低功耗高精度熱量計系統(tǒng)設(shè)計

1 引言
多年來,我國一直延續(xù)計劃經(jīng)濟時代的全福利式居民供暖體制,以居民小區(qū)為單位,共用一個控制閥,以住宅面積為熱量的計量依據(jù),費用由居民所在單位按國家統(tǒng)一的標準一年一次性全額劃撥給供熱單位。隨著改革開放的不斷深入,人民生活水平的提高,商品意識的不斷加強,這種舊體制已遠遠不能適應(yīng)當前經(jīng)濟生活的發(fā)展,其弊端也顯得越來越突出。本文針對熱量計的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,成功設(shè)計、調(diào)試了一套用于計量熱量的智能低功耗熱量計系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了熱量計的智能化、低功耗、高精度的發(fā)展趨勢。重點在于溫度傳感器、流量傳感器的設(shè)計及智能化、低功耗的硬件電路設(shè)計上。
2 系統(tǒng)功能
最終熱量計能夠在水管進出口有溫差,葉輪有轉(zhuǎn)動的條件下按照設(shè)定的要求不斷的累計放熱量并通過LSD數(shù)碼管顯示出來。并能顯示各種供熱管路的給水溫度、回水溫度、給回水溫差、瞬時流量、累積流量、累積熱量、可通過鍵盤設(shè)定儀表系數(shù)及相關(guān)校準參數(shù);通過采集器連接上位機,物業(yè)管理部門可以通過上位機監(jiān)視各用戶的用熱情況。
3 熱量計的硬件電路設(shè)計
3. 1熱量計量系統(tǒng)原理框圖

熱量計量系統(tǒng)的配置見圖1。該配置設(shè)計堅井內(nèi)的管道為雙管式,戶內(nèi)水平并聯(lián),入口設(shè)熱量計和鎖閉閥,散熱器設(shè)溫控閥。通過管路,熱水流至用戶端,經(jīng)熱傳導體(其中包括散熱器、熱量傳導體、地熱)的表面散熱冷卻后通過管道返回供暖處。熱量計的主要任務(wù)是通過計量流過熱量計的熱水的體積、進水溫度、回水溫度,來計量該戶耗熱量。
該方案室內(nèi)散熱器并聯(lián),通過溫控閥調(diào)節(jié)散熱器的流量,各散熱器之間沒有影響。在保證用戶舒適性的前提下,節(jié)能效果更加明顯,是最理想的布管方式。其缺點是管材部分要增加投資。本熱量計量系統(tǒng)的布管方式采用跨越式串聯(lián)方式。跨越式串聯(lián)方式豎井內(nèi)的管道為雙管式,戶內(nèi)水平跨越式串聯(lián),入口設(shè)熱量計,鎖閉閥,散熱器設(shè)溫控閥。
3.2 熱量計的硬件原理框圖
熱量計的硬件原理框圖如圖2所示,該熱量計主要由流量傳感器、配對溫度傳感器(Cu 100)、單片機及LCD組成。根據(jù)一定時間內(nèi)所通過的水的流量(V)和供、回水的溫度差(4T),以及由4T所決定的熱交換算系數(shù)K,得到用戶所消耗的熱量值。

3.3 單片機及其外圍電路設(shè)計
單片機MCS-51為主組成的基本模塊是該系統(tǒng)的核心部分,主要完成對系統(tǒng)采集到的信號進行相關(guān)的處理,協(xié)調(diào)其他模塊,使整個系統(tǒng)步調(diào)一致的工作。本設(shè)計選用的是ATMR1公司生產(chǎn)的AT89C51單片機。ATMF1公司生產(chǎn)的AT89系列單片機是與8051兼容、且內(nèi)部含有F上ash存儲器(閃速存儲器)的單片機,所以,AT89系列單片機也稱Flash單片機,是目前主流的MCS-51單片機系列。單片機外圍電路主要包括復(fù)位電路、時鐘電路和串行RAM。如圖3所示:

(1) 復(fù)位電路采用手動復(fù)位,高電平有效。
(2) 時鐘電路使用外部獨立時鐘振蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號,本設(shè)計采用12MHz晶振。
(3) 串行RAM用于存儲處理后數(shù)據(jù)。
3.4 溫度信號測量
溫度信號測量電路是熱量計的測溫部分,它由三端穩(wěn)壓器(MC7812),溫度傳感器(Cu100)、差動放大器(AD620)和A/D轉(zhuǎn)換器(AD1674)組成。
3.4.1溫度傳感器
本設(shè)計溫度傳感器采用銅電阻(Cul 00),利用電橋測溫法進行溫度測量。銅熱電阻以金屬銅作為感溫元件,其特點是電阻溫度系數(shù)較人、精度高、價格便宜、重復(fù)性及穩(wěn)定性高、使用溫度范圍是一50^-1500C,正好在家庭供暖熱水范圍內(nèi),并且在這個溫度范圍內(nèi)線性度比較好。

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