)壓縮機(jī)、換熱器等核心部件的制造工藝還不成熟，導(dǎo)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(jìn)入20世紀(jì)70年代之后，世界圍能源危機(jī)的爆發(fā)，加速了熱泵技術(shù)的開展與應(yīng)用，而熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)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(gè)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(jī)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(jìn)展熱量交換。水循環(huán)回路中，冷水在水泵的作用下，進(jìn)入到冷凝器，在冷凝器中與高溫高壓氣體進(jìn)展熱交換，制成熱水。同時(shí)，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(chǔ)液罐。制冷劑從儲(chǔ)液罐中輸出后，經(jīng)過濾器、膨

11、脹閥，進(jìn)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(jī)吸入，開場(chǎng)下一個(gè)循環(huán)。通過這樣反復(fù)的循環(huán)工作，從而到達(dá)對(duì)水箱中的水加熱的目的。它本身消耗一局部電能，即壓縮機(jī)耗電Qb；同時(shí)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(jìn)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(jī)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(dá)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(jì)熱泵熱水器的主要控制點(diǎn)有：水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、除霜電磁閥等。由于這些控制點(diǎn)都是開關(guān)量控制，因此可以采用繼電器控制。為了

12、實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)岜脽崴鞯墓ぷ鳡顟B(tài)，需要對(duì)熱水進(jìn)口溫度、熱水出口溫度、管壁溫度、壓縮機(jī)溫度等參數(shù)進(jìn)展檢測(cè)。考慮到熱水器對(duì)溫度檢測(cè)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(cè)熱泵熱水器的水溫?？刂破鞑捎脝⑼嚎s機(jī)的方式控制熱水水溫，其具體過程為：啟動(dòng)熱水器開場(chǎng)加熱：一旦熱水溫度高于設(shè)定溫度1時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)：一旦熱水溫度低于設(shè)定溫度1時(shí)啟動(dòng)壓縮機(jī)。如此反復(fù)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(dòng)，既能較好地控制熱水溫度，又可防止過度頻繁地啟動(dòng)停頓壓縮機(jī)。作為一款先進(jìn)的智能型熱泵熱水器控制器，它具有自動(dòng)化霜和故障報(bào)警等功能。當(dāng)熱水器的管壁溫度持續(xù)低于-10C的時(shí)間到達(dá)30mi

13、n時(shí)，控制器自動(dòng)翻開化霜電磁閥，停頓壓縮機(jī)運(yùn)行，開場(chǎng)化霜，同時(shí)在LED顯示面板上顯示化霜標(biāo)記。停頓化霜的條件為管壁溫度大于5C或化霜時(shí)間大于30min。如果停頓化霜時(shí)，管壁溫度未到達(dá)5C，則在停頓化霜30min后，重新開場(chǎng)化霜。如果經(jīng)過3次連續(xù)化霜管壁溫度都沒到達(dá)5C，則停頓化霜。同時(shí)，在顯示面板上顯示化霜不成功標(biāo)記，以提示用戶翻開輔助電加熱。該控制器對(duì)熱水器主要故障，例如壓縮機(jī)上下壓故障和壓縮機(jī)溫度過高等，采取了保護(hù)性措施。當(dāng)控制器檢測(cè)到壓縮機(jī)出現(xiàn)上下壓異常時(shí)，立即停頓熱水器運(yùn)行。同時(shí)在顯示面板上顯示故障類型，并把運(yùn)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(shí)際情況，控制器

14、采用了雙單片機(jī)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(jī)界面接口的實(shí)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(shí)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(jì)及總體控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)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(jì)和分析采用雙CPU交互控制，利用冗

15、余原理提高保護(hù)裝置的可靠性。兩個(gè)CPU同時(shí)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(qiáng)抗干擾性。另外，在硬件設(shè)計(jì)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(gè)CPU，其中1個(gè)CPU是主CPU，一般處于工作狀態(tài)，另1個(gè)是備用CPU。當(dāng)主CPU正常工作時(shí)，備用CPU的端口將自動(dòng)封鎖起來；當(dāng)主CPU將控

