寧凡 郭志宏 鄭驊

1 引言（Introduction）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，熱量表[1-4]由工業(yè)用途逐漸進(jìn)入民用，用于有償計(jì)費(fèi)熱量表的使用越來(lái)越為廣泛，傳統(tǒng)的計(jì)劃劃撥式供暖計(jì)費(fèi)方式是依照建筑面積作為唯一計(jì)費(fèi)依據(jù)，這種方式造成了能源的極大浪費(fèi)，而且，傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)是手動(dòng)操作，效率低、人工成本高，不利于商家提高利潤(rùn)。因此供暖行業(yè)急需一款能按照實(shí)際供暖量計(jì)費(fèi)的熱量表?；谶@樣的市場(chǎng)需求，我們研制了一款智能熱量表檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)熱量表的功能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，用以確定檢測(cè)熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等參數(shù)是否準(zhǔn)確。該系統(tǒng)的研制成功可以提高檢測(cè)的精度和速度，另外還可以填補(bǔ)傳統(tǒng)的熱量表的不足。這種新型智能檢測(cè)系統(tǒng)的推出，不但是技術(shù)水平的進(jìn)步，同時(shí)也會(huì)大大提高熱量表使用企業(yè)的生產(chǎn)力。

2 系統(tǒng)組成以及工作原理（The composition and

principle）

2.1 系統(tǒng)組成

該熱量表檢測(cè)系統(tǒng)以單片機(jī)[5-8]為控制單元，外圍采用按鍵模塊、參數(shù)檢測(cè)模塊、三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示模塊等電路構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等參數(shù)是否正確，以此作為計(jì)費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，該系統(tǒng)還設(shè)置了光電隔離模塊和串行通信模塊，光電隔離模塊用以隔離檢測(cè)電源和熱量表線路板的電源，提高檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串行通信模塊用來(lái)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，為用戶提供良好的人機(jī)對(duì)話界面。系統(tǒng)的具體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

Fig.1 System block diagram

2.2 工作原理

該檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)熱量表的功能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，用以確定熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等參數(shù)是否準(zhǔn)確。檢測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，首先進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，利用按鍵模塊進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行參數(shù)的檢測(cè)，當(dāng)顯示模塊顯示的值為“0”時(shí)，表示系統(tǒng)清零，當(dāng)顯示的值為“1”“2”“3”時(shí)，由溫度檢測(cè)電路進(jìn)行低溫（40°）、中溫（70°）、高溫（140°）的檢測(cè)。當(dāng)溫度檢測(cè)結(jié)束時(shí)，重新設(shè)置參數(shù)值為“4”，由流量檢測(cè)模塊進(jìn)行熱量表水流量的檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)的熱量表可以投入上使用，根據(jù)溫度和流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。該檢測(cè)過(guò)程可以循環(huán)進(jìn)行，對(duì)批量生產(chǎn)的熱量表進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)。

3 主要硬件電路（Hardware design）

3.1 控制單元

控制單元采用TI公司的MSP413系列單片機(jī)。推出的MSP413系列單片機(jī)具有超低功耗和集成度高的特點(diǎn)。它內(nèi)部集成了高性能模擬電路和16位精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，16位寄存器和常數(shù)寄存器，達(dá)到最大的代碼效率，具有很強(qiáng)的處理能力和運(yùn)行速度。此外，片內(nèi)集成了用于流量檢測(cè)的功能模塊SCAN IF，可以實(shí)現(xiàn)低功耗、精確、穩(wěn)定以及實(shí)時(shí)的流量檢測(cè)。因此，檢測(cè)系統(tǒng)選用MSP430FW427作為MCU。

3.2 溫度檢測(cè)模塊

參數(shù)設(shè)置模塊主要由繼電器電路和發(fā)光二極管電路組成，模擬溫度的上、中、下三個(gè)溫度值，并對(duì)熱量表的溫度值進(jìn)行檢測(cè)。單片機(jī)的三個(gè)引腳P30、P31、P32分別控制三極管Q8—Q10的基極，當(dāng)單片機(jī)的P30、P31、P32的電平為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器中有電流流過(guò)時(shí)，繼電器線圈中有電流流過(guò)，銜鐵吸合，表示熱量表具有正常的溫度檢測(cè)功能。檢測(cè)時(shí)，用1k的電阻、1.2k和1.4k的電阻模擬熱敏電阻進(jìn)行溫度的檢測(cè)，如圖2所示。

