热量表设计方案
热量表设计
摘要：用带有串行总线接口的MCU及器件设计热量表电路，达到电路简单和稳定可靠的热量丈量。
我国居民取热计量收费已是大势所趋，但也是一个热门、难点题目。
计量正确与否直接关系到热量的公道收费和用户的亲身利益，也关系到供热事业的生存和发展。
热量表是用于丈量热交换系统中载热流体开释热量多少的计量用具，用法定计量单位显示热量。
热量表热量计量框图如图1。
图1 热量计量框图将经过严格配对的温度传感器，分别安装于热交换回路的进口和出口的管道上；流量传感器安装于出口或进口管道上。
配对温度传感器检测热交换系统进口和出口流体的温度，流量传感器检测流经热交换系统的流量。
微控制器将采集到的温度、流量数据进行处理，计算出热交换系统所开释的热量，并进行存储或显示。
热量表主要由温度检测、流量检测和微控制器组成。
热量的计算公式为：式中Q载热液体开释的热量(KJ)，qm流经热量表载热液体的质量流量(Kg/s)，hi,h0热交换系统进口温度和出口温度对应的载热液体的焓值(KJ/Kg)，t时间(s)。
从上式可以看出，要计算热量，必须首先检测进出口温度，然后根据温度查表计算对应的热焓值。
热焓值在不同温度下其值不同，既是温差相同，但进出口温度不同，所开释的热量也不相同。
热量表电路设计温度检测电路温度传感器选铂电阻PT1000，铂电阻温度传感器化学性质稳定，正确度高，使用方便，不需冷端补偿。
热量表测温范围不大(0~95℃)，能够满足要求。
温度-电压转换采用桥路方式实现，电路如图2。
图2 温度检测电路桥路电源Vref由MAX6192-2.5V 基准电压源提供，温漂5ppm/℃。
桥臂电阻R1、R2、R4选用同温度系数的精密电阻，减少环境温度变化引起桥路输出的漂移。
另外，为减少铂电阻自热温升，R1、R2阻值选用49K，桥臂电流为0.05mA ,这样因自热温升而产生的丈量误差可忽略不计。
铂电阻的非线性通过软件的方式进行线性处理。
流量检测流量传感器选用远传热水流量计，工作温度0~95℃，传感器为磁敏感器件。
家用热量表系统设计
家用热量表系统设计绪论1.1 研究的目的及意义新中国成立以来,供热事业有了很大发展,对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。
当前由于我国建筑物的保温隔热和气密性能很差,供暖系统热效率低,至2000年,全国城市建筑耗能将占能源生产总量的14%,单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍[1]。
在社会生产力不断发展的今天，能源紧缺已经成为各个国家越来越突出的问题。
所以能源合理有效地使用已经成为我国相关部门管理的重要内容之一[2]。
随着社会主义市场经济体制的逐步前进，我国供热体制正在发生改变。
供热企业与用户之间的关系己逐渐变为供暖部门与业主之间的商品买卖关系[3]。
尤其随着“房改”和住房私有化后，现行的城市住宅供暖费用由企业全部承担的政策已不能适应当前形势的需要，住户对采暖方式有了自主选择的权利和自由。
这些都对传统的供暖计费方式提出挑战，这要求我们要设计以单片机为核心的新型智能热量表[4]。
2007年6月,国家发改委与国家建设部又联合制定了关于《城市供热价格管理暂行办法》。
办法中明确了用户、热力生产企业及传送企业之间按热量表收热费的要求。
这也就要求新建居民住宅要以户为单位分户做计量设计,分户施工并安装户用热量表,而之前所建的居民住宅要逐步实施改造,加装户用热量表。
同年10月,建设部又发布关于《热量表》城镇建设行业产品标准,规定此标准自2008年4月1日起正式实施[5]。
自从供热计量收费制度在全国开展以来,仅热量表每年的需要量就可达上百万套,中国热量计量仪表产业将是世界最大且最具潜力的产业。
所以,本课题的研究具有现实的经济意义和社会意义。
1.2 国内外背景及发展现状上世纪的70年代,针对热量表的发展,国外已经做了大量研究,迄今为止所积累的大量经验也表明,为了让人们得以自觉节能并形成习惯,行之有效的手段则是以户为单位,按户实际所耗热量来进行计费。
这种以按实际耗用热量向用户收费的制度,平均可以节能约20%一30%[6]。
一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现
一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现背景与概述在家庭、公寓、办公楼等大量建筑物中，热能消耗占据了非常大的比例，因此监测和控制热量的消耗和分配是非常重要的。
根据热量的测量方法不同，传统的低功耗热量表通常采用机械式、电子式、电离式等测量方法，这些方法在测量准确度、实时性以及维护成本等方面存在问题。
为了满足现代低功耗热量测量对精度和实时性的要求，本文提出了一款基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表设计与实现。
