基于MSP430系列单片机热量表的设计
一种基于MSP430F413的智能IC卡热量表系统
一种基于MSP430F413的智能IC 卡热量表系统桂林电子工业学院(541004) 刘永洪 蒋 华桂林同步电子科技公司(541004) 张 帆摘 要 文章介绍了一种以MSP430F413单片机为核心的智能IC 卡热量表系统的设计。
该热量表系统通过实时测量热水的瞬时流量及温度,计算出用户在一段时间内的实际耗用热量,在购买的热量用完后控制关阀停止供应热水。
整个系统用电池供电,计量准确度达到国家三级表的标准。
关键词 MSP430F413单片机 热量表 IC卡图1 系统组成1 概述 目前,区域性的集中热水供暖已在许多地区日益普及,但是对暖气用户的热能用量,大部分地区仍按照供暖的建筑面积计费,而不是按实际耗用热量计费。
智能IC 卡热量表系统是一种预付费热量计量系统,它集流量传感器、温度传感器、单片机和IC 卡于一体,测量热水流经换热器释放的热量。
系统采集流量传感器产生的流量脉冲,累计一定流量后根据实时测量的热水温度计算出用户在一段时间内的实际耗用热量,实现用户实际耗用热量的自动计量计费。
在用户IC 卡中购买的热量用完后控制电动阀门关阀停止供应热水。
液晶显示屏显示当前的累积耗用热量,按面板上的按键,可以查看累积热量、累积流量、进水温度、回水温度、瞬时流量、累积工作时间、购量、余量等参数,并进行相应设置以及温度校准。
2 系统组成 美国德州仪器的MSP430系列十六位单片机适合应用在各种要求极低功率消耗的场合,具有许多独到的功能。
系统CPU 选用MSP430系列的MSP430F413单片机,它集成96段LCD 驱动器,直接驱动液晶;8K 闪存,256B RAM ;串行在线编程;五种省电模式;看门狗定时器确保不死机;P1和P2口的所有8个位全部可以做外中断处理,而且中断边沿可选。
MSP430F413本身不带A/D 转换器,但综合使用它提供的Timer -A 和Comparator -A 的功能,可以实现对阻性传感器的精密测量。
基于MSP430FW42X单片机超声波热量表的设计
基于MSP430FW42X单片机超声波热量表的设计1 热量表的系统原理与结构 1.1 热量表的基本原理热量表的工作原理：在热交换系统中安装热量表，配对温度传感器分别安装在热交换入口和出口管道上。
当水流经系统时，流量传感器发出流量信号，配对温度传感器分别检测出入口和出口温度信号，积算器采集流量、温度信号，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过积算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量，在实际应用中水的质量都是通过测量水的体积换算得出的，因此热量值的计算可使用下面公式：式中：Q-释放的热量[J]或[kWh]；V-载热液体流过的体积[m3]；△θ-热交换回路中载热液体入口处和出口处的温差[℃]；K-热系数，它是载热液体在相应温度、温差和压力下的函数[J/m3°C]或[kWh/m3°C]。
上面公式称为k 系数法，本文中热能表主要使用k 系数法进行热量计算。
热量表的工作原理图见图1，超声波基波示意图见图2。
图1 热量表系统工作原理图图2 超声波基表示意图1.2 热量表的系统结构热量表由流量传感器、供回水配对温度传感器及积算器（单片机处理单元）等部件组成。
1）流量传感器。
流量传感器是用于采集水流量并发出流量信号的部件。
超声波流量传感器采用时差法对流量进行测量，其基本原理是：在测量通道的上游和下游分别安装一只超声波换能器用于超声波信号的发射与接收，上游与下游换能器分别发射超声波信号由另一只换能器接收，由于超声波信号与水流信号叠加，使声波在顺流和逆流时的传播速度不同，因此不同换能器发射的超声波信号在水中的运行时间就不同，通过测量该时间的差值可计算出流体的流速，然后再换算成流量，从而实现了流量的测量。
2）配对温度传感器。
配对温度传感器是在同一个热量表上，分别用来测量热。
基于MSP430和光纤通信的热量表系统
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第 ２ 卷第 ２ ８ 期 ２ ０ 年 ４月 ０８
辽 宁 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉ ｏ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ａ ｎ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ Ｌ ｙ Ｔ
在 于研 制超 低功 耗 、高精 度 、适 合 于我 国 国情 的通 用 热 量 表 。本 文 设 计 了一 种 以ＭＳ ４ ０ Ｗ４ ７ 片 Ｐ ３Ｆ ２ 单 机 作 为控制 核心 的热 量表 ，这种 热量 表采 用超 低 功 耗 设 计 ，其 流 量 测 量 采 用 最 新 的无 磁 流 量 测 量 方 法 ，以提高流 量测 量 的精 度和 灵敏 度 ；硬 件 电路 中 设 计 了光纤通 信 接 口，使其 可 以利 用公共 的光纤 网
摘
