分布式管理控制式计热表.doc

分布式管理控制式计热表长期以来，我国在热水供暖上实行“小区式集体供暖”、按供热面积结算，与用户是否用热无关。这种结算方式属包费制，一方面严重影响了供热方供热积极性，另一方面由于部分用户缺乏节能意识，造成了资源浪费。计热表作为热力公司向每一位用户收费的依据和手段，不仅已广泛被用户所接受，而且由于用热量与费用直接相关，加强了用户的节能意识。 目前计热表的种类有很多，但多数都有着操作复杂、价格高等缺点。本文为大家介绍一种利用凌阳公司的SPCE061A单片机设计出的一款新型的计热表。该计热表不仅将用热实现了分户式管理，而且用户可对自家的各个房间分别控制；强大的语音发声功能弥补了人机交互界面单调乏味的缺陷；另外具有结构简单，易于操作，性价比高等优点。 “节能意味着节费”本计热表将工作时间标准分为：上、下班时间、出差时间、假日时间以满足不同情况的需求；计热表实现“一控五”即一个计热表控制五个房间；每个房间的温度、控热时间可分别设置；八位LCD可显示热量值、流量值、供水温度、回水温度、剩余费用、累计工作时间等相关数据资料；语音播报各个房间的温度、设置时间等；串行通讯实现集中抄表，方便管理。 1、 系统组成 如图1.1中所示，我们可以发现本计热表由计量、控制、显示、低电压保护等几个部分组成。那么我们就针对不同的功能模块的实现作以详细的描述。 1.1 计量部分 总的来说计热表的计量包括热量、费用计算两个部分。具体的计算公式如下： Q=V*(入*h入出*h出) (1) 其中：V为体积，为水密度，h为焓值，Q为热量 M=k*Q (2) 其中：k为热量的单价，Q为热量，M为费用 水密度、焓值在已知温度的情况下可通过查表获得，那么计量实际上是检测：进、出水温度，流量等。在实际设计中，每隔20s进行一次费用、热量计算。SPCE061A可支持7路A/D转换，A/D转换的速率最大可达到96k/s，转换的结果为10位数据。在此设计中由于对进、出水温度精度要求较高，所以选用2个PT100。流量的检测可转化为计量流速计发送的脉冲数，（100个脉冲为0.001立方米）在本设计中，SPCE061A通过外部中断EXT2来检测流量，流速计每发送一个脉冲便产生一个方波脉冲作为外部中断信号，通过计算进入中断的次数进而计算出流量。SPCE061A内部的两个定时器有较宽的频率选择范围，另外芯片内部的时基发生器可提供更加丰富的定时/计数频率。在设计中我们采用2Hz的定时频率制作万年历，20s的定时可以通过读取万年历的时间值获得。每隔20s系统将IC卡中的费用值刷新一次。 1.2 控制部分： 此计热表控制部分包括：各时间标准的设置、各个房间温度的设置、各个房间阀门的开关、语音输出等。这些控制操作基本是通过遥控器来实现。SPCE061A对遥控信号的接收是以EXT1引入，每接收完一组数据后便进行相应的判断、操作。设置时间标准指设置上下班时间，出差时间，假日时间。设置完毕后，系统会按所设标准运行：在上班期间房间温度保持在所设低温，下班后房间温度保持在所设高温；出差期间房间温度保持在所设低温；假日时间房间温度保持在所设高温。同样可设置各个房间温度，值得注意的是房间温度的底线必须大于4防止管道结冰。SPCE061A内置双通道发声器，每个DAC通道的输出能力为3mA。D/A转换的模拟量电流信号分别通过AUD1，AUD2管脚输出。本设计中将其用于播报各个房间的温度、所设的日期时间以及错误提示。 1.3 显示、按键操作： 此计热表上设有一个手动按键，通过按键可查询：累计热量值J、热量、流量、累计流量、供水温度、回水温度、累计工作时间、剩余费用等。在按键的同时LCD会有相关的数值显示，用户可从此读出相关的信息。SPCE061A与LCD之间的通讯通过IO口来实现。 1.4 低电压保护、低功耗： SPCE061A内置低电压检测模块，当系统电压低于正常工作电压底线时，为了防止系统程序运行混乱，系统自动复位。在系统复位前可将重要的数据信息保存到SPCE061A的FLASH中。系统再次上电运行时将保存的数据读出继续参加运算。SPCE061A的内核采用CMOS制造工艺同时具有弱振、空闲等方式，极大的降低了功耗。此外SPCE061A通常会有工作和睡眠两种状态，在睡眠期间CPU停止运行，此间系统的功耗约为2uA。当然睡眠可以通过按键、中断等唤醒。 2、 硬件设计 硬件结构原理图如2.1所示：主体部分采用SPCE061A，该芯片属于16位机，芯片的设计体现了SOC概念，内嵌32K的FLASH的存储空间，双16位的计数器、定时器，14个中断源，A/D、D/A转换单元，32位可编程的多功能IO口，LVD/LVR等部分。SPCE061A在2.6v3.6v的工作电压范围内的工作速率范围为0.32MHz49.152MHz，较高的工作速率使其应用领域极其宽广。 系统用到7路温度检测，这7路模拟信号是通过IOA0IOA6输入到SPCE061A，通过SPCE061A自身的A/D转换单元将其转换为数字信号。其中2路用于计量，5路用于室温检测。根据不同的精度要求要求分别采用PT100，热敏电阻。 LCD采用8位8段微功耗的液晶显示模块LCM0826B，它的显示状态功耗为4uA,省电模式下为1uA。SPCE061A通过IOA8IOA10三个端口和LCD连接，其中IOA8用于片选，IOA9、IOA10分别为时钟和数据接口。 IC卡采用AT24C01A，用于存储相关数据。SPCE061A对IC卡的读写是通过IOB0、IOB1两个端口来实现。SPCE061A通过外接两个CC4097实现对五个房间的电磁阀的控制。IOA13IOA15的不同组合用于选择不同的电磁阀；IOA11和IOA12用于输出高低电平对所选电磁阀进行控制；IOB11和IOB12是所选的电磁阀的状态输入口。 3、 软件设计 本系统的工作流程如下图3.1： 首先进行的是故障检测，在此期间主要检测IC卡上金额是否大于0元，进水温度的检测，出水温度的检测，进、出水温度的比较，流量检测等。如果出现：卡上无钱，检测不到进、出水温度，或进水温度小于出水温度，检测不到流量等问题系统都会有相关的错误信息提示。有错，则关闭所有的阀门，不参加各种计量运算；无错，按照选定的标准进行阀门控制，接着进行相关的计量。 按键扫描主要针对表上的手动按键，如有按键操作，存储按键次数，在按键处理部分根据该次数进行相关的显示，其中次数为0显示累计热量，次数为1显示热量，次数为2显示流量