TDC-GP21芯片介绍TDC-GP21芯片是一款集成了时间数字转换器和计数器模块的高性能低功耗芯片。
TDC-GP21最大的特点是能够实现高精度的计时并提高测量精度。
其内部时钟频率高达1GHz，最高能够计数到1.024秒，并提供了 SPI 接口驱动，能够和 MCU系统集成。
基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表，通过对芯片的时间计数和测量，能够实现对热量的高精度计量和追踪。
低功耗热量表整体设计一款基于TDC-GP21的低功耗热量表，主要由传感器、计算模块、显示模块和MCU等模块组成。
其中传感器和计算模块为核心部件，负责实现热量的测量和计算，而显示模块则用于显示热量数据，MCU则作为控制模块，控制整个系统的运行和处理。
传感器传感器是整个热量表测量的核心部分，负责实时监测水流量和温度的变化。
本文选择热能传感器作为测量传感器。
计算模块计算模块实际上就是基于TDC-GP21芯片的计数器模块。
该模块负责测定冷热水进出口的时间差，并通过这个差值计算出每秒钟的冷热水体积。
通过脉冲的计数和时间计数，计算出流量。
显示模块显示模块主要是将计算模块得到的热量数据实时显示给用户。
本文选择了一块4位7段数码管模块作为显示模块。
这种模块在价格上比LCD显示屏等其他显示模块便宜，且比较简单。
这种模块有较低的功耗，并且可以实时显示正在测量的数据。
MCUMCU控制模块负责控制显示模块的输出，从传感器提取数据，并处理和转换数据以便于实时显示。
动态热量表的原理设计
１ 动 态 热量 表 的实 现 手段 、
计量热 量的热 量表 由温 度传 感器 、流 量传 感器 和
Ｎ８ Ｃ１６ Ｂ１ 型单片机组成。 ３ ９Ｋ ６ 热量表的整体结构见下图 。
两 只温度 传感 器用 斜三 通安 装在 进水 管和 回水 管
上， 涡轮 流量计安 装于进 水或 回水管道 中。热 量表 以单 片机 （ ３ ９ Ｋ １ ） 核心 ， Ｎ８ Ｃ１６ Ｂ ６ 为 对温 度 传 感 器送 来 的 信
动态热量表 的原理设计
口冉 莹 高韶坤
热 量表 的种 类很 多 ，现 在 国 内流行 的热量 表 都是 基于超 低功 耗 ＭＳ ４ ０系列 的单片机 进行 设计 的 ， 样 Ｐ３ 这 虽 然能解 决低功 耗问题 ，但 这 些热 量表 都是 采用静 态
８ Ｋ字节 的片 内 Ｒ Ｍ ， 存储空 间可为 ６Ｋ Ｒ Ｍ Ｏ 总 ４ ，Ｏ 和 Ｒ Ｍ 统一编址 。２６ 字节 存储器 阵列和专 用寄存 Ａ ５个 器 。其 中 ２２ 字节 是寄存 器阵列 ， 具一般 微处理 ３个 它兼 器通 用寄存 器和 Ｒ Ｍ 的功能 ，又都 可用 做 累加器 ， Ａ 另 外有 ２ ４个字 节 为特 殊 功 能寄 存 器 。高速 输 入 和输 出 口 ， 测量 高分 辨率 的脉冲 。５ ８ 能 个 位输 入 ／ 出 口全 输 双 工串行 口。１ 位 Ａ Ｄ转换 器 ， ０ ／ 模拟 量可 直接输入 ， 特 别 用于 多路 数据 采集 系统 。脉宽调制 输 出口 ， 提供 脉 可 宽 调制信 号 ， 经过外 界积 分 电路 产生模 拟 量输 出信 号 。
号和 流 量传感 器 提供 的 信 号进 行数 据 采 集和 处理 ， 按
积算公 式算 出用 户从热 变换 系统 中获得 的热量 。
IC卡热量表的设计
IC卡热量表的设计The Design and Implementation of IC Card Heat Meter(申请学士学位)专业：电气工程及其自动化本科生：指导教师：兰州交通大学二○一○年六月中文摘要在经济发达国家，户用热量表的应用已经相当广泛。
热量表作为供热公司与用暖用户之间收费的计量依据，不仅已被用户广泛接受，而且能明显地起到节能的作用。
对于改革开放的我国来说，依据国际惯例，供暖计量收费势在必行。
热量表的计量是手段，实现合理收费才是目的，采用预付费热量表是供暖体制改革的必然趋势。
目前市场上热量表产品种类繁多，但或多或少的存在各种问题。
本文研究了热量计量的科学方法，采用最新的元件和较为先进的电子技术，从软件和硬件不同方面系统的采取多种技术手段，精心设计，极大地降低了仪表的功耗，提高了仪表的测量精度，使仪表具有较高的可靠性，科学的计算用热量，为用暖用户与供热公司之间提供了准确的收费依据；具备预付费功能，从根本上解决供热公司供热收费难的问题。
同时针对市场上的众多预付费热量表的数据安全性不够理想的情况，从IC 卡密码安全、卡上数据加密、数据校验等几个方面进行深入工作，提出了一个新的“一卡一密、数据加密、双向鉴别”的综合数据安全方案，该方案简单实用、安全可靠，能有效防止系统数据遭受攻击，为IC卡预付费仪表提供了一个新的思路。