16、制權(quán)交給備用CPU或主CPU出現(xiàn)故障時(shí)，備用CPU將啟動(dòng)，同時(shí)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(duì)雙CPU電路進(jìn)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(shí)=,輸出=如果CPU1(F), CPU2(0)變成CPU2(1),同時(shí)=1,此時(shí)=如果CPU1(0), CPU2(0),同時(shí)=,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(cè)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(shí)=1。2.3溫度測(cè)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(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)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(shí)也適用于本文所要求的模塊化、分體式構(gòu)造的特點(diǎn)。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(cè)溫電路其工作原理為：以AD590為一橋臂的測(cè)溫電橋采取到的溫度信號(hào)，經(jīng)差動(dòng)放大并進(jìn)展緩沖隔離后一路送至數(shù)顯表進(jìn)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(gè)無需與計(jì)算機(jī)相連的獨(dú)立的測(cè)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(jì)算機(jī)構(gòu)成)和可控硅組成，從調(diào)節(jié)控制器出來的信號(hào)通過控溫執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)溫

19、度控制。用半導(dǎo)體溫度傳感器AD590(IC4)配上相關(guān)電路，可構(gòu)成0100C溫度檢測(cè)器。此時(shí)傳感器AD590的輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，在溫度-55150C時(shí)，其電流靈敏度為1µA絕對(duì)溫度1度。例如傳感器測(cè)室溫度為25C時(shí)，其輸出電流為298µA(絕對(duì)溫度=273+25=298K，因1K的電流輸出為lµA，則298K時(shí)傳感器輸出為298µA)。該0100C溫度監(jiān)測(cè)器電路原理如圖2-5所示：圖2-5溫度監(jiān)測(cè)器電路原理圖IC1與IC3是電壓跟隨器，起緩沖作用，防止負(fù)載對(duì)信源的影響，如傳感器輸出電流為298µA，適當(dāng)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(dāng)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(hào)送入顯示電路，就會(huì)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(zhǔn)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(cè)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(zhǔn)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(gè)電壓的差值，溫度就會(huì)連續(xù)不斷的顯示出來3。 最后溫度測(cè)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(shí)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(cè)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(shí)現(xiàn)恒溫箱的設(shè)定值和實(shí)際值之差為最小。2.3.3 AD590在熱泵供水系統(tǒng)中的運(yùn)用在供熱過程中，流量采集儀表測(cè)量出熱水的流量、溫度、壓力，并將測(cè)得的物理量通過AD590轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由RS232標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸給IC卡計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置計(jì)算當(dāng)前用戶熱能費(fèi)率，進(jìn)展實(shí)時(shí)累加，并從IC卡中扣除費(fèi)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(shí)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(jī)較遠(yuǎn)的地方，以減少電磁干擾，從而使溫度傳感器的準(zhǔn)確度更高。2.4流量測(cè)量與控制局部根本原理半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。：磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況圖2-6磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況磁感應(yīng)強(qiáng)度B 較大時(shí)的情況：作用在

23、半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高?；魻栯妱?shì)可用下式表示：圖2-7磁感應(yīng)強(qiáng)度B較大時(shí)的情況水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來測(cè)量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上5 V的直流電壓并使電流方向與磁場(chǎng)方向正交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生上下脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)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(dòng)熱泵系統(tǒng)4。其脈沖信號(hào)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(hào)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(shí)開場(chǎng)計(jì)數(shù)。如圖2-8所示，在下降沿脈沖觸發(fā)開場(chǎng)計(jì)數(shù)至下一個(gè)下降沿脈沖觸發(fā)為一個(gè)周期，則頻率如式2-4計(jì)算可得，這個(gè)頻率可以直接被CPU讀取。由水流量傳感器的反響信號(hào)通過控制器判斷水流量的值。根據(jù)熱泵系統(tǒng)機(jī)型的不同，選擇最正確的啟動(dòng)流量，可實(shí)現(xiàn)超低壓(002 MPa以下)啟動(dòng)。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(cè)量出水流量。當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子組件時(shí)，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化。霍爾元件輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)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(dòng)閥啟動(dòng)水壓高以及翻板式水閥易誤動(dòng)作出現(xiàn)干燒等缺點(diǎn)。 CWV-H0510水流量傳感器在智能數(shù)碼熱泵系統(tǒng)中的應(yīng)用電磁閥口徑為3cm的CWV-H0510型水流量傳感器，它價(jià)格較低，體積小、重量較輕便于攜帶，而實(shí)際生活應(yīng)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(yàn)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(duì)液位的測(cè)量和控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。以小電容感應(yīng)元式多層液位傳感器為核心研制的液位控制系統(tǒng)能對(duì)液位進(jìn)展巡回檢測(cè)、顯示和報(bào)警，同時(shí)采用增量式PID控制算法對(duì)液位進(jìn)展智能控制。由于單片微型計(jì)算機(jī)具有體積小，耗

