摘要: 采用MSP430 系列单片机为核心的用于居民住宅的按实际热能消耗计量收费的热量表的设计。该热量表实现了超低功耗设计,并配有M-Bus 总线接口,适用于远程抄表收费系统。对硬件构成、系统工作原理和保证测量准确度算法等问题进行了讨论。
1 前言
我国北方城市的福利供暖制度正在进行重大改革。除了制定符合新形势的政策和法规之外, 还正在推行一些相应的技术措施。目前,一些城市进行了分户供暖的管线改造,有些供热部门正在制定按用户的实际热量消耗计量收费的办法。按户对热量消耗计量收费可使热费的收取更趋合理,但必须要使用专门的仪器对热量进行准确的计量。现给出了一种基于MSP430 单片机的、针对热水供暖系统的热量表设计方案。这种热量表采用超低功耗设计,并可通过M-Bus 接口实现与远程招标计费系统的通信。
2 实现原理及硬件电路构成
TI 公司的MSP430 系列单片机(MCU) 集成了业界领先的超低功率闪存、高性能模拟电路和一个16 位精简指令集计算机(RISC) CPU ,指令周期可以达125ns ,且大部分指令可在一个指令周期内完成。工作电流极小,CPU 处于工作模式LMP4 时,电流可低至0. 1uA。另外该芯片属低电压器件,工作电压为1. 8～3. 6V。此外,它还将一些常用的外围模块如A/ D、看门狗(WDT) 、I/ O 口、定时器、LCD 驱动电路等整合到片内,并具有超低功耗的特点,因而特别适合电池供电的微型系统的设计。
2. 1 硬件组成
根据上面的分析, 我们设计了一种基于 MSP430 系列单片机的热量表,其组成框图如图2 所示。该系统主要由MCU、流量计、温差测量、 LCD 显示器、电源控制电路等部分组成。其中 MCU 采用TI 公司的微处理器MPS430 系列,它是系统的核心, 用于完成所有的控制和计算功能。在需要时,可用键盘可实现各种操作,如:唤醒LCD 显示器,查看水温、消耗的热量和系统信息等。电源控制电路主要是在不需要显示和温度测量时切断相应部分电路的电源,以降低系统功耗。系统设置的作用是在需要时(如更换电池) 对设备系统的年、月、日、小时和分等时间信息进行加载或调整。另外,当系统出现故障时,它也将向 CPU 申请中断,启动CPU 将当时的时间、热量值和故障信息写入内存以备查询; 同时经M-Bus 告知远程系统。
4 结语
采用MSP430 单片机设计的供暖热量表具有超低功耗的特点。当不进行温度采集时,CPU 处于低功耗模式LMP3。如果Vcc = 3V , 时钟为 32768Hz ,该模式下的工作电流只有2uA。而且外围元件少,电路结构简洁,有利于紧缩设计。计算过程的查表补偿算法保证了计量精度。M-Bus 接口可实现与远程抄表收费系统的通信。
