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基于單總線技術(shù)的熱量表的研制

出處:oldzhang 發(fā)布于:2008-09-03 10:14:52

  0 引言

  近幾年由于能源緊張,各種能量計費系統(tǒng)相繼出現(xiàn),空調(diào)是用戶的一個能源消耗大項,傳統(tǒng)的空調(diào)計費系統(tǒng)往往只考慮用電成本或按面積推算,這顯然不太合理。本系統(tǒng)以單總線技術(shù)為基礎(chǔ),采用先進的傳感器,實現(xiàn)了網(wǎng)式分戶計費功能。

 ?。薄y量原理及系統(tǒng)構(gòu)成

 ?。保睖y量原理

  熱源供應(yīng)的熱水以較高的溫度流入交換系統(tǒng)(散熱器等),以較低的溫度流出;在此過程中,通過熱量交換向用戶提供熱量。根據(jù)熱力測量公式,用戶所獲得的熱量可由下列方程式計算得出:

 ?。牛健摇。恕粒ǎ裕樱裕洌粒洌?/FONT>

  式中:E— 熱交換系統(tǒng)輸出熱量;

 ?。裕印∵M水溫度(T);

  Td— 出水溫度(T);

  V— 一定時間內(nèi)流經(jīng)供熱系統(tǒng)的熱水流量(升)。

 ?。恕戎睾捅葻岬男拚禂?shù)。

 ?。酥涤脕韺Ρ戎剡M行修正。流量計測量的是體積流量,需要換算成適合熱量計算的質(zhì)量流量,水的比重是隨溫度的變化變化的,所以需要進行比重修正。通過K值也對比熱進行修正,水的溫度所對應(yīng)的熱量值并非線形的,因此即使兩個工況下的供、回水溫差相同,如果供水或回水的溫度不同,相應(yīng)的熱量值也是不一樣的,?。恕≈凳且粋€同時取決于供、回水溫度值的變量。修正系數(shù)K的引入在熱量計算中是非常重要的。如果不引入該修正系數(shù),由此而造成的計算誤差很大。

 ?。保病∠到y(tǒng)構(gòu)成

  如圖1所示,系統(tǒng)由主機和戶機構(gòu)成,每個用戶只安裝一個戶機,戶機由流量傳感器、供水溫度傳感器、回水溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、按鍵模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成。為使溫度傳感器能與被測水的溫度一致,減小誤差,兩溫度傳感器安裝在導(dǎo)熱環(huán)上,并分別固定在空調(diào)的供水管(冷端)和回水管(熱端)上,并敷有絕熱保溫材料,以減少熱損失;電磁閥安裝在進水管上,用流量計測量熱水的流量,室內(nèi)溫度傳感器實時感應(yīng)室內(nèi)溫度,并和已設(shè)溫度相比較,微處理器根據(jù)比較結(jié)果決定電磁閥的啟閉。微處理器根據(jù)進水管和出水管溫差和流量計的值算出向用戶提供的熱量,讀出非易失性存儲器AT24C01中前一時間段的熱量值與當(dāng)前值累加,將累加值送顯示模塊顯示,并保存于AT24C01,在上位機要求數(shù)據(jù)時傳送給上位機。當(dāng)流量計的讀數(shù)為0時,計算出的熱量值為0,微處理器處于休眠狀態(tài)。

  圖1 系統(tǒng)原理圖

  3 器件的選擇

 ?。常薄×髁總鞲衅?/FONT>

  流量傳感器采用旋翼式結(jié)構(gòu),其原理是: 將翼輪置于被測流體中,液體沿翼輪的切線方向沖擊使翼輪轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)速與流量有如下關(guān)系:

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 ?。耍剑础粒常保矗保担遥粒悖铮螃?/FONT>

  式中:?。眩后w的流量;

 ?。睿瓰橐磔嗈D(zhuǎn)速;

  R-為翼輪半徑;

 ?。粒瓰檫M水口的面積;

  α-為翼輪輪葉與進水口的夾角。

  當(dāng)R 、A 和α為定值時,?。恕∫矠槎ㄖ?。在理想情況下,流量與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。該傳感器的翼輪上共有7 片輪葉。每片輪葉上鑲嵌一塊磁鋼,翼輪的上方安裝一塊密封的聚四氟乙烯板, 板面和磁鋼同直徑的位置上有一個盲孔,用來放置霍爾開關(guān)探測器。當(dāng)翼輪隨流體流動而旋轉(zhuǎn)時,7個磁鋼依次激勵霍爾開關(guān),使其發(fā)出電脈沖信號,脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比, 頻率信號經(jīng)過F/ V 轉(zhuǎn)換, 輸出所需要的電壓信號,經(jīng)過標(biāo)定可測出其流量值。

 ?。常病囟葌鞲衅?/FONT>

  溫度傳感器選用可組網(wǎng)式單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強的特點。

 ?。常场慰偩€A/D芯片DS2450

 ?。模樱玻矗担笆菃慰偩€式4通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,即A、B、C和D模擬電壓輸入通道,其輸入電壓范圍、轉(zhuǎn)換位數(shù)、報警門限電壓可編程;每個通道都有各自的存儲器以存儲電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果、門限電壓等參數(shù)(詳細資料讀者可查看參考文獻[1>)。DS2450將流量傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,傳送給微處理器。

 ?。常础∫壕э@示模塊LCM12864ZK

  LCM12864ZK是帶中文字庫圖形的液晶顯示模塊,其功能強,控制簡單,由于其本身自帶中文字庫,大大減少了編程的工作量。該模塊主要用來顯示當(dāng)前的時間、室溫值及熱量值。

 ?。常怠“存I模塊

  系統(tǒng)設(shè)置三個按鍵,按鍵1用來設(shè)置室溫,按鍵2和按鍵3分別為加、減鍵。

  4 工作過程

  在系統(tǒng)上電后,系統(tǒng)初始化DS2450、DS18B20和LCM12864ZK,依次發(fā)送每組傳感器的地址(即DS2450和DS18B20的序列號),啟動轉(zhuǎn)換,讀取溫度傳感器的值,比較室溫值與設(shè)定溫度值,如相等,則關(guān)熱水管閥門;如不等,則計算進水管和出水管的溫差,讀?。粒闹担戳髁總鞲衅鞯闹担嬎銦崃?,送液晶顯示模塊顯示并存于非易失性存儲器AT24C256內(nèi),同時下位機也可通過RS-485向上位機上傳數(shù)據(jù),上位機也可向下位機傳送命令。

 ?。怠≤浖O(shè)計

  圖2為系統(tǒng)的軟件流程圖,由于系統(tǒng)采用單總線協(xié)議,必須嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議的時序.

  圖2 軟件流程圖

 ?。丁〗Y(jié)束語

  用標(biāo)準(zhǔn)儀器對冷熱表的溫度、流速、熱功率進行檢驗,溫差誤差小于0.115℃, 實際流量積算誤差小于5% , 熱量積算誤差小于2%。

  


  
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