基于S T M3 2 F 1 0 3的采暖爐熱性能綜合測量儀淺析

楊計廷，馮麗兵，邵立平

（1.河北省產品質量監督檢驗院，河北 石家莊 0 5 0 2 2 7；2.石家莊市自動化研究所新技術試驗廠，河北 石家莊 0 5 0 0 3 1）

基于S T M3 2 F 1 0 3的采暖爐熱性能綜合測量儀淺析

楊計廷1，馮麗兵1，邵立平2

（1.河北省產品質量監督檢驗院，河北 石家莊 0 5 0 2 2 7；2.石家莊市自動化研究所新技術試驗廠，河北 石家莊 0 5 0 0 3 1）

采暖爐熱性能綜合測量儀是主要用來檢測水暖煤爐具(也稱采暖爐)熱性能的綜合性一體化檢測設備。該設備主要由數據控制處理和數據采集傳輸兩部分組成。數據處理控制器和參數無線傳輸模塊選用3 2位單片機S T M 3 2 F 1 0 3，無線通訊芯片S I 4 4 3 2，以成熟技術為基礎，采用標準化、模塊化設計方法。該裝置功能齊全、操作簡單、性能穩定、控制精度高、數據采集快速準確、安全性好，特別是采用了無線傳輸技術，可以進行遠距離測量和監控。

采暖爐；觸摸屏；控制器；無線傳輸模塊

采暖爐熱性能主要依據標準G B 1 6 1 5 4-2 0 0 5《民用水暖煤爐通用技術要求》進行檢測，目前我國還沒有一款便攜、智能、可遠程監控的一體化測量設備，因此我們開發研制成功的采暖爐熱性能綜合測試儀極大地彌補了這一空白。

1 儀器控制系統圖

采暖爐熱性能綜合測試儀由數據控制處理和數據采集傳輸兩部分組成，數據控制處理系統包括控制面板和數據處理控制器；數據采集傳輸包括參數無線傳輸模塊和傳感器，系統構成圖如圖1所示。

2 控制界面及功能

（1）控制面板界面可圖形化顯示試驗系統并可繪制測試系統示意圖，可對試驗過程進行自動控制，參數設置：可以設置采暖監測，實時顯示風速、溫度、流量、壓力、閥門狀態等現場數據。支持監測數據和計算數據生成報表并存儲，支持歷史數據查詢和打印具有用戶管理，故障報警等功能，如圖2所示。（2）控制面板選用昆侖通態的嵌入式一體化觸摸屏，如圖3所示，以MC G S嵌入版組態軟件為開發平臺，系統界面友好，操作方便。

圖1 系統構成圖

3 儀器組成及性能原理

3.1 數據處理控制器

（1）數據處理控制器能夠通過無線收發芯片與參數無線傳輸模塊通信，采集現場傳感器的數據并將這些數據進行處理打包，再上傳給控制面板；同時將控制面板的控制命令下置給參數無線傳輸模塊，對試驗過程進行控制。（2）MC U選用S T M3 2 F 1 0 3單片機，S T M3 2 F 1 0 3是意法半導體（S T）公司出品的的3 2位A RM微控制器。主要技術參數：內核為C o r t e x-M3；最高7 2 MHz工作頻率；2.0～3.6 V供電和I/O引腳；多達8個定時器；9個通信接口（2個I 2 C接口，3個US A RT接口，2個S P I接口，1個C A N接口，1個US B 2.0全速接口）；2個1 2位模數轉換器，1 u s轉換時間（多達1 6個輸入通道）。（3）無線通信芯片選用S i 4 4 3 2芯片，S i 4 4 3 2芯片是S i l i c o n L a b s公司推出集成度、低功耗、多頻段的無線收發芯片。其工作電壓為1.9～3.6 V，可工作在3 1 5/4 3 3/8 6 8/9 1 5 MHz四個頻段；內部集成分集式天線、功率放大器、喚醒定時器、數字調制解調器、6 4字節的發送和接收數據F I F O，以及可配置的G P I O等。S i 4 4 3 2的接收靈敏度達到-1 2 0 d B，可提供極佳的鏈路質量，在擴大傳輸范圍的同時將功耗降至最低；最小濾波帶寬達8 k Hz，具有極佳的頻道選擇性；在2 4 0～9 6 0 MHz頻段內，不加功率放大器時的最大輸出功率就可達+2 0 d B m，設計良好時收發距離最遠可達2 k m。