27、電少，控制精度高，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。2.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)小電容感應(yīng)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(cè)量要求確定。一般地，可以將傳感器做成板狀。每個(gè)電容的兩個(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)傳感器。由傳感器的構(gòu)造可以看到，每一個(gè)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(cè)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(gè)小電容的電容值，會(huì)獲得與分層液位相應(yīng)的幾組電容值。在液位的分界面會(huì)出現(xiàn)大的電容值的躍變。由于在傳感器的安裝中，每個(gè)小電容的位置與具體液位相對(duì)應(yīng)，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(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率 f 產(chǎn)生相應(yīng)的變化。如圖2-11所示：圖2-11調(diào)頻電路通過嚴(yán)格時(shí)序控制的多路開關(guān)的開合，掃描整個(gè)小電容陣列，可獲得各個(gè)電容的對(duì)應(yīng)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(gè)處于同一介質(zhì)中的小電容單元必然有一樣的對(duì)應(yīng)電

29、壓V的輸出。掃描與位置對(duì)應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dòng)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(hào)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(jì)算2個(gè)引腳末端的電壓差，為|+22|=4 V，可

30、以看出絕對(duì)差壓信號(hào)產(chǎn)生了有效的動(dòng)態(tài)圍。雖然輸入與運(yùn)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(dòng)態(tài)性能。單端運(yùn)放可以使用一個(gè)輸入和(或)輸出引腳來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)需要，調(diào)整增益，以到達(dá)需要輸出的電平值。ispPAC10工作時(shí)，由單一的+5 V供電，包括部產(chǎn)生的2.5 V參考基準(zhǔn)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(shí)，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(dāng)用外部電壓代替，

31、并且PAC10必須被編程時(shí)，在每一個(gè)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(duì)液位上限、下限的設(shè)置。根據(jù)不同的電壓值對(duì)應(yīng)著不同的液位來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)、出水閥們的控制。但設(shè)置時(shí)ispPAC10不能超過5 V電源信號(hào)調(diào)節(jié)8 。 軟件設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(shí)循環(huán)輪流對(duì)8個(gè)液位進(jìn)展實(shí)時(shí)采樣，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)，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(dǎo)，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(shí)候顯示液位的上下限值。當(dāng)液位的高度超出或低于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)展聲光報(bào)警，以提醒操作人員進(jìn)展及時(shí)的處理。 抗干擾對(duì)策硬件抗干擾設(shè)計(jì)：系統(tǒng)電源是一個(gè)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(hào)，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(shí)器，以進(jìn)一步提

33、高系統(tǒng)硬件抗干擾的能力。軟件抗干擾設(shè)計(jì)：在程序設(shè)計(jì)時(shí)，將各程序模塊分區(qū)存放，彼此之間空出一些存儲(chǔ)單元，在這些單元中填充FFRST指令。同時(shí)對(duì)程序中重要的跳轉(zhuǎn)和調(diào)用子程序指令前均參加三個(gè)NOP指令，以保證程序流向的正確性，因?yàn)镻C只要錯(cuò)一個(gè)數(shù)碼，則整段程序就會(huì)面目全非，從而造成檢測(cè)系統(tǒng)的混亂。利用滑動(dòng)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(gè)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(jī)作為主控制器，構(gòu)造簡單，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，由于應(yīng)用了PID控制方案，系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，具有一定的實(shí)用價(jià)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(gè)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(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容有了電荷；在這個(gè)電荷的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容的電荷送到另一個(gè)電容存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷到達(dá)2V時(shí)，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(jì)費(fèi)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(jī)、液晶顯示屏、智能接觸式IC卡片、IC卡讀寫器、I