要 ：为实现 热量计量及其远程通信 ，设计 了一种基于 ＭＳ ４ ０微处 理器 的高精度 、高性 能热量表 。在分 Ｐ３
析热量表计量原理的基础上 ，对热 量表 的硬件 电路进行 了详细研究和设计 ，采用超低耗的设计思想进行 了软件设
计 ，采用光纤通信和 Ｆ－Ｈ 技术实现热量表 的远程通 信。实验表明，设计的热量表符合行业标准 ２级表的要求 ， １ Ｔ
Ｖ １ ８ Ｎｏ ２ ｏ ． ， ． ２ Ａｐ ． ０ ８ ｒ２ ０
基 于 ＭＳ ４ ０和 光 纤 通 信 Ｐ３
的热 量表 系统
基于MSP430的智能电能表设计
基于MSP430的智能电能表设计摘要基于炬力公司的高精度电能计量芯片ATT7022B，本文以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，设计了一款三相多功能电能表。
该电表围绕DL/T 614-2007《多功能电能表》的技术要求和功能规范进行了设计。
文中详细介绍了该多功能电能表的软硬件设计方案。
引言随着我国电力事业的蓬勃发展和人民群众生活水平的不断提高，电力已成为人们生活、工作中必不缺少的组成部分。
随着居民用户电表数量的增加，人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务的需求。
人工抄表的工作越来越繁重，效率低、误差大、成本高，数据的统计分析准确率低且滞后，无法实现实时抄表、分时计费、实时监测供用电情况。
电力系统迫切需要电力网络技术支持，以便及时准确的获得用电管理、收费管理、供用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。
1.系统方案根据功能要求，设计了如下的整体方案：系统包括三相多功能智能电表、红外遥控抄表器以及上位机抄表软件。
系统结构框图如图1所示。
图1 系统结构框图红外遥控抄表器通过红外通信的方式完成对电能表内数据的抄取，通过RS485总线与电能表通信，实现对电能表的监测。
电能表主要由电能计量单元、电源管理、微控制器、通信单元、时钟、显示模块、报警模块、广播校时模块等组成，系统结构框图如图2所示，图2 电能表系统结构框图1、互感器完成大电压和大电流信号到小电流信号的转换。
2、电能计量模块采集互感器转换的电流信号，完成对电能的计量。
3、电能管理模块为系统提供3V、5V电源，并且完成对时钟电池和系统后备电池的充电管理。
4、显示模块完成对相关数据的显示。
5、报警模块主要完成断相、失压、电池欠压等报警功能。
6、通信模块包括红外和485通信两部分，提供了红外收发和RS485两种通信接口，辅助完成实现远程抄表、手持抄表等功能。
2.系统硬件设计2.1微控制器系统主控制器选用了MSP430F149单片机，该芯片是一种超低功耗微处理器，采用精简指令集结构，内部具有ESD保护，抗干扰能力强。
基于MSP430微处理器的智能超低耗热量表的设计与实现
１ 热量 计 的原 理 及 其 数 学 模 型
，
在理 论 上 热 流 率 的 测 量 在 稳 定 流 动 中 可 以归 根 结 为 流 体 质 量 流 量 与 其 温 差 以 及 定 压 比热 的 乘 积Ⅲ 。 图 １ 示 的测 量 系统 ， ｒ时间 内流 经 热交换 器 的 能量 ， 在 所 在 采用 体积 流量 计算 时 ， 我们 可 以得耗 热 的数 学模 ：
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第 ２ 卷第 ３ ７ 期
２ ０ 年 ６月 ０７
黄
冈
师
范
学
院
学
报
Ｖ ｏ１ ２７ Ｎ ｏ ． ．３
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｕ ｎ ｇ ｎ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ａ ｇ ａ ｇＮｏ ｍａ ｉｅｓｔ ｏ
Ｊ ｎ ２０ ｕ ．０７
Ｑ Ｊ △ —． 丁 二 ｄ Ｋ
参数 ， 是 流体流 过 热交 换 系统 的体积 ． 对其离 散后 我们 可 以得 到 热计 量表 耗热 量 的最终 计算 公式
收 稿 日期 ：０ ７０ — ２ ０ —４ １． ２ 作者简介 ： 文 萍 ， ， 北蕲春人 ， 范 女 湖 讲师 ， 读 硕 士 ， 要 从 事 嵌 入 式 处 理 系 统 的 研 究 在 主
ｍａ ｉａ ｔｃ ｌｍｏｄ ｌａ ｅｅｃ ｉ ｇ ｔ ｅ ｋ— ｏ ｆ ｉｉ ｎ ｎ ｄ ｔ ｒ ｅ ｓｎ ｅ ｎｄ ｓ ｌ ｔｎ ｈ ｃ ｅ ｆｃ ｅ ｔｉ ａ ａ ｐ ｏｃ ｓ ｉ ｇ．Ｍ ｅ ｎ ａ ｗｈｉ ｌ ｅ，ｗｅ ｄ ｓ ｒｂ ｈｅ ｍｏｄ ａｒ ｅ ｃ ｉｅ ｔ ｕｌ — ｉａ ｉ ｓ ｇ ｄｅ ｒ ｗａ ｅ ａ ｏｆｗａ ｅ ｏｆｕ ｔａ ｌ ｗ ｗｅ ｏ ｕｍｐｔｏｎ ｉ ｅ ａ ｌ ｚ ｔｏｎ ｄｅ ｉ ｎ ｉ ａｓｏｆｈａ ｄ ｒ ｎｄ ｓ ｔ ｒ ｌｒ — ｏ ｐｏ ｒ ｃ ｎｓ ｉ ｎ ｄ ｔ ｉ．
以超低功耗微处理器MSP430为核心的热计量表设计
以超低功耗微处理器MSP430为核心的热计量表设计
引言
我国地域广阔，人口众多。