圖2 溫度檢測(cè)電路

Fig.2 Temperature detecting circuit

3.3 參數(shù)設(shè)置模塊

按鍵模塊由三個(gè)按鍵構(gòu)成，電路圖如圖3所示，按鍵的值分別由單片機(jī)的三個(gè)引腳P20、P21、P22讀出，用來(lái)設(shè)置和檢測(cè)參數(shù)。當(dāng)三個(gè)按鍵全部按下時(shí)P20、P21、P22接收到的值為“111”，數(shù)碼管的顯示值為7，當(dāng)數(shù)碼管三個(gè)按鍵都不按時(shí)，P20、P21、P22接收到的值為“000”，數(shù)碼管的顯示值為“0”。進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)，按鍵的值見(jiàn)表1所示。

表1 按鍵值對(duì)應(yīng)功能

Tab.1 Function corresponding to the key value

圖3 參數(shù)設(shè)置電路

Fig.3 Parameter setting circuit

3.4 驅(qū)動(dòng)顯示模塊

驅(qū)動(dòng)模塊主要由5個(gè)晶體三極管構(gòu)成，主要完成對(duì)數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)功能。單片機(jī)的P60、P61、P62、P63、P64、P655個(gè)端口分別接至Q1—Q5的基級(jí)，當(dāng)P60、P61、P62、P63、P64、P65的輸出為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮數(shù)碼管，數(shù)碼管可以正確顯示由按鍵模塊設(shè)置的參數(shù)值。

圖4 驅(qū)動(dòng)顯示電路

Fig.4 Drive display circuit

4 軟件說(shuō)明（Software design）

軟件部分主要由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是參數(shù)設(shè)置、溫度檢測(cè)、流量檢測(cè)。參數(shù)設(shè)置用來(lái)進(jìn)行不同功能的設(shè)置，如設(shè)置為“1”時(shí)進(jìn)行較低溫度的檢測(cè)，設(shè)置為“2”時(shí)進(jìn)行中等

溫度的檢測(cè)，設(shè)置為“3”時(shí)進(jìn)行較高溫度的檢測(cè)，設(shè)置為4時(shí)進(jìn)行流量參數(shù)的檢測(cè)。設(shè)置為零時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的清零。具體程序略。

5 結(jié)論（Conclusion）

基于MSP413系列單片機(jī)的熱量表檢測(cè)系統(tǒng)用了專用的MCU技術(shù)，具有低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)， 使得現(xiàn)有的熱量表可以克服了傳統(tǒng)熱量表的技術(shù)缺陷， 具備良好的檢測(cè)精度、穩(wěn)定性及耐用性，符合熱量表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)槲覈?guó)實(shí)現(xiàn)按熱量計(jì)費(fèi)的供暖方式提供較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 胡豫杰，張志剛，常茹.淺議我國(guó)熱計(jì)量方法的選用與發(fā)展方

向[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，7（4）：282-284.

[2] 哈靖蜻，等.小口徑超聲波熱能表的研制[J].聲學(xué)技術(shù)，2008

（10）：178-179.

[3] 國(guó)家質(zhì)檢總局.重點(diǎn)管理的計(jì)量器具目錄（第二批）[S].北京：國(guó)

家質(zhì)檢總局，2007.

[4] 譚慧勇，孔祥平，朱江.有磁熱量表和無(wú)磁熱量表的對(duì)比分析

[EB/OL].2009.

[5] 馬彪，孫艷霞.低功耗熱量表設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2008（23）：38-39.

[6] 胡大可.MSP430系列Flash 型超低功耗16 位單片機(jī)[M].北京：

北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[7] 魏小龍.MSP430系列單片機(jī)接口電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北

京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[8] 馬長(zhǎng)虹.淺談集中供熱領(lǐng)域熱能表的檢測(cè)技術(shù)[J].應(yīng)用能源技

術(shù)，2007（9）：46-47，50.

[9] 李國(guó)祥，等.熱能表[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介：

寧 凡（1976-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：電子信息技術(shù).