基于MSP430单片机的热量表设计

　　0　前言

　　我国北方城市的福利供暖制度正在进行重大改革。除了制定符合新形势的政策和法规之外,还正在推行一些相应的技术措施。目前,一些城市进行了分户供暖的管线改造,有些供热部门正在制定按用户的实际热量消耗计量收费的办法。按户对热量消耗计量收费可使热费的收取更趋合理,但必须要使用专门的仪器对热量进行准确的计量。现给出了一种基于MSP430单片机的、针对热水供暖系统的热量表设计方案。这种热量表采用超低功耗设计,并可通过M-Bus接口实现与远程招标计费系统的通信。

　　1　热量表的组成原理

　　普通热量表的原理框图如图1所示,它主要由积算仪、流量计和温度传感器三部分组成。

　　流量传感器用于计量流过采暖设备的热水的体积。两只温度传感器用于测量进水温度和回水温度。积算仪是热量表的核心,它能够根据流量计提供的热水流量和进水、回水温度差等数据计算出消耗的热量。其计算公式如下:

　　根据(1)式,测出流量和温度差,进而算出所消耗的热量。

　　2　实现原理及硬件电路构成

　　TI公司的MSP430系列单片机(MCU)集成了业界领先的超低功率闪存、高性能模拟电路和一个16位精简指令集计算机(RISC)CPU,指令周期可以达125ns,且大部分指令可在一个指令周期内完成。工作电流极小,CPU处于工作模式LMP4时,电流可低至0.1uA。另外该芯片属低电压器件,工作电压为1.8~3.6V。此外,它还将一些常用的外围模块如A/D、看门狗(WDT)、I/O口、定时器、LCD驱动电路等整合到片内,并具有超低功耗的特点,因而特别适合电池供电的微型系统的设计。

　　2.1　硬件组成

　　根据上面的分析,我们设计了一种基于MSP430系列单片机的热量表,其组成框图如图2所示。该系统主要由MCU、流量计、温差测量、LCD显示器、电源控制电路等部分组成。其中MCU采用TI公司的微处理器MPS430系列,它是系统的核心,用于完成所有的控制和计算功能。温度测量分别用两只特性相同的薄膜铂电阻Ptl000完成。两只热电阻分别位于供热管路的进水口和出水口,将两个温度转换为电压后分别送至MSP430片内集成的A/D转换器,该A/D的转换精度达12位,完全满足要求。流量计用于测量流过取暖设备的热水体积,每流过一定体积的热水,流量计便输出一个脉冲。将这个脉冲作为中断输入信号,CPU用该信号累计流过采暖设备的热水的体积,以进行热量计算。

　　在需要时,可用键盘可实现各种操作,如:唤醒LCD显示器,查看水温、消耗的热量和系统信息等。电源控制电路主要是在不需要显示和温度测量时切断相应部分电路的电源,以降低系统功耗。系统设置的作用是在需要时(如更换电池)对设备系统的年、月、日、小时和分等时间信息进行加载或调整。另外,当系统出现故障时,它也将向CPU申请中断,启动CPU将当时的时间、热量值和故障信息写入内存以备查询;同时经M-Bus告知远程系统。