3.2 無線傳輸模塊

參數無線傳輸模塊同樣使用的是S T M3 2 F 1 0 3單片機和S i 4 4 3 2無線收發芯片，同時增加了鉑電阻測溫電路。鉑電阻測溫電路是通過電橋將鉑電阻的阻值轉化為電壓信號，再通過放大電路將電壓信號發大，最后通過單片機的模數轉換器進行轉換讀取，得到溫度數值。

3.3 傳感器

傳感器主要包括：環境溫度，風速，爐體溫度，進、出水溫度，流量，進、出水口壓力，電動閥門，電能測量計等。（1）溫度傳感器采用P t 1 0 0是鉑熱電阻。將傳感器安裝在進、出水管道上來測量進、出水溫度。（2）磁吸式金屬表面溫度傳感器是采用高強度磁性材料精密制作而成，能夠非常方便的吸附在鐵制品材料表面，測量物體表面的溫度。安裝在采暖爐水套表面測量水套溫度。（3）風速傳感器用來測量風速，以判斷現場環境是否滿足試驗條件。（4）壓力傳感器用來測量液體或氣體壓力的裝置。用來測量采暖爐進、出口壓力，所選傳感器均滿足0.5級的精度要求。

3.4 通信協議

控制面板與數據處理控制器通過RS-4 8 5接口通信，使用標準的Mo d b u s協議。數據處理控制器與參數無線傳輸模塊間的通信協議，是自主開發完成的加密協議，保證了數據傳輸的準確性和安全性。

圖2 采暖爐系統示意圖

圖3 嵌入式一體化觸摸屏

4 儀器主要功能

（1）能圖形化顯示試驗過程，自動進行試驗過程的智能化控制。（2）能在控制面板設置采暖爐廠家、型號、功率、編號、燃料品種規格等參數。支持在試驗進行中隨時改變燃料種類、熱值、電能等消耗性變量，并關聯檢測結果變化。（3）具有相關參數儲存、調整、數據處理功能，可儲存不少于1 0 0 0個測量結果；對監測數據和計算數據進行報表顯示并存儲，支持歷史數據查詢,可使用關鍵字進行檢索查看。（4）具有測量參數處理功能，繪制測試系統示意圖，并在設置傳感器的相應位置實時顯示風速、溫度、流量、壓力、效率值等數據，形成動態變化曲線。（5）具有斷電自動儲存功能，確保參數不丟失；具有測量狀態自鎖功能；對用戶進行分級管理，不同級別的用戶規定不同的使用權限，保證系統安全。（6）故障報警，在監測時如發現有監測數據超出設定的報警條件時，立即進行報警?？刹樵児收嫌涗?，了解故障狀態。（7）具有無線傳輸、傳輸數據加密，遠程調控等功能。（8）該儀器還針對部分產品使用循環泵等電輔助設備，對耗電量是否加入效率計算進行了可選性設計，延展了該類產品效率計算的可能性。該測試儀器還能夠兼容測量目前市場上的電采暖爐、燃油燃氣采暖爐等同類產品的技術指標。

5 結語

目前，采暖爐熱性能綜合測量儀已研制成功并完成整體運行試驗測試，功能齊全、操作簡單、性能穩定、控制精度高、數據采集快速準確、安全性好，特別是采用了無線傳輸技術，可以進行遠距離測量和監控，各項性能和技術指標均能滿足設計要求，能滿足標準要求，運行可靠。該設備的使用，將大大降低檢測工作量，提高檢驗、檢測工作效率和檢驗結果的準確性。可滿足檢驗部門對采暖爐的熱性能的檢測工作需要，也可用于生產企業的新產品研發測試工作，還可滿足政府監管部門快速監管需要。

T S 1 0 3.6+4

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 1（上）-0 0 7 3-0 2