关键词：IC卡;热量表;低功耗;数据安全性;加密;鉴别;ABSTRACTIn economy-developed countries,residential heat meters have gained quit wide application.Heat meter,as the metering basis for collecting fees between heat supply companies and heat users,not only has been widely accepted by users,but also has performed a distinct function in economizing energy.As far as our reforming and opening country is concerned,according to international convention,heat-supplying charging by meter is imperative.Metering by heat meters is only a method,while realizing reasonable charging is our purpose.Fu-rthermore,the use of prepayment heat meters is the certain trend for heat system reform.Despite many kinds of heat meters available in current market,thereare different problems,more or less,in them.After making researches on the scientific methods of heat metering,we first usethe latest components and the comparatively advanced electronic technology,and then synthetically use many technique methods from different aspects of software and hardware,and finally make an elaborate design,which extremely reduces the efficiency cost of the meter,promotes the measuring precision of the meter,and makes it have more reliability.On the other hand,the scientific nature of metering the heat used provides an accurate basis for collecting fees between heating users and heat supply companies;possessing the prepayment function essentially solves the difficult problem that heat supply companies collect heating fees.In the meanwhile,in view of the situation that the majority of the heat meters on the market haven’t solved the data security problem perfectly,we make a deep investigation from the password security of the IC card,encrypting and checking the data on the IC card,and several other topics.We then provide a novel comprehensive data security design scheme that characterized by“one password per card,data encrypting,and two-way recognizin g”.This scheme,simple and practical,safe and reliable,is able to effectively avoid the attacks on system data,and provide a new idea for the IC card prepayment meters.Key words:IC card heat meter;low efficiency costdata securities ; encrypting ;recognizing.