基于低功耗民用热量表的设计

　　在我国北方供暖大部分还采用集中供暖的方式,不仅造成资源浪费还存在很多弊端。有关部门在多次发布关于热量表开发及分户供暖的基础上,于 2006 年 7 月,八部委专门针对热计量改革的《关于推进供热量收费的实施意见》再次强调了供热量收费的重要性。

　　按用户实际使用热量收费更加合理。热量表的设计正式解决从集中供暖到真正按户计量的设备。本文将对基于 MSP430单片机的热量表设计方案进行研究,主要解决系统本身功耗的节约。

　　1 热量表的原理及结构

　　1.1 计量原理

　　热量表的测量原理是根据流量传感器测得水管内的热水流量值和温度传感器测得供、回水温度差值,根据公式:

　　计算出用户用掉的热量,再乘以统一制定的价格来收取费用。其中:

　　Q 为供暖用户用掉的热量,Jqm为流经热量表的水的质量流量,kg/h;

　　qv为流经热量表的水的体积流量,m3/h;σ 为流经热量表的水的密度,kg/m3;

　　h 为供热用户的入、出口水的焓值差,J/kg;

　　t 为时间,h。

　　其中温度传感器和热量传感器的接入如图 1 所示。

　　1.2 硬件结构

　　以 MSP430 单片机为主要核心部件的系统结构图如图 2 所示。其主要完成供回水温度的测量、流量的测量、使用热量显示、串行口通信、自动报警、关闭阀门等

　　主要功能。

　　(1)器件选择。

　　①控制核心部件 MSP430F413 单片机M S P 4 3 0 F 4 1 3 是 一 种 内 嵌 8 K B 的FlashROM 和 256B 片上 RAM 的超低功耗的混合信号控制器。MSP430 系列单片机在 1.8V～3.6V 电压、1MHz 的时钟条件下运行,耗电电流(在 0.1μA～400μA 之间)因工作的不同模式而不同;具有 16 个中断源,并且可以任意嵌套,使用灵活方便;使用中断请求将 CPU 唤醒只要 6μs,由于具有 16位 RISC 结构,CPU 中的 16 个寄存器和常数发生器使 MSP430 控制器能达到最高的代码效率,可编制出实时性特别高的源代码;可以将 CPU 置于省电模式,用中断方式唤醒。另外 MSP430F413 单片机还集成了丰富的片内外设,像看门狗、定时器 A、段式液晶驱动器、基本定时器、比较器等,为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

　　②温度传感器 Pt1000。选用符合 IEC-751 标准的薄膜铂电阻中的温度传感器 Ptl000,其测量精度为 0.01℃。在一定的温度范围内,铂电阻的电阻与温度成良好的线性关系。由于其精度较高,只要准确地测量出其电阻,便能根据电阻一温度的线性关系得出对应 的温度,使得测温的算法大大简化。因测量的灵敏度高,从而有利于降低系统功耗。