35、C卡計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置、控制閥和現(xiàn)場(chǎng)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(cè)儀表。用智能IC卡對(duì)熱泵進(jìn)展計(jì)費(fèi)和管理控制的根本思想是對(duì)供應(yīng)熱水的用戶建立與之相對(duì)應(yīng)的IC卡計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置和IC卡賬號(hào)，以預(yù)付款的方式進(jìn)展供熱水。用戶先在供應(yīng)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(yīng)數(shù)額充入IC卡中，用戶持充值后的IC卡插到智能熱泵計(jì)費(fèi)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(chǎng)供應(yīng)熱水。在供熱過程中，流量采集儀表測(cè)量出熱水的流量、溫度、壓力，并將測(cè)得的物理量通過AD590轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由RS232標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸給IC卡計(jì)費(fèi)監(jiān)控

36、裝置，監(jiān)控裝置計(jì)算當(dāng)前用戶熱能費(fèi)率，進(jìn)展實(shí)時(shí)累加，并從IC卡中扣除費(fèi)用。3.3 熱泵IC卡管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的幾個(gè)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(shí)現(xiàn)供熱水管理，是問題的關(guān)鍵。下面就其中幾個(gè)關(guān)鍵局部給予說明。 智能IC卡SLE4418選擇型號(hào)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(jìn)展寫操作與刪除操作，每個(gè)字節(jié)都有具有程序?qū)懕Ｗo(hù)位。除了以上功能外，SLE4418還帶有程序密碼校驗(yàn)邏輯(PSC)，此卡的根本特點(diǎn)如下：具有1024

37、×8位的EEPROM存儲(chǔ)器；以字節(jié)為編址單位；具有1024×1位保護(hù)存儲(chǔ)器，保護(hù)存儲(chǔ)器設(shè)置后不可撤消；三線串行總線；可進(jìn)展10萬次擦寫操作；數(shù)據(jù)保存10年；卡具有2個(gè)字節(jié)的PSC程序加密位，數(shù)據(jù)僅在密碼檢驗(yàn)正確后，方可進(jìn)展寫操作。在本系統(tǒng)運(yùn)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(chǔ)。本熱泵系統(tǒng)以IC卡作為管理媒介，使裝置能按用戶預(yù)付費(fèi)購得的熱量開閥供熱水，當(dāng)預(yù)購熱水量用盡時(shí)，需要自動(dòng)關(guān)閉供熱閥，中斷熱供應(yīng)。由于IC卡是信息傳送途徑，平安方面有可能會(huì)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(duì)其進(jìn)展修改。因此選擇適宜的IC卡，是影響整個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，通信協(xié)議描述了IC卡終端請(qǐng)求微機(jī)和IC卡終端的過程，以及怎樣偵測(cè)并記錄錯(cuò)誤。協(xié)議制定了消息域格局和容的公共格式，決定了每個(gè)IC卡終端需要的設(shè)備地址，在通信過程中按識(shí)別地址發(fā)送消息，微機(jī)和IC卡終端按協(xié)議決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。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(jī)和IC卡終端間采用的是基于RS232總線的主從方式點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，各為主、附屬設(shè)備，被呼叫時(shí)響應(yīng)，或主發(fā)；主設(shè)備可單獨(dú)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(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為響應(yīng)；如果是以播

39、送方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。2微機(jī)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(yīng)消息的格式；在通信接收過程中如果發(fā)生錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤命令并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)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(yīng)。同樣，當(dāng)主設(shè)備接收到消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)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(yàn)。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(jì)時(shí)