目录第一章绪言••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 1.1课题背景、内容和意义•11.2本论文的主要研究工作和创新之处•11.3本文结构••1第二章IC卡热量表总体结构••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3 2.1原理••32.1.1热量计算原理•••32.1.2 IC卡热量表工作原理•••32.2 IC卡热量表总体结构•42.2.1流量传感器•••42.2.2温度传感器•••52.2.3电动阀•••52.2.4 CPU及其他元器件•••62.2.5 IC卡•••62.2.6供电方式…•••6第三章硬件部分•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 3.1 CPU•83.1.1低功耗的实现：快速起动和省电模式••103.1.2强大的处理能力•••133.1.3片内12 bit ADC•143.1.4 Flash存储器••153.1.5输入输出端口及中断••173.2温度测量电路•183.2.1温度测量电路原理••193.2.2线性校正•• (19)3.3流量传感器• (20)3.3.1技术参数••213.3.2工作原理••213.3.3防窃热功能••213.4 LCD液晶显示•223.5供电系统和节电方式• (22)3.5.1采用LI/SOCL2高能电池供电••23 3.5.2运放电路的电源控制•• (24)3.6电动阀驱动•253.7 IC卡及接口电路•263.7.1 SLE4442卡••263.7.2 IC卡接口电路••27第四章软件部分••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29 4.1系统概述•304.2睡眠及唤醒•314.3 A/D转换子程序• (33)4.4 FLASH信息存储器的改写•354.5 LCD液晶显示子程序•384.6按键处理子程序•41第五章结束语••••••••••••••••••••••••••••••••••••••43 参考文献••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44致谢••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45第一章绪言1.1课题背景、内容和意义在经济发达国家，户用热量表的应用已经相当广泛。
热量表设计方案
热量表设计方案1 引言把热表计量技术中的关键要素——温度和流量引入到热计量技术中；利用热介质的温差及供热系统中流量相对稳定的概念，将每个计算单元的温差及流量作为热能计量的依据，实现热量计量。
2 核心技术介绍 2.1热量计算原理在供热用户中安装热量表，当热水流经供热用户时，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，以及热水流经的时间，可计算并显示供热用户所吸收的热量。
其基本公式为：11r r mvr r Q qhdt qhdt ρ=∆=∆⎰⎰ （1）式中：Q —供热用户所吸收的热量，J 或W .hm q —流经热量表的水的质量流量，kg/h v q —流经热量表的水的体积流量，m 3/hρ—流经热量表的水的密度，kg/m 3Δh —供热用户的入口和出口温度下的焓值差，J/kg τ—时间，h2.2 红外无线通信技术红外线是指波长在750nm~1mm 之间的电磁波，它的频率介于微波和可见光之间，是一种人眼看不到的光线。
红外通信利用波长在850nm~900nm 之间的近红外线作为信息的载体来进行通信，将二进制数调制成脉冲序列并以此驱动红外线发射管向外发射红外光；而接收端则先将接收到的光脉冲信号转换为电信号，再进行放大、滤波、解调处理后还原为二进制信号。
2.3超声波流速测量原理图1 超声波测量流量原理超声波流量测量是应用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法，如图1 所示。
3 总体设计方案及说明本方案以MPS430为主控芯片、结合超声波测量技术利用高精度时间测量芯片TDC-GP2测量暖气管道进水流速、进回水温度，以此作为热量计算的依据。
3.1系统原理框图通过一对超声波换能器测量供暖管道的水流速度，进而通过流速计算流量，实现流量的测量；通过温度传感器PT1000测量供暖管道进水温度和回水温度，计算其温度差，由流量和进回水温度差计算出用户所用的热量，作为计费的依据。
热量表施工方案
热量表施工方案1. 引言热量表是用于测量供热系统中传递热能的仪器。
在供热系统中，热量表的准确性对于能源计量和费用结算非常重要。
因此，一个可靠和准确的热量表施工方案至关重要。
本文将介绍一种热量表施工方案，以确保测量结果的准确性和可靠性。
2. 施工前准备在开始施工前，需要进行以下准备工作：•确定安装位置：热量表的安装位置应选择在供热系统中合适的位置，以便能准确地测量热量传递。
