基于PIC系列单片机的冷热表的研制

　　1　引　　言

　　我国北方城镇居民需要冬季集中供暖,南方地区城镇需要夏集集中制冷。对集中制冷、供暖管理最有效的手段是安装通用型冷热表及温控阀,并实行按表计量收费。国外实践表明,这可节能20%～30%。研制开发适合我国国情的冷热表是一件将对我国城镇供热体制改革和建筑节能工作产生巨大影响的,有利于国计民生的事业。文中论述的冷热表除具有测量出、回水温度、温差、瞬时流量、热功率、累计流量及热量功能,还具有自动存储上一年度流量及热量及远传通讯功能。适合小区物业集中管理。

　　2　热量测量原理及实现手段[1]

　　在热交换系统中安装冷热表,当水流经系统时,根据流量计给出的流量和配对温度传感器给出的进回水温度差,用户获得的冷热量可以由下列方程计算出:

　　E=∫K×ΔT×dV

　　其中:E——输出热量　　K—焓值修正系数

　　ΔT—进回水温差　　V—系统冷热水流量

　　焓值修正系数是进回水温度的函数,焓值与温度对应关系见国家质量技术监督局发布的焓值密度表。

　　实际计算冷热量有两种方法:一是定时采集温度、流量,由温差和流量积算出冷热量;二是每来一个流量脉冲,由流量和温差积算出冷热量。冷热表由温度传感器、流量计和积算仪组成。两只温度感器安装在出水管和回水管中,流量计安装于回水管道中。温度和流量传感器提供的信号送入积算仪,积算仪进行数据采集处理,按积算公式算出用户从热交换系统中获得的热量或从中央空调获得的制冷量。

　　3　传感器数学模型的建立

　　3.1　温度传感器数学模型的建立

　　温度敏感元件采用铂电阻Pt1000,铂电阻阻值与温度关系为:

　　铂电阻接入电桥电路,如图1。其输出电压为:

　　0℃时,Rt=1kΩ;100℃时,Rt=1.385kΩ。

　　在VCC=3.0V,R0=1kΩ,R=100kΩ时,两点法测试,35℃时,V0=4.02mV　75℃时,V0=8.52mV。温度传感器数学模型为:

　　电桥电阻采用0.1%精密电阻,电桥电压由单片机I/O输出口经微功耗稳压芯片MAX6013提供时,各测试点温度误差均小于0.15℃。

　　3.2　流量计的选用及流量的积算

　　流量传感器采用悬翼式远传热水流量计,其传感元件采用干簧管,在流量计上加装嵌有磁极的磁铁,当热水(冷水)流过使磁铁旋转时,磁极交替地靠近干簧管,使干簧管通断输出电脉冲信号。由中断次数及水表的脉冲当量系数即可累计出流量。

　　4　积算仪的软硬件设计

　　4.1　硬件电路设计

　　硬件原理框图见图2。