40、，采用了以下幾方面的措施 ：數(shù)據(jù)庫平安機(jī)制 對(duì)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(hào)密碼，對(duì)于可修改數(shù)據(jù)的人嚴(yán)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(zhǔn)確記錄每條重要數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、修改人和時(shí)間，保證非法數(shù)據(jù)都有蹤可尋；IC卡和計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置 發(fā)行IC卡時(shí)，在IC卡的數(shù)據(jù)保存區(qū)寫入系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符，IC卡上的標(biāo)識(shí)碼與裝在用戶處的IC卡計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置是惟一對(duì)應(yīng)的，每IC卡上的購熱數(shù)據(jù)必須由該卡對(duì)的計(jì)費(fèi)監(jiān)控裝置讀出。只有當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符與裝固化信息相一致后，本裝置才承受用戶通IC卡對(duì)裝置進(jìn)展的各項(xiàng)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(jìn)展管理 此局部在3.6小節(jié)中介紹 錯(cuò)

41、誤檢測(cè)和恢復(fù) 錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)包括一致性檢查和錯(cuò)誤處理兩局部。數(shù)據(jù)庫可以通過計(jì)算校驗(yàn)和檢測(cè)到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)被非法改動(dòng)后，開場(chǎng)執(zhí)行錯(cuò)誤處理，將一些分析數(shù)據(jù) (如改動(dòng)記錄數(shù)、明細(xì)、改動(dòng)時(shí)間等)提交給系統(tǒng)管理員，由其采取下一步措施(如恢復(fù)到改動(dòng)前數(shù)據(jù)庫的狀況、將變動(dòng)數(shù)據(jù)標(biāo)記等)。 以上5個(gè)關(guān)鍵局部的實(shí)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(shí)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(duì)供熱用戶的管理，它的實(shí)現(xiàn)十分重要。3.4 IC卡管理系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) IC卡管理系統(tǒng)軟件是實(shí)現(xiàn)IC卡充值、管理用戶供熱的重要局部，它的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)謹(jǐn)、靈活，這樣才能減

42、少操作員犯錯(cuò)的時(shí)機(jī)、減輕工作量、提高工作效率，并且方便對(duì)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(gè)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(duì)于新的用戶進(jìn)展資料錄入，在數(shù)據(jù)庫中新增一條記錄，同時(shí)發(fā)給IC卡。對(duì)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(duì)于資料變動(dòng)局部，改動(dòng)后予以保存。設(shè)置用戶類型，針對(duì)不同類型的用戶，設(shè)置用戶類型收取不同價(jià)格的費(fèi)用。收費(fèi)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(shí)打印票據(jù)。IC卡管理模塊 用戶遺失IC卡后，前來掛失并補(bǔ)辦新的IC卡，遺失的舊I

43、C卡作廢。查詢統(tǒng)計(jì)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(jì)出熱量的售熱情況。系統(tǒng)功能模塊 實(shí)現(xiàn)操作員對(duì)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(jìn)展數(shù)據(jù)備份。數(shù)據(jù)庫是程序運(yùn)行的根底，應(yīng)該經(jīng)常性的進(jìn)展數(shù)據(jù)庫的備份，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫或者操作系統(tǒng)崩潰時(shí)，可以利用其進(jìn)展快速恢復(fù)，減少維護(hù)的難度。這5個(gè)功能模塊中，收費(fèi)管理模塊是系統(tǒng)軟件的核心，系統(tǒng)功能模塊是整個(gè)供熱收費(fèi)系統(tǒng)軟件不可缺少的局部，它對(duì)于核心功能起到支持和完善的作用。3.5 指紋識(shí)別技術(shù)在熱泵IC卡管理系統(tǒng)中的應(yīng)用本智能熱泵系統(tǒng)具有高效、可靠的身份認(rèn)證機(jī)制：IC卡配套采用指紋識(shí)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(huì)造成用戶的損失。 指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的根本原理指紋識(shí)別的過程是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，計(jì)算機(jī)指紋識(shí)別常 常不直接存儲(chǔ)和比對(duì)指紋圖像，而是在指紋圖像上提取指紋特征并比對(duì)指紋的特征。其根本的識(shí)別原理如圖3-2所示：圖3-2 計(jì)算機(jī)指紋識(shí)別的過程 基于指紋識(shí)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(shí)別模式，真正做到“人卡合一，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的平安性能得到顯著的提高。其主要的設(shè)計(jì)思路是：IC卡管理系統(tǒng)將卡持有者的指紋加密后存儲(chǔ)在IC卡上，并在IC卡的讀寫機(jī)或系統(tǒng)上加裝指紋識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)持卡者將卡插入智能卡讀寫機(jī)時(shí)，讀寫機(jī)具