通常，热量表应安装在供热系统的回水管道上。
•清洁管道：在安装热量表之前，应确保供热系统的管道清洁，以避免热量表被污垢影响测量结果。
可以采用冲洗管道或使用适当的清洁剂来清洁管道。
•准备相关工具和材料：施工过程中需要一些工具和材料，例如螺丝刀、扳手、密封胶等。
在开始施工前，确保所有所需工具和材料已准备齐全。
3. 施工步骤以下是热量表施工的基本步骤：1.选择合适的热量表: 根据供热系统的需要和规格，选择一个合适的热量表。
确保热量表符合测量精度和可靠性的要求。
2.安装传感器: 在选择好的位置上安装热量表的传感器。
传感器应紧密贴合管道表面以确保准确测量。
使用合适的工具和材料固定传感器，确保其稳固和密封。
3.连接其他部件: 连接热量表的其他部件，如显示屏、阀门等。
确保所有连接紧固并无泄漏。
4.接通电源: 连接热量表的电源线，并确保热量表正常工作。
根据热量表的使用说明书设置和调试电源。
5.测试和校准: 完成热量表的安装后，进行测试和校准。
通过向供热系统输入一定的热量，检查热量表的测量结果是否准确。
根据测试结果进行必要的校准。
6.记录和报告: 记录热量表的安装和校准过程，并生成报告。
报告应包括热量表的安装位置、测量精度、校准结果等信息，以备日后参考和审查。
4. 施工注意事项在热量表施工过程中，需要注意以下事项：•热量表的安装位置应避免长期暴露在阳光直射或高温环境中，以免影响热量测量的准确性。
•确保热量表的传感器与管道表面的贴合度良好，以便准确测量热量传递。
某小区热量表改造工程方案
Xxxxxx小区供热改造方案Xxxxxxxxxxxx有限公司2013年7月目录第一章勘察报告 (3)第二章楼栋热计量改造及远传功能的实现方案 (5)2.1楼栋热计量平衡压力改造方案 (5)2.1.1系统的目标 (5)2.1.2楼栋采暖入口系统架构 (5)2.1.3自力式流量控制阀工作原理 (7)2.1.4自力式平衡阀在供热系统内部调节方式下的应用 (9)2.1.5自力式平衡阀在供热系统中应用的总结 (10)2.1.6在供热系统中使用自力式平衡阀的好处 (11)2.2楼栋热量表远传抄表系统设计方案 (11)2.2.1热量表远传抄表系统的目标 (11)2.2.2系统设计的依据和原则 (12)2.2.3系统架构 (13)2.2.4方案设计 (16)2.2.3施工方案 (17)第三章 2#、3#、4#、5#楼单管串联供热系统改造方案 (20)3.1 方案设计目标 (20)3.2 系统架构说明 (20)3.3 系统配置表 (22)3.4 温度法计量装置分摊原理 (23)3.5 计算软件界面 (25)3.6网络传输构架（数据采集系统构架） (25)3.7 装置使用条件 (26)第一章勘察报告根据xxxx小区的领导和物业提供的信息，我公司组织技术骨干对xxxx 小区的供热系统进行全方位的考察，得到如下结论：问题：1、xxxx小区原供热系统，用户室内温度相对不等，部分用户室温过高（或过低），热流量不可调节，造成了热能资源的浪费和用户采暖的同价不同质问题。
2、xxxx小区管网为非一次性设计完成，经过多次改造，系统混乱，每年供暖前未进行水力平衡调节，楼栋管道虽部分安装压差阀，但压差控制失灵，不能控制压力，造成不同层用户、同层不同户的热流量存在差异、冷热不均。
3、原有压差阀压差设定后不可调控，无法根据需要对热量进行调控。
4、大部分用户供暖采用铸铁散热片，随着时间积累管道老化，供热水中会产生较多铁锈等杂质，影响热计量精度，应设置过滤装置。
毕业论文(设计)：热量表的设计与实现(软件部分)[管理资料]
![毕业论文(设计)：热量表的设计与实现(软件部分)[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/8caaf53b28ea81c759f57819.png)
随着市场经济的发展和个人需求的提高，对取暖的质量要求越来越高，越来越多样化，有人宁愿多花一些钱来享受一个暖冬，有人根据自己经济条件喜欢经济一点，过得去就行。不论是哪种需求，都有一个共同点，就是希望取暖就像商品一样，花多少钱享受多少热量，明码实价，钱花得其所。而现在所有的供暖方式，只要是同一个供暖单位供热，都只能是一样，根本无法满足用户自己调节的要求。
13国内外发展概况热计量技术起源于欧洲早在20世纪20年代欧洲就开始进行按户计量采暖费用尤其是经历了70年代初期的能源危机后如何在保持经济发展的同时节省有限的能源成了各国的研究课题相应的热表经历了从机械式电子模拟积分式电子数字积分式直到微处理器为基础的智能式的发展过程
南 昌 工 程 学 院
毕 业 设 计 (论 文)
热量表的设计与实现(软件部分)
Thedesignand implementation of heat meters (software part)
总计 毕业设计（论文）32页
表 格3个
插 图12幅
摘要
