基于STC12C5410微控制器的无磁热量表开发设计

　　0　引言

　　由于热量表的使用,使供热计量收费成为可能。依照实际供热公平收费,收费的合理性大大加强。同时供、用热双方的利益都与自己的行为直接挂钩,从而促进了节能意识的提高。住宅集中供暖实行按户热量计量收费也是建筑节能的一项基本措施。据国外资料表明:实行供暖按户计量后,其节能率在10% ~20%之间。因此世界各国越来越重视按户计量收费,我国的一些城市已开始以各种手段促进这一技术发展。城市供热正在迈出改革步伐,迫切需要高新计量设备进入供热领域,改变我国城市目前采暖技术的落后局面。为此国家建设部早在2000年就联合发改委等八部委,将集中供暖的民用建筑用热表计量收费列人全国建筑节能“九五”计划和2010年的发展目标,并于2001年2月正式颁布了行业标准CJ128-2000,为研制开发符合中国国情的热量表提供了理论依据。

　　1　热量表测量系统计热原理

　　热量表主要由温度检测系统、流量检测系统和微控制器组成。经过严格配对的温度传感器,分别安装于热交换回路的入口和出口的管道上;流量传感器安装于出口或入口管道上。配对温度传感器检测热交换系统进口和出口流体的温度,流量传感器检测流经热交换系统的流量。微控制器将采集到的温度、流量数据进行处理,计算出热交换系统所释放的热量,并进行存储或显示。

　　热源供应的热水以较高的温度流入交换系统(散热器等),以较低的温度流出;在此过程中,通过热量交换向用户提供热量。根据热力测量公式,用户所获得的热量为:

　　式中:E为热交换系统输出热量;TS为进水温度(℃);TJ为出水温度(℃);V为一定时间内流经供热系统的热水流量(L);K为热介质比重和比热的修正系数。

　　K值用来对比重和比热进行修正。流量计测量的是体积流量,需要换算成适合热量计算的质量流量,水的比重是随温度的变化而变化的,所以需要进行比重修正。通过K值也对比热进行修正,水的温度所对应的热量值并非绝对线性的,因此即使两个工况下的供、回水温差相同,如果供水或回水的温度不同,相应的热量值也是不一样的,K值是一个同时取决于供、回水温度值的变量。修正系数K的引入在热量计算中是非常重要的。如果不引入该修正系数,由此而造成的计算误差很大。

　　2　热量表的主要组成

　　该设计采用了STC系列产品中的STC12C5410单片机为核心,由一只流量传感器、一对温度传感器、一只积算仪组成。

　　2·1　STC12C5410单片机

　　控制系统采用了美国ATMEL公司生产的一种高速、超低功耗、超强干扰的8位单片机STC12C5410为主控制器。它的指令代码完全与8051兼容,但速度快8~12倍。在它的封装内集成了以下主要功能:一个高性能的8位CPU内核; 512×8位内部RAM; 8 kB可反复擦写Flash ROM; 2个16位可编程计数器/定时器; 8个中断源; 23个双向I/O口; 8路10位精度ADC;通用全双工异步编程UART串行通道;低功耗空闲和掉电模式等。STC12C5410可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。中央处理器主要完成温度和流量信号的数据采集、处理、存储和显示,远程通信,电池状态检测,供热时间显示和智能阀门的控制(可以控制供热量的大小或关断阀门)。