房屋建筑规模巨大，住宅建设量大而且面广，至今仍呈上升趋势，而且这个上升趋势还将持续20～30 年。
在这种情况下，把大锅饭式的采暖包费制，改为按实际使用热量向用户收费，无疑是缓解煤电能源紧缺矛盾的有效手段。
为此，本文介绍了一种新型热量表的设计方法。
该热量表是一种分户热量计量装置，它由无磁热水流量计、温度传感器和微功耗单片机组成的积算仪等三部分组成。
仪表安装在系统的供水管上，并将温度传感器分别装在供、回水管路上。
一段时间内用户所消耗的热量为所供热水的流量和供回水的焓差乘积对时间的积分。
热量表利用该原理并通过热水流量计测量逐时流量并用温度传感器测量逐时供回水温度，再将这些数据输入积算仪进行积分计算，就能得出用户所用的热量。
1 热量表的流量检测
1.1 多流无磁热水流量计
所谓流量，就是在单位时间内流经热量表的热载体(水)的体积或质量。
本系统中的流量检测单元是用来测量流量的装置，它能输出与流量大小成比例的脉冲信号给积分计算单元。
多流无磁热水流量计的结构主要由热水表表壳底座、导流座、滤网、叶轮盒、出水导流座、传感器感应膜片等组成。
其工作原理是：热水进入表壳底座，经导流座、滤网后流进叶轮盒冲动叶轮盘旋转，再经出水导流座流出表外。
叶轮盘上端的传感器感应膜片与传感器作相对旋转运动，以输出与流量大小成线性比例关系的脉冲信号给积分计算单元。
多流无磁热水流量计壳体采用优质黄铜，经硬模铸造、锻造、数控机床加工后，要求其机械强度好、尺寸精度。
基于MSP430单片机的电子式热量分配表的研究与设计
系统上电 、初始化之后 ， Ｐ 进入低功耗模式等 ＣＵ 待处理各种中断 。当达到系统设定的时间时 ，定时器 向 Ｃ Ｕ发送中断请求 ， Ｐ 告知需要计算一次热量消耗。 Ｃ Ｕ则打开 ＡＤ转换功能将温度传感器的值读入并计 Ｐ ／
为散热器的特性系数 ；Ｑ为散热量。
３硬件电路构成及 软件设计
图 １ 电 于 式 热 量 分 配 表 的 原 理 框 图
两支温度传感器分别用 于测量散热器 的表面温度
和室温 。积算仪是电子式热量分配表 的核心 ，它能够
于这类传统 的采暖系统 ， 则宜于在各组散热器上设置
分配表 ，结合设 于楼 口的热量 总表的总用热量数据 ， 就可以得出各组散热器的散热分配量 。热分配表 的方
１引言
随着我 国国民经济的不断发展 ， 人们对生活质量
式在每户 自成系统 的新建工程 中不宜采用 ， 但对采暖 系统为上下贯通形式 的旧有建筑 ，用热量分配表配合 总管热量表是一种可行的计量方式 。
也提出了新 的和更高 的要求 。在我国原有 的生活取暖
中，由于大多采用单管串联系统供热 ，用户无法根据
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。” ｉ■● 萱 ●． Ｉ
７ — ， 曩 ｏ● ■
基于 ＭＳ ４ 单 片机 的 ３ Ｐ ０
电子式热量 分两 表的研 究与设计 己
Ｒｅ ｅ ｒ ｈａ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ａ ｏ ｔ ｌｃ ｔｒｏ Ｐ ３ ｓ ａ ｃ ｎ ｓｇ ｆ Ｅｌｃｒ ｎ ｃＨｅ ｔ ｓ ｏ ａｏ ｎ ＭＳ ４ ０ Ｃ Ａｌ
ｐ ｓ ｉｎｏ ｅｈ ａ ｏ ｔ ｌ ｃ ｔｒ ｓ ｌｏｓ ｄｅ ｅｅ ｏ ｉｏ ｆ ｅ ｔ ｓ ｌ ａｏ ｓ ｔ ｉｄｈ ｒ ． ｔ ｈ ｔ ｃ ａｏ ｉａ ｕ
基于MSP430的无磁热量表的研制及实现的开题报告
基于MSP430的无磁热量表的研制及实现的开题报告一、研究背景随着科技的不断发展和社会经济的不断进步，热量表作为一种关键的能源测量设备，广泛应用于各种场合。
而基于磁感应原理的磁性热量表是目前应用最广泛的一种热量表，但是磁性热量表由于使用磁性测量原理，需要在运行过程中依赖于外部的磁场，同时磁场环境的变化也会对磁性热量表的读数产生影响，因此在一些特殊场合，如高温、强磁等环境下，磁性热量表表现出的精度和可靠性相对较差。
为了克服磁性热量表的这些缺陷，基于MSP430的无磁热量表应运而生。
由于MSP430具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等特点，因此基于MSP430的无磁热量表具有体积小、精度高、可靠性强等优点，在一些特殊环境下表现出了更好的适应性。
二、研究目的及意义本研究旨在设计并实现一种基于MSP430的无磁热量表。
具体研究目标包括：1. 研究磁性热量表的工作原理，并分析其存在的问题及限制；2. 研究无磁热量表的工作原理，设计无磁热量表的硬件电路和软件控制程序；3. 进行实验验证，评价无磁热量表的性能指标，包括测量精度、响应速度等，并与传统的磁性热量表进行比较。
通过本研究，可以为热量表的技术发展提供新的思路和方法，同时为特定场合下的热量测量提供更精确、可靠的测量手段。
三、研究内容1. 磁性热量表的工作原理分析与问题探讨磁性热量表是目前应用最广泛的一种热量表之一，本研究首先将对其工作原理进行分析，并探讨其在应用中存在的问题。
2. 无磁热量表的设计与实现针对磁性热量表存在的问题和限制，本研究将设计一种基于MSP430的无磁热量表。
具体包括硬件电路设计和软件控制程序的编写。