我国北方冬季要供暖，为了节约能源，大多数地区已通过热网集中供热。但是热能作为一种商品来出售，当然要收费了。可是目前因为居民家里还没安装热量表，只好按建筑面积收费。但是按建筑面积收供热费显然是不合理的，应该按照用户实际用的热能来计算。热量表，是计算热量的仪表。热量表的工作原理：将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上，流量计安装在流体入口或回流管上。流量计发出与流量成正比的脉冲信号，一对温度传感器给出表示温度高低的模拟信号，而积算仪采集来自流量和温度传感器的信号，利用积算公式算出热交换系统获得的热量。一个完整的热量表由三个部分组成:流量传感器，用以测量流经热交换系统的热水流量；温度传感器，分别测量供暖进水和同水温度；计算显示器，根据与其相连的流量传感器和温度传感器提供的流量和温度数据，通过热量公式计算出用户从热交换系统获得的热量。本文主要用到51系列的单片机，流量传感器采用超声波流量计，温度采集使用如今市面上使用普遍的DS18B20，便携式的多点键盘。
超声波热量表的设计及实现
第３１卷第８期２００９－０８【１１１】超声波热量表的设计及实现Designation and implementation of ultrasonic heat meter李国洪１，宋兴风２，刘丽娜１ＬＩ Ｇｕｏ－ｈｏｎｇ１， ＳＯＮＧ Ｘｉｎｇ－ｆｅｎｇ２， ＬＩＵ Ｌｉ－ｎａ１（１． 天津理工大学 天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津 ３００１９１；２． 天津市大港仪表有限公司，天津 ３００２８３）摘 要：热量表是供热体系中的关键仪表。
本文在介绍超声波时差法流量及热量测量原理的基础上，采用低功耗的高性能单片机和高性能的信号处理专用芯片，解决了高精度超声波传输时间测量及流体温度测量问题，开发了超声波热量表。
实验结果表明，该系统具有较高的测量精度、对管径的适应性强、非接触流体、不会改变流体的流动状态、不产生附加阻力、易于数字化管理等优点，是理想的节能型热量表。
关键词：超声波；时差法；数字化中图分类号：ＴＰ３９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－０１３４（２００９）０８－０１１１－０３０ 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、回水烩值有关。
热能值的物理学含义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烩的差值的乘积，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，然后通过查水的烩值和密度表来计算热能值，或测定温度用以替代热烩差。
本文详细介绍了超声波流量检测技术的基本原理和实现方法，在借鉴和吸收国内外先进的超声波检测技术的基础上，进行系统软硬件设计，开发了超声波热量表。
１ 超声波热量表测量原理超声波热量表是在超声波流量计的基础上加上温度测量，由流体的流量和供、回水温差来计算出收稿日期：２００８－１２－０３作者简介：李国洪（１９６８－），男，副教授，博士，研究方向为计算机及网络系统控制。
超声波热量表方案
热量表方案介绍
分户计量。
在用户的供水(或回水)干管上安装户用热量表，对用户的用热情况进行计量，作为供热公司与用户结算的依据。
（1）热量表选型建议
（2）超声波热量表与同类产品比较的优越性
比较项目
超声波热
量表
说明
防堵性优
流量计表腔内无任何机械传动部件，
不易堵塞
压力损失小表腔内无阻流部件，可视为一段直管段，压力损失比同类规格的机械式热表低40%以上
抗干扰性强
通过高频声波检测流量，且无任何磁
性材料，具有很强的抗干扰性能
测量精度高
速差法静态流量计，测量精度高，稳
定性强
噪声小无活动部件，工作时无机械摩擦声使用寿命长
无机械磨损，电池可连续工作10年
以上
总体使用低前期一次采购成本比机械式热表稍
成本高，但后期使用过程中基本免维护，
故障率低，管理费用低，生命周期成
本极低
超声波热量表以上种种优点使其非常适合用于热计量，本方案采用超声波热量表作为计量用表。
（3）超声波热量表简介。
超声波热量表设计方案
图1 超声波热量表原理框图2 GP21温度流量测量TDC-GP21提供了对于TDC-GP2的管脚完全兼容的功能，以及一些提升的特性和额外扩展的功能。
如图2所示，其内部集成了时钟电路、温度测量单元、脉冲发生器、TDC测量电压和一个简单地运算单元ALU，以及模拟元器件比较器。
内部集成的模拟开关将会使外围电路的设计大大简化。
同时，测量的质量也会被提高，测量的功耗将会被降低。
为了测量进水口和出水口之间流体的温度差异，TDC-GP21应用了其内部集成的PICOSTRAIN测量方式，提供了高精度和低功耗的温度测量方案。
