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基于單總線技術(shù)的熱量表的研制

作者: 時(shí)間:2012-03-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/149445.htm

近幾年由于能源緊張,各種能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)相繼出現(xiàn),空調(diào)是用戶的一個(gè)能源消耗大項(xiàng),傳統(tǒng)的空調(diào)計(jì)費(fèi)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)以單為基礎(chǔ),采用先進(jìn)的傳感器,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)式分戶計(jì)費(fèi)功能。

1 測(cè)量原理及系統(tǒng)構(gòu)成

1.1測(cè)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,通過交換向用戶提供。根據(jù)熱力測(cè)量公式,用戶所獲得的可由下列方程式計(jì)算得出:

  E=∫?。?times;(TS-Td)×dv

  式中:E— 熱交換系統(tǒng)輸出熱量;

 ?。裕?mdash; 進(jìn)水溫度(T);

 ?。裕?mdash; 出水溫度(T);

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

 ?。?mdash;比重和比熱的修正系數(shù)。

K值用來對(duì)比重進(jìn)行修正。流量計(jì)測(cè)量的是體積流量,需要換算成適合熱量計(jì)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(jìn)行比重修正。通過K值也對(duì)比熱進(jìn)行修正,水的溫度所對(duì)應(yīng)的熱量值并非絕對(duì)線形的,因此即使兩個(gè)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€(gè)同時(shí)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(jì)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(jì)算誤差很大。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示,系統(tǒng)由主機(jī)和戶機(jī)構(gòu)成,每個(gè)用戶只安裝一個(gè)戶機(jī),戶機(jī)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(cè)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(jìn)水管上,用流量計(jì)測(cè)量熱水的流量,室內(nèi)溫度傳感器實(shí)時(shí)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(jìn)水管和出水管溫差和流量計(jì)的值算出向用戶提供的熱量,讀出非易失性存儲(chǔ)器AT24C01中前一時(shí)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(jī)要求數(shù)據(jù)時(shí)傳送給上位機(jī)。當(dāng)流量計(jì)的讀數(shù)為0時(shí),計(jì)算出的熱量值為0,微處理器處于休眠狀態(tài)。

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3 器件的選擇

3.1 流量傳感器

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(cè)流體中,液體沿翼輪的切線方向沖擊使翼輪轉(zhuǎn)動(dòng),其轉(zhuǎn)速與流量有如下關(guān)系:

 ?。眩剑耍?/p>

 ?。耍剑?times;3.1415RA/cosα

  式中:?。眩后w的流量;

 ?。睿瓰橐磔嗈D(zhuǎn)速;

 ?。遥瓰橐磔啺霃?;

 ?。粒瓰檫M(jìn)水口的面積;

  α-為翼輪輪葉與進(jìn)水口的夾角。

當(dāng)R 、A 和α為定值時(shí),?。恕∫矠槎ㄖ怠T诶硐肭闆r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(gè)盲孔,用來放置霍爾開關(guān)探測(cè)器。當(dāng)翼輪隨流體流動(dòng)而旋轉(zhuǎn)時(shí),7個(gè)磁鋼依次激勵(lì)霍爾開關(guān),使其發(fā)出電脈沖信號(hào),脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比, 頻率信號(hào)經(jīng)過F/?。帧∞D(zhuǎn)換, 輸出所需要的電壓信號(hào),經(jīng)過標(biāo)定可測(cè)出其流量值。

3.2 溫度傳感器

溫度傳感器選用可組網(wǎng)式單數(shù)字溫度傳感器DS18B20,其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.3 單A/D芯片DS2450

DS2450是單總線式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)換精度位數(shù)、報(bào)警門限電壓可編程;每個(gè)通道都有各自的存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)電壓范圍設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果、門限電壓等參數(shù)(詳細(xì)資料讀者可查看參考文獻(xiàn)[1>)。DS2450將流量傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),傳送給微處理器。

3.4 液晶顯示模塊LCM12864ZK

LCM12864ZK是帶中文字庫(kù)圖形的液晶顯示模塊,其功能強(qiáng),控制簡(jiǎn)單,由于其本身自帶中文字庫(kù),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(shí)間、室溫值及熱量值。

3.5 按鍵模塊

系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)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(hào)),啟動(dòng)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(jì)算進(jìn)水管和出水管的溫差,讀?。粒闹担戳髁總鞲衅鞯闹担?jì)算熱量,送液晶顯示模塊顯示并存于非易失性存儲(chǔ)器AT24C256內(nèi),同時(shí)下位機(jī)也可通過RS-485向上位機(jī)上傳數(shù)據(jù),上位機(jī)也可向下位機(jī)傳送命令。

5 軟件設(shè)計(jì)

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(shí)序.

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6 結(jié)束語(yǔ)

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



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