3. 无磁热量表性能评价与实验验证本研究将利用实验的方法，对无磁热量表的性能进行评价，包括测量精度、响应速度等，并与传统的磁性热量表进行比较。
四、研究步骤及方法1.资料收集与分析：收集磁性热量表、无磁热量表及MSP430的相关技术资料，对其技术特点和优缺点进行分析。
基于MSP430的热量表温度测量设计
关键 词 ：温度 测 量 ； 热 量表 ；单 片机 ；设 计
中 图分 类 号 ：Ｔ ｌ Ｈ８ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
１ 温 度 测 量 方 法 和 原 理
热量表 测 温模块 设计 中包括 进水 温 度采集 和 出水 温度采 集 两部 分［ ， 热量表 而 言 ， 们关 心 的是温差 １对 ］ 我
Ｒ… 。＝ Ｒ Ｔ… ／ 。 Ｔ 。 … … … … … … … … （ ） １
入
图 １ 温 度 测 量 原 理 图
电压 ｆ和 电容 Ｃ的 取值 是不 重要 的 ，这些 因素 ｆ 在计算 中已消 除了 ，只是 要求 和 Ｃ的值 在测 量过
收 稿 日期 ： ２ ０一 ２ ；修 回 日期 ：２ ０一 １２ ０ ７儿一９ ０ ８Ｏ— Ｏ
２０ ０ ８年 第 ３期
赵 云峰 ，等 ：基 于 ＭＳ ４ ０的 热 量表 温 度 测 量 设 计 Ｐ３
・１ ５ ・ ６
相 比 ，该方 法 比较简 单 。但 是测 量需 要通 过参 考 电阻 Ｒ 和待测 电阻 Ｒ…。 电容 ｃ各充 、放 电一 次才 能得 对 到一 个测量 值 ，而 系统 最 主要 的功耗 就是 在温 度测 量 上 ，因此 在 应 用 中 对 测 量 进 行 了改 进。图 １中 Ｃ ｍｐ ｒｔｒＡ 的 参 考 电平 可 以选 择 外 部 参 考 电 平 、 ｏ ａａｏ— ０２ ．５ ０ ５ 或 二极 管参 考 电平 ， ．Ｖ 因此 可 以改变 参 考 电平 ，用 通 过 参 考 电 阻 Ｒ 对 电容 ｃ 充 电 到 ０ ５ ，再 通 过 待 测 电 阻 Ｒ ． 对 电 容 ｃ 放 电 到 ０ ２ ，每充 、放 电一次 就 能得到 一个测 量 值 。根 据 ．５ 电路 学原 理 ， 电压 ∞通过 参考 电 阻 Ｒ 用 对 电容 ｃ充
基于MSP430微处理器的智能超低耗热量表的设计与实现[1]
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第27卷第3期黄 冈 师 范 学 院 学 报V o l.27N o.3 2007年6月Jou rnal of H uanggang N o rm al U n iversity Jun.2007 基于M SP430微处理器的智能超低耗热量表的设计与实现范文萍,吴定雪(黄冈师范学院计算机科学与技术学院,湖北黄州438000)摘 要 通过建立的热量表数学模型,选择热k系数法作为数据处理的算法,设计出基于M SP430微处理器的高精度智能型热量表。
并详细阐述了系统的软、硬件超低功耗的设计思想。
关键词 超低功耗;热焓值;模块化结构中图分类号 T P216 文献标识码 A 文章编号 100328078(2007)0320049203D esign and i m plem en ta tion of artif ic i a l i n tell igen t hea t m eter w ithultra-low power con su m ption ba sed on M SP430M CUFAN W en-p i ng,W U D i ng-xue(Co llege of Compu ter Science and T echno logy,H uanggang N o rm al U n iversity,H uangzhou438000,H ubei,Ch ina)Abstract A heat m eter w ith h igh p recisi on is designed based on M SP430M CU by setting up m athem atical m odel and selecting the k2coefficien t in data p rocessing.M eanw h ile,w e describe the m odu larizati on design ideas of hardw are and softw are of u ltra2low pow er con sum p ti on in detail.Key words:u ltra2low pow er con sum p ti on;k2coefficien t;m odu le arch itectu re随着我国福利供热制度的改革,将全部实现供热的商品化和货币化。
基于MSP430单片机的智能热量表的研究的开题报告
基于MSP430单片机的智能热量表的研究的开题报告一、选题背景随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，电能作为重要的能源之一，得到了广泛应用，并成为了当今社会必不可少的组成部分。
在日常生活中，人们对能源的使用量越来越重视，因此电表作为能源使用的重要工具，在实现节能、减排方面发挥着至关重要的作用。