由于温度传感器的电阻值与温度有存在一定的关系，芯片将会通过直接测量温度传感器RTD的电阻变化量而得到对应的温度值，该过程是通过内部非常精确的时间测量完成先会先按照配置进行多次热身测量PT4< PT3< PT2 <PT1 端口实际实际温度快速测量完成4次实际温度快速测量结束之后被置位。
TDC-GP21也可以按相反测量顺序进行温度测量，而热身测量也会从PT4被存储在GP21的结果寄存器传感器电阻相对于温度稳定时电阻的变化将会由放电的时间比率体现。
放电时间的计算公式为(**0.25/cct R C ln V=*RTDRTDRefTR RT= (2)根据RRTD的值，通过相应的公式计算或通过查询图2 TDC-GP21方框原理图图3 GP21温度测量的典型充放电曲线图4 超声波流量测量原理图对应传感器的温度表格，就可以获得传感器目前测量到的温度信息。
PT1000是一种铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，属于正电阻系数热敏电阻。
其命名含义为：PT后的1000表示它在0 ℃时它的阻值为1000 Ω，在20 ℃时它的阻值约为1097.347 Ω，在300 ℃时它的阻值约为2120.515 Ω。
它的工作原理：当PT1000在0摄氏度的时候他的阻值为1000 Ω。
它的阻值会随着温度上升而呈匀速增长，是线性关系。
这是我见过最全面的热量表及其设计选型与安装
这是我见过最全面的热量表及其设计选型与安装素材来源：暖通南社如有侵权，请联系删除热能（量）表：用于测量及显示水流经过热交换系统所释放或吸收能量的仪表。
热量表的计量原理：当水流经系统时，根据流量传感器给出的流量、配对温度传感器给出的供回水温度，以及水流经的时间，通过计算器（积分仪）计算并显示该系统所释放或吸收的热量。
热量表的国家标准：《CJ128-2007 热量表》，是由中华人民共和国建设部于2007年发布的热量表行业标准。
—参照EN1434 -2007 热能表《JJG225-2001 热能表计量检定规程》是国家质监总局发布的现行有效热能表检定规程。
—参照OIML R75-2001 热能表（草案）热量表的分类热能表按其使用用途分类为户用表、楼栋表、热源表。
户用热能表：用于计量每一住户的实际用热量。
安装在本住户的采暖管道的入口(或者出口) ——户用热量表法；楼栋热能表用于计量整个楼栋的实际用热量。
安装在本楼栋供热管道的入口(即与二次网,热交换器或供给整个楼栋的锅炉的连接处) ——热量表分摊法、通断时间面积法、热分配表法、流温法；热源热能表用于计量供暖系统(即供热锅炉或热交换站的总管或分区总管)提供给热用户的热量。
热量表按其精度等级分类：一级表、二级表、三级表。
热量表按其按计量模式分类：热表、冷表、冷热表。
热量表按其口径分类：大表、小表。
根据热量表的结构形式，可以分为：整体式热量表：由流量传感器、计算器（积分仪）和配对温度传感器等部件所组成的不可分解的整体热量表。
组合式热量表（分体式）：由流量传感器、计算器（积分仪）和配对温度传感器等部件所组合而成的热量表。
流量传感器流量传感器定义：安装在热交换系统中，用于采集水流量并发出流量信号的部件（CJ128-2007）。
根据计量原理，热量表的流量传感器可以分为机械式、超声波式和电磁式三种。
楼栋热计量的热量表宜选用超声波或电磁式热量表（JGJ173-2009）。
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。
节水型数字热表的设计
节水型数字式热表的单片机设计一、课题简介城市供暖是根底设施,居民正常过冬的供暖问题关乎百姓生活。
按供热面积收费,不利于节能,易造成资源的浪费;安装热量表及调节设备,并实施按表计量收费的工作己经成为当前供暖行业的关注热点。
热量表是用于对集中供热系统中的热量分户进展计量的仪表,主要由进水和回水温度传感器、积分器、流量计等局部构成。
该表安装在用户的进水和出水管上。
热量表根据测量到的热水进出温度差、水流量以及供热时间,计算出采暖设备散发的热量值,并将其显示出来。
随着集中采暖按热量计费的相应技术的开展,整个采暖热量计费装置向小型化、计算机化开展。
本文所设计的热量表,不但实现了根本的热量计量,同时,还利用出水和进水的流量监控(假设流量不平衡,单片机系统将发出报警信号) ,通过电磁阀对热水流量以及对用户违章用热水或用户房间漏水等进展控制。
具体的总体原理图如下：图1、热量表原理图二、方案论证方案一：方案一框图如下，集入口和出口的温度采集和流量采集〔相当于四个采集模块〕于一个单片机，其中还连接了电磁阀驱动模块，LCD显示模块，电路模块以及报警局部。
图2、方案一原理框图方案一的优点在于集所有功能于一片单片机，硬件较简单易于理解，本钱也较低，但这样设计的缺点在于单片机中断资源非常拮据并且I/O资源几乎全总被占用，给编程带来很大难度，并且还涉及到一个中断不够用的问题，虽然可以通过其他方法解决，但是显然增加了其复杂度，这是其缺点。
方案二：方案二框图如下。
