基于MSP430FW427的热量表

　　0　引言

　　目前,供热服务首要关心的是高精度的测量、计费和管理,因此设计出超低功耗、计量准确的热量表成为首要解决的问题[1]。热量表由流量计、温度计和积算仪3个部分组成。热量属于过程量,传统的测量方法对过程计量的本身就存在较大的难度,而且存在测量误差大、修正因素多等问题,对于小温差、小流速流体,很难完成温度的高精度测量;并且很多热量表的功耗很大,无法满足电池长时期驱动的要求。因此,国内市场急需高性能低价格、适合国情的热量表。基于MSP430FW427的热量表能够实现低功耗、准确的测量以及设置、计算、显示、数据FLASH存储交换和串口通信,是新一代的新型高质量热量表。

　　1　热量表的测量原理

　　以热(冷冻)水为媒介的集中供热(供冷)系统中用户所消耗的热(冷)量,与热(冷)水流量和供、回水焓值有关[2]。热能值的物理学含意是热功率与时间的乘积。按照热力学定义可表达如下:

　　式中:A为热能值;m为指定热能载体的质量;h₁为进水温度的热焓;h₂为回水温度的热焓。

　　如式(1)所示,热能值无法直接测量,只能通过其他的物理学参数确定。通过热能表可以测定体积用以替代质量,然后通过查水的焓值和密度表来计算热能值。或测定温度用以替代热焓差。因此上式需转化。在实践中可表达如下

　　式中:V为指定热能载体的体积;ΔT为进回水温差;K为热能系数,取决于载体密度随温度的变化和对应于流量计所测温度的热焓值。

　　因为用这种方法来测定热能值,因热能系数是校正计算的基本参数,流量计的安装一定要与标牌所指示的安装方式和位置一致。

　　2　热量表系统的硬件设计

　　热量表由流量传感器、供回水温度传感器及计算、显示装置组成。热量表利用温度传感器对供水管道水温和回水管道水温进行测量,从而得到两者的温差,利用流量传感器对供水管道的瞬时热水流量进行计量。经过一定时间的积累,得到用户所消耗的热量值。并且利用M-BUS总线传输数据而且能远程供电的功能,实现远程抄表系统。热量表系统的工作原理图如图1所示。

　　2. 1　M SP430FW 427单片机MSP430系列单片机是16位超低功耗单片机,它的电源电压采用1.8~3.6 V,RAM数据保持方式下耗电仅0.1μA,活动模式耗电250μA/MIPS(MIPS:每s百万条指令数), I/O输入端口的漏电最大仅50 nA[3]。在低功耗方面,它具有5种工作模式,而且各种低功耗工作模式和活动模式之间可快速有指令进行切换[4]。MSP430系列单片机由3.0 VDC锂电池供电,外接32 768 Hz的时钟晶振,内部有数字控制振荡器(DCO)提供高速时钟源。在非活动状态进入低功耗模式3(LMP3)的休眠状态,此时电流仅有17μA,当外部中断时,唤醒休眠状态进入活动状态仅需6μs,并且内有FLASH存储器、LCD驱动模块、12位A/D转换器和参考电压,从而减少了分离元件,进一步降低