具有防盗功能的热量表的研制

发布于:2007/5/28 8:49:15 | 591 次阅读


  摘  要:介绍采用MSP430F133 DSP、Pt1000配对热电阻及脉冲电磁阀设计的热量表的特点;表内具有的断电自关闭功能解决了防盗的难题。
    关键词:热量表;流量;温度;防盗

Research on Heating Meter with Burglarproof Function

 LIAORen-xiu,ZHOUHan-yi

(Hefei University of Technology,Hefei230009,China)

  Abstract:Features ofthe heating meter adoptingthe MSP430F133 and Pt1000 matching heaterresistance and pulsating electromagnetic valveare introduced.Moreover,the power-off auto-shutting function works outthe burglarproof problem.
  Key words:heater meter;flux;temperature;burglarproof

1 简介
   
热量表主要技术指标如下:
  温度测量范围:0度~99.9度;工作电流:<3mA;温度测量:0.1度;流量测量:0.01m3。
  原理框图如图1所示。热量表主要由流量传感器,温度传感器,单片机,显示器及脉冲电磁阀组成。流量传感器把测得的流量值传送到单片机,同时温度传感器把测得的暖气入口和出口温度值传送到单片机。单片机按照热量计算公式(1)计算出热量值,并由显示器显示。断电时,脉冲电磁阀自动关闭。

   

  其中Q为热量(kJ),qm为热量表中载热体的体积流量,Δh为入口和出口载热液体的热焓之间的焓差,dt为时间增量。

2 硬件构成及工作原理
2.1 流量传感器
  在流量表的指针上安装一个小磁铁(图2),在表盘上安装一干簧管,当指针指向干簧管时,干簧管受磁铁吸引闭合后向单片机传送一个低脉冲。干簧管闭合前A点被置高,闭合后使电容C放电产生一个下降沿,送到单片机的脉冲和指针转过的圈数一致(转一圈 10升),实现计数。


2.2 温度传感器
  选择Pt1000的铂电阻,它高、稳定性好,配对可达到0.05%。它和MSP430微控制器中的比较器及定时器联合使用对温度进行测量,优于0.1%。
  利用单片机的比较器模块,并配合片内定时器,测量通过Pt1000铂电阻和标准电阻对同一电容充电到同一电压值的充电时间,通过两者充电时间之比以及标准电阻的阻值可得Pt1000电阻的阻值,进而得到温度值。温度测量部分的工作原理如图3所示:R1和C1分别为高的标准电阻和电容。R为暖气入口热电阻,R为出口热电阻。

  步把RR置为高阻,使它们处于断开状态,R1置为输出(设电压为U)对A点充电,同时打开片内定时器,当A点电压充到外加电压Ub时,比较器输出端由低转为高,同时计录定时器的值T1,设充电时间为t1。由此我们得到方程式(2):
   
    第二步把R1、R置为高阻,R置为输入并延时让电容C1充分放电。然后同步,通过电阻R对电容C1充电,设对应的充电时间为t2,定时器的读数为T2。由此可得到方程式(3):
    
    第三步同第二步,测出通过R对电容C1充电的时间t3,定时器读数T3。可以得到方程式(4):
   
    由上面三步得到的三个方程式求得:R=t2R1/t1;R=t3R1/t1。由于定时器的值的大小即为充电时间的长短。可用T1、T2、T3代替t1、t2、t3求得R与R。根据热电阻的阻值—温度拟合曲线得到温度T、T。在这个过程中,由于A点的充电时间较短,在这么短的时间里输出电压U与电容变化很小,故对电压U与电容的要求不是很高。但对R1的要求较高,因此选用经激光修整的精密电阻。
2.3 电源
    电源必须体积小,容量大,电压的选择兼顾到单片机、脉冲电磁阀的要求。MSP430F133微控制器的工作电流为1.5mA,等待电流为7μA,显示电路为3μA左右。相对于工作电流,等待和显示电路的耗电基本可以忽略。2年约工作200天,按此工作时间的耗电量为:1.5mA*24h*200=0.72Ah。选用3.6V的锂电池,一节锂离子电池的容量约为1.5Ah,它的正常使用量一般达70%,大于两年的工作耗电量,因而符合设计的要求。
2.4 显示器
  采用低功耗的LCM101(L)10位多功能8段式液晶显示块。设计最终的显示位数为10位。显示参数有:进口温度、出口温度、进出口水温差、累积流量、累积热量,以上参数循环显示。温度显示分辨率为0.1 度,流量显示分辨率为0.01m3,热量显示分辨率为0.1MJ。

3 阀门开关与断电自关闭电路
  由电磁阀的原理知,电磁阀的开关是由一个30~40毫秒的脉冲电流实现的。图4是阀门开关的原理图,它由三极管和电阻等构成,电磁阀的电磁线圈接于JD1和JD2之间。当OFF端保持低电平时,在ON端通一正脉冲,阀处于打开状态;当ON端保持低电平时,在OFF端通一正脉冲,阀处于关闭状态;无论何时BP和B_N间掉电,则掉电自关闭电路被使能,在OUT端输出一个高脉冲加于OFF回路使电磁阀关闭,从而实现断电的自动关闭功能。


4 软件设计
  流量的测量采用中断的方式,当单片机被从干簧管送来的低脉冲触发中断时,流量自加10升,流量值送单片机存储,以保证在掉电后该流量值仍存在。在主程序中对入口水温与出口水温进行连续测量,然后根据热量计算公式计算出热量,再送显示器显示。
  温度测量程序流程如图5。


5 实测
  温度测量结果如表1。

  从上表可以看出,水温从0℃到100℃,用标准温度计测得的水温与用该暖气表测得的水温温差为0.1℃。

6 结论
  采用MSP430F133混合信号处理器研制的热量表电路结构简单、性能价格比高,经台架试验表明,它的高、稳定性好,抗干扰能力强。断电自关闭脉冲电磁阀的采用,解决了在满足节能要求条件下的防盗难题。

参考文献


[1]李良贸,张以民.常用测量仪表实用指南[M].中国计量出版社,1998.
[2]供热计量用热量表检定规程[Z].天津市技术监督局发布,2000.
[3]D.M康西丁.仪器仪表与控制大全[M].科学出版社,1985.|
[4]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京航空航天大学出版社,2001.

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