基于單片機(jī)和串行總線技術(shù)的熱量表設(shè)計
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監(jiān)控電路
作為戶用熱量表，通常供電為電池，需要實時檢測電池電壓是否低于正常范圍，不在正常范圍，監(jiān)控電路及時檢測并給MCU發(fā)出信號，提示更換電池。與此同時，MCU立即保存有關(guān)數(shù)據(jù)。另外，對于磁干擾，監(jiān)控電路及時檢測給出指示。
微控制器
微控制器框圖如圖3。
圖3 微控制器原理框圖
微控制器以低功耗，電氣連接最少，各功能模快之間相互干擾小的原則進(jìn)行設(shè)計。眾所周知，串行總線技術(shù)如I2C，從早期大量應(yīng)用于視頻、音像系統(tǒng)，現(xiàn)在已應(yīng)用于測控領(lǐng)域。其規(guī)范的完整性，結(jié)構(gòu)的獨立性和用戶使用的“傻瓜”化等顯著特點，促使具有串行總線接口功能的MCU及其外圍器件不斷出現(xiàn)。用具有串行總線接口器件設(shè)計的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣連接簡單，低功耗，模塊化。
為此，MCU選用Microchip 公司的PIC16F873，它具有I2C，SPI接口，2.7~5.5V的工作電壓。片內(nèi)FLASH、EEROM為程序和數(shù)據(jù)的保存提供方便，具有的休眠功能使其功耗更低。
A/D轉(zhuǎn)換選用AD7705，它有兩路差分輸入，滿足兩路溫度測量，差分輸入經(jīng)內(nèi)部可編程放大及16位A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量。AD7705與單片機(jī)之間通過SPI串行總線進(jìn)行控制字(放大倍數(shù)、轉(zhuǎn)換通道、采樣速率等設(shè)置)和數(shù)據(jù)(A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果)的傳輸。
時鐘選用DS1337，為熱量表提供工作時間數(shù)據(jù)，時鐘與單片之間通過I2C串行總線進(jìn)行時鐘和日歷數(shù)據(jù)的傳輸。按鍵設(shè)計為一鍵巡視，即單片機(jī)根據(jù)按鍵次數(shù)通過串行3總線在LCD顯示各測量參數(shù)。無按鍵時LCD處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有按鍵按下或有流量脈沖信號時喚醒休眠中的單片機(jī)，使其進(jìn)行相應(yīng)的工作，工作完成后自行進(jìn)入休眠。這樣可降低功耗。
軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，分為：主程序、中斷服務(wù)程序和若干子程序。其流程示于圖4。
圖4 流程圖
主程序完成單片機(jī)的初始化，以及通過串行總線完成A/D轉(zhuǎn)換和時鐘的初時化。完成這些工作后單片機(jī)進(jìn)入休眠，等待中斷。當(dāng)有中斷信號即刻進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過對中斷信號的判斷決定下一步執(zhí)行何種處理。若為流量則進(jìn)行熱量的計算，首先檢測進(jìn)出口溫度并對其進(jìn)行線性化處理，根據(jù)溫度查表或插值計算對應(yīng)焓值，最后根據(jù)公式計算熱交換系統(tǒng)所釋放的熱量，為一個流量脈沖所代表的質(zhì)量，累計熱量Q=SDQ。
若為按鍵，則根椐按鍵次數(shù)顯示相應(yīng)的參數(shù)。若為電池欠電壓，則轉(zhuǎn)向保存相關(guān)數(shù)據(jù)的處理程序，確保重要數(shù)據(jù)如累計熱量、累計工作時間等不被丟失，并及時提示更換電池。若為磁干擾則作出相應(yīng)的處理和給出指示。
結(jié)語
應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和串行總線技術(shù)所設(shè)計的熱量表，性能穩(wěn)定功耗低，能夠檢測顯示熱載體流過熱交換體的進(jìn)出口溫度,流體體積,并可顯示釋放的熱量。熱量表具有傳感器故障和磁干擾監(jiān)控功能。該熱量表經(jīng)計量部門檢定準(zhǔn)確度等級優(yōu)于3級。可應(yīng)用于居住環(huán)境供暖的計量。為供熱合理收費提供依據(jù)。
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