目前，随着物联网技术的不断发展，热量表也逐渐被广泛使用。
传统热量表大多采用机械式、自助读数等方式，不仅精度较低，而且容易出现误差和故障。
因此，基于电子技术和智能型控制技术的热量表越来越受到人们的关注和青睐。
二、研究内容本文旨在研究基于MSP430单片机的智能热量表的设计和制作。
具体内容包括：1. 设计红外通信接口和RS-485接口，实现数据的双向传输；2. 确定电路组成，并选取合适的电子元器件，制作并测试各部分电路；3. 设计热量计算算法，以提高准确度和精度；4. 编写控制程序，实现数据的采集、处理、显示和传输。
三、研究意义本文的研究是针对传统热量表的不足和缺陷，通过利用MSP430单片机中的高效、低功耗、易于编程和易于移植的特点，实现了智能化和数字化控制。
该热量表具有高精度、低误差、低功耗、易维护等优点，同时具有良好的稳定性和可靠性。
本文的研究成果不仅可以提高计量行业的服务质量和水平，还可以推动能源计量行业的数字化和智能化发展。
四、研究方法本文采用文献调研、理论分析和实验研究相结合的方法。
首先进行文献资料的调研和分析，了解热量表的基本原理和发展历程，并对现有研究成果进行分析和总结。
其次，对热量表的硬件和软件系统进行设计和构建，包括电路设计和程序编写。
最后，对热量表进行实验测试和数据分析，验证其性能和表现。
五、预期成果本文的预期成果包括：1. 设计并制作一台基于MSP430单片机的智能热量表，可以实现准确的热量计算和数据传输功能；2. 通过实验验证热量表的性能和精度，并以此为基础对其进行优化和改进；3. 推广热量表的智能化和数字化应用，为能源计量行业的发展提供新的思路和方法。
基于MSP430的热量表的温度测量[1]
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罗琴等:基于MSP430的热量表的温度测量οζ 基于MSP430的热量表的温度测量The Tem pera tu re M easu rem en t for H ea t M eters B ase on M SP430罗 琴 李 鸣 徐爱华(南昌大学,江西南昌330031)摘 要:本文介绍了一种基于MSP430的热量表的温度测量方法,它是基于MSP430F W427单片机中的比较器与集成的外围电路,具有测量精度高、稳定性好、低功耗、低成本等特点。
关键词:温度测量;MSP430单片机;热量表;温度传感器1 引言热量表是供热体系中按热量计量收费的一个关键仪表和重要依据,其测量精度、工作稳定性等技术指标是非常重要的。
以热(冷)水为媒介的集中供热(供冷)系统中用户所消耗的热(冷)量,与热(冷)水流量和供、回水焓值有关。
热能值的物理学含意是热功率与时间的乘积,按照热力学定义可表达为热能载体的质量与进回水温度的热焓的差值的乘积,热能值无法直接测量,只能通过其他的物理学参数确定。
通过热能表可以测定体积用以替代质量,然后通过查水的焓值和密度表来计算热能值,或测定温度用以替代热焓差。
因此在实践中可表达如下:A=V3ΔT3K(1)式中:V—指定热能载体的体积;ΔT—进回水温差;K—热能系数;取决于载体密度随温度的变化和对应于流量计所测温度的热焓值。
由此可知,对系统中进、回水温度的测量是热量表设计中不可缺少的部分。
所以设计出测量精度高并且稳定性好的测量方法、选择合适的温度传感器对整体热量表的研制、生产具有重要意义。
2 温度测量方法以往在测量温度时,大部分使用常规的测量方法测量。
当测量精度要求较高时,必须使用复杂的调理电路、高位数的A/D转换器,使系统的成本高居不下,难以普及使用。
随着电子技术的发展,出现了很多功能完备、低功耗、低电压大规模集成电路,为设计长时间电池供电的高精度测温系统提供了硬件基础。
基于MSP430系列单片机的热量表的系统选择MSP430F W427微处理器,他是TI公司研制出来专门用于水表、气表、热表等的开发设计,但MSP430F W427本身并没有16位AD,不过它在片内集成了一个精密型比较器,利用这个比较器,再加上一些必要的电路则可以实现性价比极高的A/D转换:sig ma-delta AD。
基于MSP430单片机的超低功耗电子温度计的设计
基于MSP430单片机的超低功耗电子温度计的设计
0 引言
3.1 温度采集转换电路
图中，Rref 是参考电阻，用于定标，Rsens 是被测电阻。
系统工作时首先令MSP430 接Rref 的口置位，然后输出高电平Vcc 并通过标准电阻对电容定时充电，定时时间到后，端口复位，使电容放电，放电过程一
直持续到电容上的电压降到充电端口为“0”电平的上限为止，截止时刻由
Timer_a 内部的捕捉器通过捕捉入口CA0 准确地捕捉。
这一段放电时间可标记为Tref。
然后，对P2.1 施以同样的操作，以获得电容通过被测电阻放电的时间Tsens。
最后比较Tref 和Tsens，并由下式计算出被测电阻值：
Rsens=RrefTmeas／Tref
式中，Rsens 为被测热敏电阻，Tsens 为被测组件放电时间，Tref 为参考组件放电时间，Rref 为参考精密电阻。
由上式可以看出，只要电压和电容的值在测量中保持稳定，电压和电容的具
体取值便不再重要，这是因为在比例测量原理中，这些因素在计算过程中已被