45、首先將指紋信息讀出來并要求用戶比對(duì)指紋，通過比對(duì)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(diǎn)是不需要大容量的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)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(chǔ)在IC卡中，由于IC卡具有邏輯加密和平安校驗(yàn)機(jī)制，使得個(gè)人指紋信息的平安性和比對(duì)速度都會(huì)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(jī)：熱泵管理PC機(jī)主要完成計(jì)費(fèi)管理和發(fā)卡兩項(xiàng)功能，其中計(jì)費(fèi)管理主要實(shí)現(xiàn)購置和消費(fèi)信息記錄、查詢、統(tǒng)計(jì)等管理任務(wù)。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(jī)構(gòu)將卡片的應(yīng)用序列號(hào)、

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(chǔ)IC卡?？ǔ钟姓咴诿看问褂脽岜们皩⒃摽ú迦胱x卡機(jī)，隨后將手指伸到指紋采集儀的窗口上，讀卡機(jī)便會(huì)自動(dòng)將他的指紋和卡上的指紋相比對(duì)，比對(duì)成功則可進(jìn)一步使用智能熱泵得到熱水，同時(shí)記錄進(jìn)入的卡號(hào)、時(shí)間、消費(fèi)額度等信息。3IC卡熱水出口閥：IC卡熱水出口閥受單片機(jī)控制系統(tǒng)的支配，當(dāng)指紋身份驗(yàn)證正確后，單片機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，檢驗(yàn)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(dòng)。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(shí)別率的上

47、下，基于光學(xué)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(diǎn)。 指紋識(shí)別的熱泵IC卡管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)圖3-4是主程序流程圖，系統(tǒng)上電復(fù)位初始化時(shí)，讀取系統(tǒng)E2PROM中的各項(xiàng)參數(shù)，然后定時(shí)檢測(cè)是否有卡插入，并不斷刷新系統(tǒng)顯示。當(dāng)有卡插入時(shí)，可以完成IC卡檢測(cè)、指紋采集校驗(yàn)、熱水出口閥控制、水流量檢驗(yàn)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(shí)定目前國用于遠(yuǎn)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(gè)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(yùn)用到無線電通信系統(tǒng)中，把有限的信道動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地、迅速地和最正確地分配給整個(gè)系統(tǒng)的所有用戶，以便在最大程度上利用整個(gè)系統(tǒng)的信道的頻率資源。它運(yùn)用交換技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，為系統(tǒng)的全部用戶提供了很強(qiáng)的分組能力.可以說,集群移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種特殊的用戶程控交換機(jī)。無線集群通訊方式與GPRS通訊方式相比，存在幾個(gè)致命缺點(diǎn)：1) 集群移動(dòng)通信系統(tǒng)屬于專用移動(dòng)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(hù)不便，這是它的最大缺點(diǎn)； 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(wù)是無線用戶與無線用戶之間的通信，對(duì)無線用戶與有線用戶之間的通信業(yè)務(wù)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(luò)為平臺(tái)，利用手機(jī)短信息進(jìn)展無線通訊。GSM短消息通訊方式能充分利用移動(dòng)公網(wǎng)資源，相對(duì)集群通訊方式而言，它可以大大節(jié)約建立投資，降低維護(hù)本錢，但它有幾個(gè)較大的缺點(diǎn)： 1) GSM短消息通訊方式為半雙工通信方式，不能同時(shí)雙向收發(fā)數(shù)據(jù)。2) 相對(duì)GPRS而言，它的平均傳輸時(shí)延較大；3) 在重大活動(dòng)或重大節(jié)日等

50、通信頂峰期，容易發(fā)生信道堵塞，導(dǎo)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(dòng)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(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)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(wù)效勞，與GPRS相比較，CDPD有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：1) 在GSM網(wǎng)絡(luò)中每開展一個(gè)用戶的本錢約為2000元，GPRS用戶的本錢是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模決定的，現(xiàn)在GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力已經(jīng)相當(dāng)規(guī)模。而CDPD在建網(wǎng)初期基站數(shù)不會(huì)很多，加上必須的交換機(jī)與網(wǎng)管的投資，平攤

