低功耗热量表设计

　　1 热量表原理

　　热能表是利用热水作为传热媒介的户用采暖计量系统，用于计量热水通过进水管道和回水管道所释放的热量。其工作原理是根据流量计提供的流经管道的热水体积和配对温度传感器测量进水与回水的温度数据送至微处理器，计算出消耗的热能，热能数据经处理后在 LCD 上显示出来。

　　消耗热能 Q 的计算公式如下:

　　2 硬件设计

　　系统硬件组成见下图。预期达到的各项技术指标如下:

　　① 口 径 :DN15mm 。

　　②精确度:MPE3 级。

　　③温度测量范围:4℃～95℃。

　　④公称压力:1.6Mpa。

　　⑤温度分辩率:0.01℃。

　　⑥压力损失:△ P ≤ 0.03Mpa。

　　⑦流量传感器误差限最大不超过 5%。

　　⑧内装电池使用寿命大于 5 年。

　　该系统主要由 MCU、流量计、温度传感器、LCD 显示屏、非接触 IC 卡读卡器、电磁阀控制等电路组成。

　　MSP430F413 单片机是系统的核心，用于完成所有的控制和计算功能。该芯片是TI公司推出的超低功耗混合信号 16 位单片机系列中的一种。它采用 16 位精简指令系统，125ns 指令周期，大部分的指令在一个指令周期内完成，16 位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率，而且片内含有硬件乘法器，大大节省运算的时间。该芯片具有8KB+256B Flash Memory，256B RAM，采用串行在线编程方式，为用户编译程序和控制参数提供灵活的空间，内部的安全保密熔 丝 可 使 程 序 不 被 非 法 复 制 。 此 外 ，MSP430F413 具有强大的中断功能，48 个通用 I/O 引脚，96 段 LCD 驱动器，一个 16 位定时器，多路 A/D 转换，极大简化了外围应用电路设计。

　　温度传感器和单片机的内部 A/D 转换器组成温度采集电路，可测量采暖设备进水和回水的温度。温度敏感元件采用铂电阻 DS-1000型温度传感器,该传感器是专为户型热量表，楼栋管网热量表配套的测温传感器。同时也用于楼寓中央空调，采暖，通风系统温度测量控制。适用于 1/2”,3/4”,1”,DN25∽ DN250 供热管道。在 0～630.75℃温度范围内铂电阻阻值与温度关系为 b=-5.847 ×10-7/(℃)2

　　根据上式进行温度计算，需要求解二阶方程的解，计算程序复杂，精度也难以保证。为此本文使用表格法和线形插值法进行温度标度变换。方法如下:首先，以温度增加1℃对应的绝对电阻值建立 120 个表格，A/D转换结果与表格内的电阻值进行比较，直到Rn ≤ RM部分，根据 R-Rn 和 Rn+1-Rn 的比值求解温度的小数部分，就可求出温度值。这种方法计算简单方便，也能满足设备精度要求。