消除。
因此，尽管仪表的供电电池的电压具有离散性，并且该电压会随着时间
的推移逐渐减小，但是，由于被测电阻值的测量与电源电压值的大小毫无关系，所以该测量方法具有电源电压自补偿特性。
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仅供参阅！。
嵌入式设计 低功耗超声波热量表的设计 精品
毕业设计（论文）低功耗超声波热量表的设计院别控制工程学院专业名称测控技术与仪器班级学号学生姓名指导教师超声波低功耗热量表摘要超声波热量表可实现非接触精确计量，非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关并且测量结果不受水质影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题，在诸如水量、热量等计量中有着广泛的应用。
本文设计一种用于城镇小区户用超声波热量表，主控芯片采用MSP430系列微功耗单片机，流量侦测采用超声波专用流量收发侦测芯片TDC-GP2芯片，外接超声波发射与接收探头，实现顺流与逆流超声波的收发；依据时差法通过测量时差，得出热载体流速；再扩展相应的接口电路，经由单片机，通过编程对流速度处理实现流量的采集与处理。
进水与回水管道加装铂电阻温度传感器，通过测量进水与回水温度差及流量，根据K系数法或焓值差法计算出热量。
最后，利用M-Bus总线实现热量等数据的收发，然后通过lcd将热量显示在屏幕上。
关键字：超声波，低功耗，MSP430,TDC-GP2.Ultrasonic low power consumption heat meterAbstractNon-contact ultrasonic heat meter can achieve accurate measurement, non-contact flow measurement, instrumentation cost essentially nothing to do with the measured pipe diameter size and measurement results from water quality impacts, can be made of non-contact measuring instruments and portable, it can solve other types meters are difficult to measure corrosive, non-conductive, radioactive and explosive media flow measurement problems, such as water, heat, etc. has been widely used in the measurement.This design method for urban residential household ultrasonic heat meter, master chip power microcontroller MSP430 series, dedicated traffic flow detection using ultrasonic transceiver chip TDC-GP2 chip detection, external ultrasonic transmitter and receiver probe, along countercurrent flow with ultrasonic transceiver; basis by measuring the time difference difference method, draw heat carrier flow; further extend the corresponding interface circuit via microcontroller, programmable convection speed processing to achieve traffic acquisition and processing. Inlet and return pipe installation platinum resistance temperature sensor by measuring the water and return water temperature difference and the flow, according to the K-factor method or the enthalpy difference method to calculate the heat. Finally, the use of M-Bus data bus transceiver to achieve heat, etc., and then the heat through the lcd display on the screen.Keyword：ultrasonic wave，low power,MSP430,TDC-GP2.