具有防盜功能的熱量表的研制

1、具有防盜功能的熱量表的研制        摘  要：介紹采用MSP430F133 DSP、Pt1000配對(duì)熱電阻及脈沖電磁閥設(shè)計(jì)的熱量表的特點(diǎn)；表內(nèi)具有的斷電自關(guān)閉功能解決了防盜的難題。     關(guān)鍵詞：熱量表；流量；溫度；防盜 Research on Heating Meter with Burglarproof Function LIAORenxiu，ZHOUHanyi(Hefei University of Technology，Hefei230009，China)Ab

2、stract：Features ofthe heating meter adoptingthe MSP430F133 and Pt1000 matching heaterresistance and pulsating electromagnetic valveare introducedMoreover，the poweroff autoshutting function works outthe burglarproof problem Key words：heater meter；flux；temperature；burglarproof1簡(jiǎn)介    熱量表

3、主要技術(shù)指標(biāo)如下：溫度測(cè)量范圍：0度999度；工作電流：3mA；溫度測(cè)量精度：01度；流量測(cè)量精度：001m3。原理框圖如圖1所示。熱量表主要由流量傳感器，溫度傳感器，單片機(jī)，顯示器及脈沖電磁閥組成。流量傳感器把測(cè)得的流量值傳送到單片機(jī)，同時(shí)溫度傳感器把測(cè)得的暖氣入口和出口溫度值傳送到單片機(jī)。單片機(jī)按照熱量計(jì)算公式(1)計(jì)算出熱量值，并由顯示器顯示。斷電時(shí)，脈沖電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。    其中Q為熱量(kJ)，qm為熱量表中載熱體的體積流量，h為入口和出口載熱液體的熱焓之間的焓差，dt為時(shí)間增量。2硬件構(gòu)成及工作原理21流量傳感器在流量表的指針上安裝一個(gè)小磁鐵(圖2)

4、，在表盤上安裝一干簧管，當(dāng)指針指向干簧管時(shí)，干簧管受磁鐵吸引閉合后向單片機(jī)傳送一個(gè)低脈沖。干簧管閉合前A點(diǎn)被置高，閉合后使電容C放電產(chǎn)生一個(gè)下降沿，送到單片機(jī)的脈沖和指針轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)一致(轉(zhuǎn)一圈 10升)，實(shí)現(xiàn)精確計(jì)數(shù)。22溫度傳感器選擇Pt1000的鉑電阻，它精度高、穩(wěn)定性好，配對(duì)精度可達(dá)到005。它和MSP430微控制器中的比較器及定時(shí)器聯(lián)合使用對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，精度優(yōu)于01。利用單片機(jī)的比較器模塊，并配合片內(nèi)定時(shí)器，測(cè)量通過(guò)Pt1000鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)同一電容充電到同一電壓值的充電時(shí)間，通過(guò)兩者充電時(shí)間之比以及標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值可得Pt1000電阻的阻值，進(jìn)而得到溫度值。溫度測(cè)量部分的工作原理

5、如圖3所示：R1和C1分別為高精度的標(biāo)準(zhǔn)電阻和電容。R入為暖氣入口熱電阻，R出為出口熱電阻。 第一步把R入R出置為高阻，使它們處于斷開狀態(tài)，R1置為輸出(設(shè)電壓為U)對(duì)A點(diǎn)充電，同時(shí)打開片內(nèi)定時(shí)器，當(dāng)A點(diǎn)電壓充到外加電壓Ub時(shí)，比較器輸出端由低轉(zhuǎn)為高，同時(shí)計(jì)錄定時(shí)器的值T1，設(shè)充電時(shí)間為t1。由此我們得到方程式(2)：        第二步把R1、R入置為高阻，R出置為輸入并延時(shí)讓電容C1充分放電。然后同第一步，通過(guò)電阻R出對(duì)電容C1充電，設(shè)對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間為t2，定時(shí)器的讀數(shù)為T2。由此可得到方程式(3)：  &#

