PIC單片機的熱能表研制

摘要：隨著我國福利制度的改革和熱能計量的規(guī)范化，對熱能的準確計量成為一個比較關鍵的環(huán)節(jié)。文中介紹了熱能表的組成和工作原理，給出了一種基于PIC16C64單片機的熱能表設計方案，同時對設計和使用中的一些問題進行了討論并提出了解決辦法。
關鍵詞：熱能表 單片機 溫度傳感器 PIC16C64

隨著我國福利制度的改革，供暖制度也發(fā)生了相應的變化。原來的供暖收費存在著對使用的熱能估算不準確、收費不合理等問題。為此，國家建設部在一些城市實施供暖制度改革試點，并對熱能實行計量收費，這就要求對使用的熱能進行準確的計量。本文給出了一種基于PIC16C64單片機的、針對熱水供暖的熱能表設計方案。

1 熱能表的組成原理

一般熱能表的原理框圖如圖1所示，它主要由積分儀、流量計和溫度傳感器三部分組成。流量計用于計量流過采暖設備的熱水的體積。兩只溫度傳感器分別用于測量進水溫度和回水溫度。積分儀是熱能表的核心，它能夠根據(jù)流量計提供的熱水體積流量和進水、回水溫度差等數(shù)據(jù)計算出消耗的熱能。其計算公式如下：

Q=CV(t供水-t回水)

其中，Q為消耗的熱能，單位為kWh；C為水的比熱容（C=0.001167kWh/L.℃）；V為流過采暖設備的熱水體積，單位為升（L）；t供水、t回水為流過采暖設備進水口和回水口的熱水溫度，單位為℃。

從熱能的消耗計算公式可以看出，只要測得采暖設備進水和回水的溫差以及流過采暖設備的熱水體積就可以計算出消耗的熱能，因此，引起計量誤差的因素有：

（1）流量計的精度；

（2）溫度測量的準確度；

（3）兩只溫度傳感器的配對誤差；

（4）積分儀的計算精度。

對于流量計引起的誤差，可以通過選取精度較高的流量計來解決，計算精度可以采用合適的CPU和完善的算法來解決。對于溫度測量，國家有相應的標準，溫度測量誤差一般不大于±0.3℃,而兩只溫度傳感器的配對誤差應不大于±0.1℃，所以需要重點解決。

另外，由于熱能表通常是安裝在室外且長期使用，所以，熱能表的功耗、抗電磁干擾、可靠性因素都需要加以考慮。

2 硬件電路構(gòu)成及實現(xiàn)原理

2.1 硬件組成

根據(jù)上面的分析，筆者設計了一種基于PIC16C74單片機的熱能表，其組成框圖如圖2所示。該系統(tǒng)主要由CPU、流量計、A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器、LCD顯示器、電路控制、EEPROM存儲器和時鐘電路等部分組成。其中CPU采用Microchip公司的微處理器PIC16C64，它是系統(tǒng)的核心，用于完成所有的控制和計算功能。溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器組成溫度采集電路，可測量采暖設備進水和回水的溫度。為了保證測量精度，設計中選用了12位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADS7844，理論上，ADS7844的溫度采集精度可達0.03℃。流量計用于測量流過取暖設備的熱水體積，每流過一定體積的熱水，流量計內(nèi)部的干簧管閉合一次。將這個信號接到CPU的外部中斷輸入端，干簧管每閉合一次就向CPU申請一次中斷，CPU用該信號累計流過采暖設備的熱水的體積來進行熱能計算。在需要時，還可以通過LCD顯示器來顯示水溫和消耗的熱能以及系統(tǒng)信息等。EEPROM存儲器用于存儲系統(tǒng)信息和消耗的熱能。時鐘電路用于為整個系統(tǒng)提供系統(tǒng)時間。用鍵盤可實現(xiàn)各種操作，如：通過鍵盤可以查看水溫、消耗的熱能和系統(tǒng)信息等。電源控制電路主要是在不需要顯示和溫度測量時切斷相應部分電路的電源，以降低系統(tǒng)功耗。系統(tǒng)設置是在每次加電時設備系統(tǒng)的年、月、日、小時和分等時間信息。另外，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，它也可向CPU申請中斷，以使CPU將當時的時間、熱能值和故障信息寫入EEPROM以備查詢。