热量在线测量装置的研制

　　0　引　　言

　　热量表是指在一个热流回路中流体吸收或释放热量多少的测量仪表,它是热量计量的基础,是实施城市供热体制改革,推行按热计量收费的关键仪表。热量表通常由流量计、温度计和计算仪3部分组成[1]。传统的热量表测量原理较准确,但对系统水质要求高,维护管理较复杂;同时需配套流量计,价格较高;且安装时需破坏管道结构,给用户造成不便。国外常采用的热量分配表经济、易安装,但是由于抄表和计量精度的问题在我国没有得到大规模应用[2]。因此,针对现有住宅散热系统,设计出实用性强、性价比高、使用安装方便的热计量装置成为首要解决的问题。

　　1　系统构成

　　以温差修正热计量测量方法为原理,本文所设计的热量在线测量装置主要实现以下功能:

　　1)数据采集部分　热量信号采集主要由热量测量系统终端来实现,主要实现温度信号的采集,热量系数的动态校正,热量值的积算等功能。

　　2)数据通信部分　此部分采用有无线结合、公专网相结合的方式实现热量信息的传递。

　　3)显示控制部分　显示控制部分界面具有良好的菜单操作方式,可以在线监控和显示所有用户实时热量值。并具有实时热量曲线和历史热量曲线显示以及数据保存等功能。整个系统最终完成按热量消耗计量收费的全过程,如图1所示。

　　2　系统终端硬件设计及实现

　　2.1　在线测量终端电路设计

　　国家标准中要求热量表在5年内不得更换电池,因此要求很低的功耗。为此测量终端选用低功耗单片机MSP430F149芯片进行控制。MSP430F149的电源电压采用1.8~3.6 V低电压,RAM数据保持方式下耗电仅为0.1μA,活动模式下耗电为250μA/MIPS,I/O输入端口的漏电流最大仅为50 nA[3]。通过时钟选择和中断的合理控制,既降低了系统功耗,又可对外部事件请求做出快速响应。

　　在线测量终端主要实现温度信号采集,热量值计算等功能。考虑到温度信号需要远距离多点检测,在此选用了DALLAS公司的单线数字温度传感器DS18B20。它具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。

　　2.2　基站控制电路设计

　　以ARM920T S3C2410A嵌入式处理器与WindowsCE嵌入式系统为处理核心,在小区中心对采集到的热量信号集中进行控制。ARM920T S3C2410A是ARM公司设计、SAMSUNG生产、面向商业应用的32位RISC结构嵌入式处理器,该处理器为32位RISC结构,最高工作主频203 MHz,12 MHz系统外部时钟源,32.768 kHz的RTC时钟源,外部寻址范围可以达到1MB,片上资源丰富[4]。本系统设计中使用了一个USB主机口,2个异步串行通信口,片内实时时钟用于定时数据采集、处理和传输,片内自带看门狗防止系统死机以及准确的系统复位,64 MB NANDFLASH作为系统内存。配合使用WindowsCE5.0作为操作系统,系统开发效率高、运行稳定,为信号远传提供了可靠的系统平台。