51、到每個(gè)用戶的本錢約為2500-3000元左右。2) GPRS通信所能到達(dá)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(jià)。 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(gè)小區(qū)可用于數(shù)據(jù)的信道數(shù)遠(yuǎn)大于CDPD，容易滿足組件公網(wǎng)對(duì)信道數(shù)的需要。4.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)工作原理 GPRS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造見圖4-1。下面舉數(shù)據(jù)包通過GPRS網(wǎng)絡(luò)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(jī)或PC通過串行口連接到GPRS調(diào)制解調(diào)器上。本地?cái)?shù)據(jù)包的發(fā)送過程如下，在單片機(jī)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(diǎn)SGSN，SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN通過GTP隧道協(xié)議進(jìn)展通訊，GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)展識(shí)別，再發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，如其它GPRS網(wǎng)絡(luò)或Internet.遠(yuǎn)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(luò)的數(shù)據(jù)包，如果該數(shù)據(jù)包的IP地址是本網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)臺(tái)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(yīng)的移動(dòng)臺(tái)。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(gè)物理實(shí)體，也可以分布在不同的物理實(shí)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(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)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(xì)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(jī)發(fā)送狀態(tài)和實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)，需加UDP頭長度 8個(gè)字節(jié)。此時(shí)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要的傳輸速率為傳輸TCP數(shù)據(jù)包時(shí)，需要TCP頭長度 2

54、0個(gè)字節(jié)，TCP確認(rèn)包長度 40個(gè)字節(jié)，同時(shí)假定重傳概率為，MDT的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要的傳輸速率為假定*一臺(tái)移動(dòng)終端以1秒1次的頻率發(fā)送80個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，用TCP協(xié)議時(shí)假定重傳概率為0時(shí)，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(jì)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(shí)比較短，可靠性比較好。目前，GPRS網(wǎng)絡(luò)是以流量計(jì)費(fèi)的，因此在優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，權(quán)衡傳輸延時(shí)、可靠性和流量等方面因素，選擇發(fā)送實(shí)時(shí)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(cuò)由此協(xié)議負(fù)責(zé)，而且誤碼率較

55、低，所以系統(tǒng)在容錯(cuò)方面主要集中在eCOG1k 與 GPRS模塊之間的數(shù)據(jù)容錯(cuò)上16。LT8030 與上位機(jī)通訊工作流程：圖4-4 LT8030 與上位機(jī)通訊工作流程圖4.3 串行通信串行接口一直是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必配的通訊接口，雖然它具有費(fèi)用低、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，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(bǔ)了這一缺點(diǎn)。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(diǎn)，抑制各自的缺點(diǎn)，從而在實(shí)際應(yīng)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(jī)；另一方面利用RS232與USB各自的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊。設(shè)計(jì)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(jì)USB通訊接口。這樣，eCOG1k可以通過USART與計(jì)算機(jī)和傳感器進(jìn)展通訊，實(shí)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(jī)將通過串口采用標(biāo)準(zhǔn)RS232接口與GPRS模塊LT8030進(jìn)展通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jì)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(gè)控制系統(tǒng)主要由控制對(duì)象、控制模塊MCU、GPRS模塊、傳輸網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)和公共數(shù)據(jù)網(wǎng)、上位機(jī)系統(tǒng)組成。此外在控制局部和上位機(jī)系統(tǒng)中都應(yīng)該包含相應(yīng)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(shí)存儲(chǔ)，以備萬一網(wǎng)絡(luò)中斷或監(jiān)控中心故障時(shí)不致喪失數(shù)據(jù)18。監(jiān)控中心即上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上是一臺(tái)計(jì)算機(jī)甚至可以為手機(jī),以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的控制監(jiān)控。 圖中的上位機(jī)是通過ADSL MODEM上網(wǎng)，當(dāng)然實(shí)際中可通過局域網(wǎng)等途徑，假設(shè)將上位機(jī)局部換成手機(jī)，則手機(jī)必須通過GPRS上網(wǎng)，安裝上位機(jī)軟件后即可19。傳感器數(shù)據(jù)采集Internet公網(wǎng)GPRS IP mod