1 导言
多年来,我国一向连续计划经济时代的全福利式居民供暖体系,以居民小区为单位,共用一个操控阀,以住所面积为热量的计量依据,费用由居民所在单位按国家统一的规范一年一次性全额划拨给供热单位。跟着改革开放的不断深入,人民生活水平的进步,产品认识的不断加强,这种旧体系已远远不能适应当时经济生活的开展,其坏处也显得越来越杰出。本文针对热量计的现状及开展趋势,成功规划、调试了一套用于计量热量的智能低功耗热量计体系。该体系充分体现了热量计的智能化、低功耗、高精度的开展趋势。要点在于温度传感器、流量传感器的规划及智能化、低功耗的硬件电路规划上。
2 体系功用
终究热量计能够在水管进出口有温差,叶轮有滚动的条件下依照设定的要求不断的累计放热量并经过LSD数码管显现出来。并能显现各种供热管路的给水温度、回水温度、给回水温差、瞬时流量、累积流量、累积热量、可经过键盘设定外表系数及相关校准参数;经过收集器衔接上位机,物业办理部门能够经过上位机监督各用户的用热状况。
3 热量计的硬件电路规划
3. 1热量计量体系原理框图
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热量计量体系的装备见图1。该装备规划坚井内的管道为双管式,户内水平并联,进口设热量计和锁闭阀,散热器设温控阀。经过管路,热水流至用户端,经热传导体(其间包含散热器、热量传导体、地热)的外表散热冷却后经过管道回来供暖处。热量计的首要任务是经过计量流过热量计的热水的体积、进水温度、回水温度,来计量该户耗热量。
该计划室内散热器并联,经过温控阀调理散热器的流量,各散热器之间没有影响。在确保用户舒适性的前提下,节能作用愈加显着,是最理想的布管办法。其缺陷是管材部分要增加投资。本热量计量体系的布管办法选用跨越式串联办法。跨越式串联办法竖井内的管道为双管式,户内水平跨越式串联,进口设热量计,锁闭阀,散热器设温控阀。
3.2 热量计的硬件原理框图
热量计的硬件原理框图如图2所示,该热量计首要由流量传感器、配对温度传感器(Cu 100)、单片机及LCD组成。依据必守时刻内所经过的水的流量(V)和供、回水的温度差(4T),以及由4T所决议的热交换算系数K,得到用户所耗费的热量值。
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3.3 单片机及其外围电路规划
单片机MCS-51为主组成的根本模块是该体系的中心部分,首要完成对体系收集到的信号进行相关的处理,和谐其他模块,使整个体系步调一致的作业。本规划选用的是ATMR1公司出产的AT89C51单片机。ATMF1公司出产的AT89系列单片机是与8051兼容、且内部含有F上ash存储器(闪速存储器)的单片机,所以,AT89系列单片机也称Flash单片机,是现在干流的MCS-51单片机系列。单片机外围电路首要包含复位电路、时钟电路和串行RAM。如图3所示:
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(1) 复位电路选用手动复位,高电平有用。
(2) 时钟电路运用外部独立时钟振荡器所发生的时钟信号,本规划选用12MHz晶振。
(3) 串行RAM用于存储处理后数据。
3.4 温度信号丈量
温度信号丈量电路是热量计的测温部分,它由三端稳压器(MC7812),温度传感器(Cu100)、差动扩大器(AD620)和A/D转化器(AD1674)组成。
3.4.1温度传感器
本规划温度传感器选用铜电阻(Cul 00),运用电桥测温法进行温度丈量。铜热电阻以金属铜作为感温元件,其特色是电阻温度系数较人、精度高、价格便宜、重复性及稳定性高、运用温度规模是一50^-1500C,正好在家庭供暖热水规模内,并且在这个温度规模内线性度比较好。
3.4.2差动扩大器
AD620是低价格、高精细度仪器扩大器。它只需一个外接电阻,就能便利地进行各种增益(1-1000)的调整。该芯片具有体积小、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低的特色,在电池供电的便携式设备、精细的数据收集体系、ECG和医疗仪器、传感器接口、工业进程操控、多路转化运用体系和微操控器运用体系中的前置扩大器等领域中取得广泛运用。
3.4.3 A/D转化器
1.选用AD公司出产的逐次迫临式模/数转化芯片AD1674, AD1674是美国AD公司推出的一种完好的12位并行模/数转化单片集成电路。该芯片内部自带采样坚持器(SHA)、10伏基准电压源、时钟源以及口丁和微处理器总线直接接口的暂存/三态输出缓冲器。与原有同系列的AD574A!674A比较,AD1674的内部结构愈加紧凑,集成度更高,作业功能(尤其是高低温稳定性)也更好,并且能够使规划板面积人人减小,因此口J一下降本钱并进步体系的牢靠性。
3.4.5 温度丈量电路
图4是温度丈量电路,选用电桥测温法,MC7812供给稳压电源,CONS铜电阻插口,OD620差压扩大器,!AD1674进行A/D转化,为防止扩大器输出电压过大烧坏A/D转化芯片,设有过压保护环节。
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3.4.6 流量丈量的规划
经过归纳考虑各种因素,本规划选用变磁阻式的霍尔传感器流量丈量仪,叶轮的旋转引起霍尔元件磁阻的周期性改变,霍尔元件输出与流量有关的电脉冲信号,经前置扩大器扩大并整形送入单片机输入端计数,作业简略牢靠。经过丈量霍尔集成传感器的输出脉冲的个数即可得到流速的巨细,从而可推知流量的巨细,丈量电路如图5
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3.5 显现部分规划
本规划显现部分选用LED显现器,其由发光二极管组成,选用动态显现办法;74LS438完成位选,CD4534段选。
4 热量计软件规划
体系软件选用模块化编程办法由初始化主程序、中止服务子程序、温度丈量子程序、流量丈量子程序、热量计量子程序、显现子程序、按键子程序和软件的低功耗规划组成。初始化程序对特别状况寄存器赋值、发动数码显现和A/D转化等。初始化主程序首要用来对单片机的一些寄存器、工/0口等的初始状况进行设置,对一些兀芯片的电源进行开/关。如初始化仓库指针,关中止,中止看门狗,铲除中止标志等;对体系进行校准,对一些重要参数校准存储,如温度电桥电阻,运算扩大器扩大倍数,零点漂移;接着程序进入主循环,敞开中止,进入低功耗方式,等候中止唤醒。初始化主程序框图如图6
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5体系通讯部分规划
热量计体系选用集散型操控体系的方式:智能化物业办理中心的PC机作为上位机一能够依照设定的抄存项目、开始时刻和时刻距离,守时、主动抄收存储在收集器中的冻住数据或实时数据,能够打印成报表和计费发票,也能够生成数据文件提交给其它运用体系,进行在线办理、平衡和剖析;收集器接纳上位机发来的指令,依据指令将各台户机的丈量值及作业状况报送上位机。收集器是联络用户家中的户机和办理中心的PC机之间的枢纽。
6 小结与本文作者立异点:
本文规划的热量计是内嵌微处理器的智能化丈量外表,与传统的机械式外表比较具有结构简略、安全牢靠、实时性好、灵敏度高;功耗低,整个体系的动态功耗只要50uA左右,静态功耗仅luA左右,很好的确保了运用电池供电5年以上;操作简洁,用户经过一个按键就能够查询一切数据和信息,并在LCD上显现出来,成果直观。和传统外表比较本钱大大下降,并且抗干扰性好、装置保护便利、丈量精度高,具有较高的功能/价格比。