6、160; 第三步同第二步，測(cè)出通過(guò)R入對(duì)電容C1充電的時(shí)間t3，定時(shí)器讀數(shù)T3?？梢缘玫椒匠淌?4)：    由上面三步得到的三個(gè)方程式求得：R出t2R1/t1；R入t3R1/t1。由于定時(shí)器的值的大小即為充電時(shí)間的長(zhǎng)短?？捎肨1、T2、T3代替t1、t2、t3求得R入與R出。根據(jù)熱電阻的阻值溫度擬合曲線得到溫度T入、T出。在這個(gè)過(guò)程中，由于A點(diǎn)的充電時(shí)間較短，在這么短的時(shí)間里輸出電壓U與電容變化很小，故對(duì)電壓U與電容精度的要求不是很高。但對(duì)R1的精度要求較高，因此選用經(jīng)激光修整的精密電阻。23電源    電源必須體積小，容量大，電壓

7、的選擇兼顧到單片機(jī)、脈沖電磁閥的要求。MSP430F133微控制器的工作電流為15mA，等待電流為7A，顯示電路為3A左右。相對(duì)于工作電流，等待和顯示電路的耗電基本可以忽略。2年約工作200天，按此工作時(shí)間的耗電量為：15mA24h200072Ah。選用36V的鋰電池，一節(jié)鋰離子電池的容量約為15Ah，它的正常使用量一般達(dá)70，大于兩年的工作耗電量，因而符合設(shè)計(jì)的要求。24顯示器采用低功耗的LCM101(L)10位多功能8段式液晶顯示塊。設(shè)計(jì)最終的顯示位數(shù)為10位。顯示參數(shù)有：進(jìn)口溫度、出口溫度、進(jìn)出口水溫差、累積流量、累積熱量，以上參數(shù)循環(huán)顯示。溫度顯示分辨率為01 度，流量顯示分辨率為00

8、1m3，熱量顯示分辨率為01MJ。3閥門開關(guān)與斷電自關(guān)閉電路由電磁閥的原理知，電磁閥的開關(guān)是由一個(gè)3040毫秒的脈沖電流實(shí)現(xiàn)的。圖4是閥門開關(guān)的原理圖，它由三極管和電阻等構(gòu)成，電磁閥的電磁線圈接于JD1和JD2之間。當(dāng)OFF端保持低電平時(shí)，在ON端通一正脈沖，閥處于打開狀態(tài)；當(dāng)ON端保持低電平時(shí)，在OFF端通一正脈沖，閥處于關(guān)閉狀態(tài)；無(wú)論何時(shí)BP和B_N間掉電，則掉電自關(guān)閉電路被使能，在OUT端輸出一個(gè)高脈沖加于OFF回路使電磁閥關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)斷電的自動(dòng)關(guān)閉功能。4軟件設(shè)計(jì)流量的測(cè)量采用中斷的方式，當(dāng)單片機(jī)被從干簧管送來(lái)的低脈沖觸發(fā)中斷時(shí)，流量自加10升，流量值送單片機(jī)存儲(chǔ)，以保證在掉電后該流量值仍存在。在主程序中對(duì)入口水溫與出口水溫進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，然后根據(jù)熱量計(jì)算公式計(jì)算出熱量，再送顯示器顯示。溫度測(cè)量程序流程如圖5。5實(shí)測(cè)精度溫度測(cè)量結(jié)果如表1。從上表可以看出，水溫從0到100，用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)得的水溫與用該暖氣表測(cè)得的水溫最大溫差為01。6結(jié)論采用MSP430F133混合信號(hào)處理器研制的熱量表電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比高，經(jīng)臺(tái)架試驗(yàn)表明，它的精度高、穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。斷電自關(guān)閉脈沖電磁閥的采用，解決了在滿足節(jié)能要求條件下的防盜難