目录摘要 (I)目录 (III)1绪论 (1)1.1课题研究的意义背景，国内外研究现状及研究方法 (1)1.1.1 研究的背景与意义 (1)1.1.2 国内外发展现状 (2)1.1.3 课题的研究内容 (5)2 流量温度热量测量 (6)2.1功能要求 (6)2.2系统构成 (6)2.3设计要求 (7)2.4流量测量 (7)2.4.1时差法超声波流量测量的基本原理 (7)2.4.2时差法超声波流量测量的特点 (10)2.4.3影响时差法测量精度的主要因素 (11)2.5超声波传播时间测量的实现 (11)2.5.1 TDC-GP2简介 (11)2.5.2 TDC-GP2时间测量的工作原理 (13)2.5.3 TDC-GP2的低功耗 (14)2.6温度测量 (14)2.6.1热电阻测温原理及实现 (15)2.6.2应用TDC-GP2测温 (18)2.6.3应用TDC-GP2测温的影响因素 (19)2.7热量测量 (19)3硬件电路设计 (22)3.1硬件设计综述 (22)3.2系统硬件结构设计及工作流程 (22)3.3单片机选型 (23)3.3.1单片机选型的要求 (24)3.3.2单片机的介绍 (25)3.4超声波流量测量模块 (25)3.5温度采集模块 (27)3.6LCD显示模块 (29)3.7键盘输入模块 (29)3.8时钟电路 (30)3.9微处理器与TDC-GP2的接口 (31)3.10M-BUS通信总线 (31)4软件电路设计 (33)4.1MSP430的编程语言和编译环境 (33)4.2软件的总体构成 (33)4.3系统主流程图 (34)4.4初始化模块 (35)4.5计算子程序 (38)4.6中断程序 (39)4.7时差测量模块 (39)4.7.1流量测量 (40)4.7.2 温度测量 (41)4.8键盘及显示模块 (42)结论与展望 (45)参考文献 (47)附录A 微控制电路原理图 (48)附录B 流量和温度采集电路原理图 (49)1绪论1.1 课题研究的意义背景，国内外研究现状及研究方法1.1.1 研究的背景与意义热量表是测量、计算、并显示热交换系统所释放或吸收的热量量值的仪表。
基于单片机的热量计的设计
基于单片机的热量计的设计热量计（Heat meter）是一种用于测量热能传递的设备。
它通常用于测量热水、蒸汽或其他热媒体的热能，并可用于工业流程、暖气系统、空调系统、热水供应系统等。
首先，硬件设计。
该热量计需要一个传感器来测量热量，一个单片机来处理数据，并且一些外设来显示和存储数据。
温度传感器（如热电偶或温度感应电阻）可以测量流体的温度，它们的输出电压或电阻值与温度成正比。
然后，我们可以使用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机能够读取。
除了温度传感器，我们还需要一个流量传感器（如涡轮流量计或超声波流量计），用于测量流体通过的体积或质量。
单片机需要使用计数器来记录流体通过流量传感器的次数，并根据流体的密度和温度计算出热量。
最后，我们需要一个显示器（如数码管或液晶显示屏）来显示热量数据，并可以将数据存储在存储器中。
其次，软件设计。
单片机的软件设计是非常关键的。
我们需要编写程序来实现热量计的各种功能，如温度的测量、流量的测量、热量计算、数据显示和存储等。
在温度测量方面，我们需要编写代码来读取传感器输出的模拟信号，并将其转换为温度值。
在流量测量方面，我们需要编写代码来读取流量传感器的输出，并根据其计数器的数量计算出流体通过的体积或质量。
热量计算方面，我们需要使用流体的密度和温度计算出传递的热量。
最后，我们需要编写代码来在显示器上显示数据，并通过存储器来存储数据。
最后，算法设计。
热量计算是该设计的核心算法。
根据流体的密度和温度，我们可以使用热传导定律来计算热量。
热传导定律简单来说就是热量的传递与温度的差异成正比。
Q=m*c*(T2-T1)其中，Q表示热量传递，m表示流体通过的质量，c表示流体的比热容，T2和T1分别表示流体的出口温度和进口温度。
使用这个公式，我们可以在单片机中实现对热量的准确测量和计算。
综上所述，基于单片机的热量计的设计需要考虑到硬件设计、软件设计和算法设计。
硬件设计方面，我们需要选择适合的传感器和外设，并进行适当的连接。
基于MSP430和TDC-GP2的超声波热量表设计
基于MSP430和TDC-GP2的超声波热量表设计
房亮;曹学岩;张博
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】热量表是用于测量热交换系统所释放热量的仪表，本文设计的超声波热量表基于M430F4152单片机，使用TDC-GP2芯片设计温度流量测量系统，并配有M-Bus通讯总线接口用于远程抄表收费和管理。
本文对整个设计的硬件构成、系统热量计算原理和需要注意的问题等方面进行了讨论。
【总页数】2页(P202-203)
【作者】房亮;曹学岩;张博
【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院;中北大学机械工程与自动化学院;中北大学机械工程与自动化学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于TDC-GP2的超声波热量表 [J], 梁灿;袁涛;张宝芬;稲田豊
