智能热表的超低功耗设计

　　0　引言

　　暖气供热部门向住户收费的传统方法是按照住户的居住面积和供暖时间来计算,其暴露出的问题日趋明显,如供热不均、能源浪费、收费困难等。于是许多国家提出民用建筑安装热表实行分户计量收费,近几年已经在一些国家开始实施。在我国部分城市也开始了试点工作。热表也称热量计是衡量住户使用热量的依据,它和电度表一样必需准确可靠才能达到预期的目的。但热表的设计难度却比电度表大得多,因为电度表停电时不需计量,可直接使用电网电源,而供热系统在停电时也可运行,不能完全依赖电网作为热表的工作电源。为了便于安装、减小体积、降低成本,热表大都采取了干电池供电方式。

　　热表还应具有数字显示和红外抄表功能,设置铅封等防止窃热的功能也成为热表设计的主要方面。这样热表的生产成本不会很低,对住户来说应归于耐用品,加之为了减少安装的次数,要求干电池有效工作的时间越长越好。因而必需用特殊的方法使热表按超低功耗运行才能达到目的。为此我们做过较多的理论探讨和大量实验,获得了较理想的效果。

　　1　总体方案

　　为了便于安装,热表的外形结构和体积往往很接近于自来水表,大多数公司几乎不约而同选用了CR123A-3V相机电池作为供电电池。图1为智能化热表的总体方案,系统由微控制器、流量测量、温度测量、液晶显示、红外接口、供电部分、信号发生器以及显示选择等部分组成[1]。

　　微控制器是热表的核心,从满足功能、低功耗和低成本多方面要求考虑,我们选用了TI公司的MSP430X325(以下简称微控制器)。该控制器具有S4段液晶显示驱动、14位AD、512byteRAM、16kbyte程序存储器,其它定时器中断等都可满足要求,开发时可用EPROM型,厂家还支持OTP型及ROM型批量生产时可用之。430系列微控制器工作电压为1.8V~3V,非常适合于干电池供电,其最大的特点是工作电流极小,在待机方式下可以小于1μA,而且待机期间端口的工作状态不会改变并可随时唤醒[2]。

　　流量测量完成的是对流过热表的液体质量的计量。这里的测量对象是流体的速度,由流体速度、面积、密度和温度可确定流体的质量,它是计算热量的参数之一。

　　温度测量其实是测量用热区(如房间)暖气入口温度和出口温度。入口温度可以证明供暖设施的好坏,出入口温度之差和流体质量用来计算用热区所消耗的热量。

　　液晶显示用以显示供暖总热量、供暖总流量、供暖总时间、流速、出入口温度、日期、时间、工作状态、故障代码等内容。

　　红外接口供管理人员抄表和专业人员设置热表用。