基于MSP413單片機的熱量表檢測系統(tǒng)的研制與開發(fā)

寧凡 郭志宏 鄭驊

1 引言（Introduction）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，熱量表[1-4]由工業(yè)用途逐漸進(jìn)入民用，用于有償計費熱量表的使用越來越為廣泛，傳統(tǒng)的計劃劃撥式供暖計費方式是依照建筑面積作為唯一計費依據(jù)，這種方式造成了能源的極大浪費，而且，傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)是手動操作，效率低、人工成本高，不利于商家提高利潤。因此供暖行業(yè)急需一款能按照實際供暖量計費的熱量表?；谶@樣的市場需求，我們研制了一款智能熱量表檢測系統(tǒng)，對熱量表的功能指標(biāo)進(jìn)行檢測，用以確定檢測熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數(shù)是否準(zhǔn)確。該系統(tǒng)的研制成功可以提高檢測的精度和速度，另外還可以填補傳統(tǒng)的熱量表的不足。這種新型智能檢測系統(tǒng)的推出，不但是技術(shù)水平的進(jìn)步，同時也會大大提高熱量表使用企業(yè)的生產(chǎn)力。

2 系統(tǒng)組成以及工作原理（The composition and

principle）

2.1 系統(tǒng)組成

該熱量表檢測系統(tǒng)以單片機[5-8]為控制單元，外圍采用按鍵模塊、參數(shù)檢測模塊、三極管驅(qū)動數(shù)碼管顯示模塊等電路構(gòu)成一個檢測系統(tǒng)，用來檢測熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數(shù)是否正確，以此作為計費的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，該系統(tǒng)還設(shè)置了光電隔離模塊和串行通信模塊，光電隔離模塊用以隔離檢測電源和熱量表線路板的電源，提高檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。串行通信模塊用來進(jìn)行人機對話，為用戶提供良好的人機對話界面。系統(tǒng)的具體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

Fig.1 System block diagram

2.2 工作原理

該檢測系統(tǒng)對熱量表的功能參數(shù)進(jìn)行測試，用以確定熱量表的流量、進(jìn)水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數(shù)是否準(zhǔn)確。檢測系統(tǒng)工作時，首先進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，利用按鍵模塊進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行參數(shù)的檢測，當(dāng)顯示模塊顯示的值為“0”時，表示系統(tǒng)清零，當(dāng)顯示的值為“1”“2”“3”時，由溫度檢測電路進(jìn)行低溫（40°）、中溫（70°）、高溫（140°）的檢測。當(dāng)溫度檢測結(jié)束時，重新設(shè)置參數(shù)值為“4”，由流量檢測模塊進(jìn)行熱量表水流量的檢測。通過檢測的熱量表可以投入上使用，根據(jù)溫度和流量進(jìn)行計費。該檢測過程可以循環(huán)進(jìn)行，對批量生產(chǎn)的熱量表進(jìn)行循環(huán)檢測。

3 主要硬件電路（Hardware design）

3.1 控制單元

控制單元采用TI公司的MSP413系列單片機。推出的MSP413系列單片機具有超低功耗和集成度高的特點。它內(nèi)部集成了高性能模擬電路和16位精簡指令集結(jié)構(gòu)，16位寄存器和常數(shù)寄存器，達(dá)到最大的代碼效率，具有很強的處理能力和運行速度。此外，片內(nèi)集成了用于流量檢測的功能模塊SCAN IF，可以實現(xiàn)低功耗、精確、穩(wěn)定以及實時的流量檢測。因此，檢測系統(tǒng)選用MSP430FW427作為MCU。

3.2 溫度檢測模塊

參數(shù)設(shè)置模塊主要由繼電器電路和發(fā)光二極管電路組成，模擬溫度的上、中、下三個溫度值，并對熱量表的溫度值進(jìn)行檢測。單片機的三個引腳P30、P31、P32分別控制三極管Q8—Q10的基極，當(dāng)單片機的P30、P31、P32的電平為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器中有電流流過時，繼電器線圈中有電流流過，銜鐵吸合，表示熱量表具有正常的溫度檢測功能。檢測時，用1k的電阻、1.2k和1.4k的電阻模擬熱敏電阻進(jìn)行溫度的檢測，如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路

Fig.2 Temperature detecting circuit

3.3 參數(shù)設(shè)置模塊

按鍵模塊由三個按鍵構(gòu)成，電路圖如圖3所示，按鍵的值分別由單片機的三個引腳P20、P21、P22讀出，用來設(shè)置和檢測參數(shù)。當(dāng)三個按鍵全部按下時P20、P21、P22接收到的值為“111”，數(shù)碼管的顯示值為7，當(dāng)數(shù)碼管三個按鍵都不按時，P20、P21、P22接收到的值為“000”，數(shù)碼管的顯示值為“0”。進(jìn)行溫度檢測時，按鍵的值見表1所示。

表1 按鍵值對應(yīng)功能

Tab.1 Function corresponding to the key value

圖3 參數(shù)設(shè)置電路

Fig.3 Parameter setting circuit

3.4 驅(qū)動顯示模塊

驅(qū)動模塊主要由5個晶體三極管構(gòu)成，主要完成對數(shù)碼管的顯示驅(qū)動功能。單片機的P60、P61、P62、P63、P64、P655個端口分別接至Q1—Q5的基級，當(dāng)P60、P61、P62、P63、P64、P65的輸出為高電平時，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動點亮數(shù)碼管，數(shù)碼管可以正確顯示由按鍵模塊設(shè)置的參數(shù)值。

圖4 驅(qū)動顯示電路

Fig.4 Drive display circuit

4 軟件說明（Software design）

軟件部分主要由三個部分構(gòu)成，分別是參數(shù)設(shè)置、溫度檢測、流量檢測。參數(shù)設(shè)置用來進(jìn)行不同功能的設(shè)置，如設(shè)置為“1”時進(jìn)行較低溫度的檢測，設(shè)置為“2”時進(jìn)行中等

溫度的檢測，設(shè)置為“3”時進(jìn)行較高溫度的檢測，設(shè)置為4時進(jìn)行流量參數(shù)的檢測。設(shè)置為零時進(jìn)行系統(tǒng)的清零。具體程序略。

5 結(jié)論（Conclusion）

基于MSP413系列單片機的熱量表檢測系統(tǒng)用了專用的MCU技術(shù)，具有低功耗、低成本、高性能的特點， 使得現(xiàn)有的熱量表可以克服了傳統(tǒng)熱量表的技術(shù)缺陷， 具備良好的檢測精度、穩(wěn)定性及耐用性，符合熱量表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠為我國實現(xiàn)按熱量計費的供暖方式提供較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

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作者簡介：

寧 凡（1976-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：電子信息技術(shù).