基于MSP430fw427和M-BUS的智能热量表的设计

论文摘要

自从《中华人民共和国节约能源法》1998年1月1日起施行以来至今已有13个年头了,但至今仍未得到很好的贯彻。去年12月在哥本哈根世界气候会议上公布的调查结果表明,中国最近已经超过美国成为最大的二氧化碳排放国。如今,我国大部分地区依然采用总阀式供暖方式,以住宅面积作为供热计费依据,这种方式无法调动用户和供热企业节能的积极性,导致了供热能量的极大浪费。因此,供热改革势在必行。由于欧洲热网的水质较好,欧洲热量表的防堵塞功能相对较差,而我国供暖水网条件较为恶劣,所含杂质较多。另一方面欧洲热量表的价格较为昂贵,直接引进欧洲热量表不适合中国的国情。目前国内也已经有许多厂家进军了热量表市场,但性能效果上均存在其各自的不足:有的只具备计量功能,有的热量计算不科学,计量精度不好,不符合行业标准,有的数据安全性不够。而且当今存在的热计量产品,在应用后还是采取人工抄表的方式,费时费力,做不到实时监控。本文针对目前国内热计量收费改革对热量表迫切需求的现状,在分析热量表工作原理的基础上,经过深入调研,严格按照《热量表》标准CJ 128-2007,从温度测量、流量测量、仪表供电和数据传输等几个方面对现有热量表进行了改进,设计了一种具有温度控制功能的高精度、低功耗、低成本的无磁式户用热量表。本文首先介绍了热量表研制的背景和意义,并对热量表硬件的主要组成部分（积算仪,配对温度传感器以及流量传感器）进行了比较分析,选择了TEXAS INSTRUMENT公司生产的MSP430fw427单片机作为主控器。MSP430fw427是专为流量测量而设计的一款单片机,内嵌的无磁扫描接口模块可以使流量测量部分具有体积小、精度高、功耗低的特点。MSP430fw427单片机集成了一个精密模拟比较器和定时器,利用这个比较器和定时器,能够实现性价比较高的模数转换,从而实现热量表的温度测量。为了使热量表的数据向上位机传送,热量表必须具备通信功能,考虑到现有的无线数据传输不稳定,抗干扰能力较差,决定采用仪表总线进行数据通讯,并利用仪表总线（M-BUS）对热量表表进行远程供电,蓄电池后备供电,仪表总线接口芯片采用TSS721A终端收发芯片。在硬件电路设计方面,对热量表终端的各个功能模块电路进行了详细地说明,其中包括主控电路、温度测量电路、流量测量电路、温度控制电路、光电接口电路以及仪表总线接口电路等。在软件方面,本文对热量表终端系统的主程序设计流程进行了整体的分析,并对各个功能模块如温度检测、流量检测、温度控制以及通讯等子程序进行了详细的说明,用C语言完成软件的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外主要热量表产品研发现状和性能
• 1.2.1 配对温度传感器发展现状
• 1.2.2 流量传感器发展现状
• 1.2.3 积算仪发展现状
• 1.2.4 电源供电和抄表方式发展现状
• 1.3 论文章节介绍
• 第二章 功能分析及总体方案设计
• 2.1 热量表系统设计要求
• 2.2 热量表的工作原理
• 2.3 旋转测量原理
• 2.4 M-BUS 总线介绍
• 2.5 系统功能和总体结构设计
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 MSP430 单片机介绍
• 3.2.1 MSP430fw427 简介
• 3.2.2 单片机外围电路设计
• 3.3 M-BUS 接口和电源设计
• 3.4 温度测量电路的设计
• 3.5 流量测量电路的设计
• 3.6 实时时钟电路的设计
• 3.7 液晶显示电路的设计
• 3.8 按键电路的设计
• 3.9 室温控制电路的设计
• 3.9.1 室温测量电路
• 3.9.2 电动阀控制电路
• 3.10 低电压报警电路的设计
• 3.11 光电接口电路的设计
• 3.11.1 HDSL-3201 芯片
• 3.11.2 HDSL-7001 芯片
• 3.11.3 光电接口硬件电路的设计
• 3.12 串行存储器电路的设计
• 3.13 硬件整体电路及抗干扰措施
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 软件程序设计编程语言及设计工具
• 4.2 上位机程序设计
• 4.3 下位机主程序的设计
• 4.3.1 电源电压监控和低电压警报子程序的设计
• 4.3.2 按键程序的设计
• 4.3.3 液晶显示程序的设计
• 4.3.4 温度测量子程序
• 4.3.5 流量测量子程序
• 4.3.6 热量计算子程序
• 4.3.7 温度控制子程序
• 4.3.8 实时时钟子程序
• 4.3.9 光电接口子程序
• 4.3.10 串行存储器子程序
• 4.3.11 UART 串口通信子程序
• 第五章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录