基于MSP413單片機的熱量表檢測系統的研制與開發

寧凡 郭志宏 鄭驊

1 引言（Introduction）

隨著經濟的發展，人們的生活水平日益提高，熱量表[1-4]由工業用途逐漸進入民用，用于有償計費熱量表的使用越來越為廣泛，傳統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，這種方式造成了能源的極大浪費，而且，傳統的檢測系統是手動操作，效率低、人工成本高，不利于商家提高利潤。因此供暖行業急需一款能按照實際供暖量計費的熱量表。基于這樣的市場需求，我們研制了一款智能熱量表檢測系統，對熱量表的功能指標進行檢測，用以確定檢測熱量表的流量、進水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數是否準確。該系統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的熱量表的不足。這種新型智能檢測系統的推出，不但是技術水平的進步，同時也會大大提高熱量表使用企業的生產力。

2 系統組成以及工作原理（The composition and

principle）

2.1 系統組成

該熱量表檢測系統以單片機[5-8]為控制單元，外圍采用按鍵模塊、參數檢測模塊、三極管驅動數碼管顯示模塊等電路構成一個檢測系統，用來檢測熱量表的流量、進水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數是否正確，以此作為計費的標準。除此之外，該系統還設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，提高檢測系統的穩定性。串行通信模塊用來進行人機對話，為用戶提供良好的人機對話界面。系統的具體框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

Fig.1 System block diagram

2.2 工作原理

該檢測系統對熱量表的功能參數進行測試，用以確定熱量表的流量、進水溫度、出水溫度、瞬時流量、累計流量等參數是否準確。檢測系統工作時，首先進行參數的設置，利用按鍵模塊進行參數的設置，根據設置的參數進行參數的檢測，當顯示模塊顯示的值為“0”時，表示系統清零，當顯示的值為“1”“2”“3”時，由溫度檢測電路進行低溫（40°）、中溫（70°）、高溫（140°）的檢測。當溫度檢測結束時，重新設置參數值為“4”，由流量檢測模塊進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，根據溫度和流量進行計費。該檢測過程可以循環進行，對批量生產的熱量表進行循環檢測。

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。它內部集成了高性能模擬電路和16位精簡指令集結構，16位寄存器和常數寄存器，達到最大的代碼效率，具有很強的處理能力和運行速度。此外，片內集成了用于流量檢測的功能模塊SCAN IF，可以實現低功耗、精確、穩定以及實時的流量檢測。因此，檢測系統選用MSP430FW427作為MCU。

3.2 溫度檢測模塊

參數設置模塊主要由繼電器電路和發光二極管電路組成，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，當單片機的P30、P31、P32的電平為高電平時，三極管導通，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 參數設置模塊

按鍵模塊由三個按鍵構成，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，用來設置和檢測參數。當三個按鍵全部按下時P20、P21、P22接收到的值為“111”，數碼管的顯示值為7，當數碼管三個按鍵都不按時，P20、P21、P22接收到的值為“000”，數碼管的顯示值為“0”。進行溫度檢測時，按鍵的值見表1所示。

表1 按鍵值對應功能

Tab.1 Function corresponding to the key value

圖3 參數設置電路

Fig.3 Parameter setting circuit

3.4 驅動顯示模塊

驅動模塊主要由5個晶體三極管構成，主要完成對數碼管的顯示驅動功能。單片機的P60、P61、P62、P63、P64、P655個端口分別接至Q1—Q5的基級，當P60、P61、P62、P63、P64、P65的輸出為高電平時，三極管導通，驅動點亮數碼管，數碼管可以正確顯示由按鍵模塊設置的參數值。

圖4 驅動顯示電路

Fig.4 Drive display circuit

4 軟件說明（Software design）

軟件部分主要由三個部分構成，分別是參數設置、溫度檢測、流量檢測。參數設置用來進行不同功能的設置，如設置為“1”時進行較低溫度的檢測，設置為“2”時進行中等

溫度的檢測，設置為“3”時進行較高溫度的檢測，設置為4時進行流量參數的檢測。設置為零時進行系統的清零。具體程序略。

5 結論（Conclusion）

基于MSP413系列單片機的熱量表檢測系統用了專用的MCU技術，具有低功耗、低成本、高性能的特點， 使得現有的熱量表可以克服了傳統熱量表的技術缺陷， 具備良好的檢測精度、穩定性及耐用性，符合熱量表的行業標準，能夠為我國實現按熱量計費的供暖方式提供較好的技術基礎。

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作者簡介：

寧 凡（1976-），女，碩士，副教授.研究領域：電子信息技術.