2.基于MSP430F4152单片机的超声波热量表的设计 [J], 赵灿;刘园胜;孙后中
3.基于MSP430F449的超低功耗超声波热量表设计 [J], 肖慧敏;王鹏翔;董言志
4.基于时差法和TDC-GP2的超声波热量表设计 [J], 崔永俊;张彬彬;杨兵
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度传感器分别安装在供 、 回水管上 ， 一段时间内热用 户的用热量为供热介质的流量与供、 回水焓差的乘
积对 时 间的积分 。
介质流量 、 供水温度 、 回水温度 、 热费、 累计工作时间 等相关信息。通过热量表面板上的按键可设置开始 计时时间及选择相关信息等。串行通信接 口为 ４ ５ ８ 串行通信接 口， 实现远程抄表 。 可 ｊ ① 温度传感器采用 Ｐｌ０ 铂 电阻 ， ｔ ０ ０ 测量精度
核心 的热 量表 的硬 件结 构及 主程 序 进行 研究 。
２ 基于 Ｍ Ｐ３ Ｆ４ Ｓ４０ ４９单片机热量表的设计
２ １ 硬 件 结构 ．
１ 热量表 的技 术要 求及控制核 心
热量 表 一般 安 装 在 供 热 系统 的供 水 管 上 ， 温 其
以 ＭＳ４０ ４ ９单 片 机为控 制 核 心 的 热 量 表 的 Ｐ３ Ｆ ４ 硬 件结 构见 图 １ 。液 晶显 示 器 可 显 示 用 热 量 、 热 供
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第２ ６卷
第 １ 期 １
煤 气 与 热 力
ＧＡ ＆ ＨＥ Ｓ ＡＴ
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ １ １２ ． １ ＮＯ ． ０ ６ Ｖ２ ０
２０ ０ ６年 １ １月
基 于 ＭＳ４ ０系列 单 片机 热 量 表 的设 计 Ｐ３
张延龄 ， 安大伟 ， 娄承 芝
供 热节能 已 成 为一 个 热 点 话 题 ， 中供 热 计 量 其
水 的温差 在 ６ｏ Ｃ以内 时 ， 偏 差应 小 于 ± ． Ｃ。 测量 ０ １ｏ
更是大家所关注的焦点。近年来 ， 热量计量装置在
供热 系统 中得 到 了初步 的应 用 、 研究 ¨ Ｊ有关 部 门 ， 实施 了一 些示 范 工程 ， 下一 步 的研 究 提 供 了宝 贵 为
煤 气与 热 力
第２ ６卷
是一种可 擦写 的单 片机 ， 内有 ＪＡ Ｊｉ ｅｔ 片 Ｔ Ｇ（ｏ ｔ ｓ ｎＴ Ａ ｔｎＧｏｐ 联合测试行动小组 ） ｃｏ ｒ ， ｉ ｕ 调试接 口，Ｔ Ｇ ＪＡ 是一种国际标准测试协议 ， 主要用于芯片内部调试。 因此 ， 可先将程序下载到闪存存储器内 ， 再在单片机 内通过软件控制程序运行 ， 由 ＪＡ 并 Ｔ Ｇ调试接 口读 取片内信息供设计者调试 。这种方式不需要仿真器
（ 津大学 环境科 学与工程 学院 ，天 津 ３ ０ ７ ） 天 ０ ０ ２
摘 要 ： 介绍 了热量表的技术要求及控制核心 ， 对以 Ｍ Ｐ ３ Ｓ４ ０系列单片机作 为控制核心的热 量表的硬件结构及主程序进行了研究。 关键词 ： 供 热计量； 热量表 ； 单片机 中图分 类 号 ：Ｔ ９ ５ Ｕ ９ 文献 标 识码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１０ ４ １ （ ０ ６ １ ０ ５ ０ ０ ０— ４ ６ ２ ０ ） １— ０ ７— ３
Hale Waihona Puke （ ｏｌ ｅ ｆＥ ｖ ｏ ｍ ｎ ｃ ｎｅａ ｄＥ ｇｎｅｉ Ｃ ｌｇ ｎ ｉ ｎ ｅｔ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｒ ｇ，Ｔ ｎ ｎＵ ｉ ｒｉ ， ａｎｉ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ ｅ ｏ ｒ Ｓｅ ｅ ｎ ｉ ｊ ｎｖ ｓｙ Ｔ ｉ ｎ ０ ０ ２， ｈｎ ） ａｉ ｅ ｔ ｊ
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第 １ 期 １
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控 制 核心 采用 低功 耗 的 ｌ ６位单 片 机 ， 多厂 家 很
在热量表上留有 串行通信接 口， 使其具备远程抄表 及监控 功能， 还有 的在热量表上集成 Ｉ ｃ卡系统 ， 使 其具备 自动计费功能。
的实践经验。热量表 的控制核心为单片机 ， 中高 其 性能、 低功耗 的 Ｍ Ｐ３ Ｓ４０系列单片机应用 在热量表 中尤为合适。本文对以 Ｍ Ｐ３ Ｆ４ 单 片机为控制 Ｓ４０ ４９
为 ０ ０ Ｃ。在一 定 的 温度 范 围 内 ， 电阻 的 电阻与 ． １ｏ 铂
热量表一般应符合以下 ４个技术要求 ： ①总体
精度 达到 国 际法 制 计 量 组 织 制 定 的 Ｏ Ｍ － Ｒ ５规 ＩＬ ７
程 中的４级标准 。②流量计的测量相对误差 ＜ ％。 ３ ③温度传感器采用铂电阻测 温元件 ， 符合 国际电工