图3、方案二原理框图方案二与方案一的区别在于把入口的温度和流量采集模块和出口的这两个模块分开，减轻了单个硬件的负担，中断不够用的问题也得以解决，但是必须得参加上位机作为主机，其他两个从机专门负责从温度以及流量采集模块采集数据，再把数据通过多机通信传输给主机，让主机处理，并根据处理结果来控制LCD 的显示和电磁阀的关闭以及报警器，这样设计的缺点是利用的硬件较多，本钱较高，但给编程减轻了负担，出于可实现性考虑本文选择方案二。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热量表设计方案
1 引言
把热表计量技术中的关键要素——温度和流量引入到热计量技术中；利用热介质的温差及供热系统中流量相对稳定的概念，将每个计算单元的温差及流量作为热能计量的依据，实现热量计量。
2 核心技术介绍 2.1热量计算原理
在供热用户中安装热量表，当热水流经供热用户时，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，以及热水流经的时间，可计算并显示供热用户所吸收的热量。
其基本公式为：
1
1
r r m
v
r r Q q
hdt q
hdt ρ=
∆=
∆⎰⎰ （1）
式中：Q —供热用户所吸收的热量，J 或W .h
m q —流经热量表的水的质量流量，kg/h v q —流经热量表的水的体积流量，m 3
/h
ρ—流经热量表的水的密度，kg/m 3
Δh —供热用户的入口和出口温度下的焓值差，J/kg τ—时间，h
2.2 红外无线通信技术
红外线是指波长在750nm~1mm 之间的电磁波，它的频率介于微波和可见光之间，是一种人眼看不到的光线。
红外通信利用波长在850nm~900nm 之间的近红外线作为信息的载体来进行通信，将二进制数调制成脉冲序列并以此驱动红外线发射管向外发射红外光；而接收端则先将接收到的光脉冲信号转换为电信号，再进行放大、滤波、解调处理后还原为二进制信号。
2.3超声波流速测量原理
图1 超声波测量流量原理
超声波流量测量是应用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法，如图1 所示。
3 总体设计方案及说明
本方案以MPS430为主控芯片、结合超声波测量技术利用高精度时间测量芯片TDC-GP2测量暖气管道进水流速、进回水温度，以此作为热量计算的依据。
3.1系统原理框图
通过一对超声波换能器测量供暖管道的水流速度，进而通过流速计算流量，实现流量的测量；通过温度传感器PT1000测量供暖管道进水温度和回水温度，计算其温度差，由流量和进回水温度差计算出用户所用的热量，作为计费的依据。
其系统组成框图如图2所示。
图2 系统原理框图
3.2模块功能
超声波换能器
通过一对超声波换能器，相向交替收发超声波，通过测量超声波在顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速。
进水温度、回水温度
采用PT系列温度传感器PT1000测量进回水温度，PT1000具有很好的线性性质，测量精度高，电路实现简单。
红外通信接口（预留）
通过此接口实现热能表参数设定、数据抄录等功能。
RS485通信接口（预留）
通过上位机读取指定热量表的热能数据、热能表系统参数信息、读取并设定数据参数。
液晶显示模块
通过按钮按下时间长短显示相应菜单，向用户提供相应热能数据信息，方便用户查询，并当系统发生故障时，显示报警信息。
按键接口
通过此按键按下时间长短显示相应菜单，实现与用户交互，方便用户查询。
注：预留功能接口其与外界通信数据格式与贵公司协商，由贵公司提供。
3.3 功能设计：
①显示功能：用户可以在显示屏查看累计用热、进出水温度值、进出水温差、流量以及其他提示性符号；
②记忆功能：热量表中信息自行记忆，保持时间大于10年；
③提示功能：当电源电压不足或误操作时热量表会报警提示；
④通讯功能：热量表能与上位机等进行数据信息的传递；
3.4 显示功能设计
长按按钮3秒钟后，显示菜单将在MENU A1-MENU A2-MENU A3 之间切换，短按按钮时将在同一菜单下滚动显示内容。
主菜单MENU A1：累计热量（KW h）、累计冷量（KW h）、瞬时功率（KW）、进回水温度（℃）、进回水温差（℃）、累计流量（m3）、瞬时流量（m3/h）、累计运行时间（h）、累计出错时间（h）等九项显示内容。
主菜单MENU A2：当前日期、出厂编号、显示测试。
主菜单MENU A3：前十八个月每月消耗的热量和流量数据，月份与数值之间自动交替显示。
故障报警菜单:电池电量不足时提示以及其它故障自动诊断功能。
3.5 拟采用主控芯片
系统温度采集、流量测定和信息处理方案采用TI MPS430+TDC-GP2实现。
3.5.1 TI MPS430
具有以下特性，满足本系统对微控制器低功耗等要求。
●超低功耗。
能够在1. 8~3. 6 V的电压下工作,具备活动模式(CPU和不同组合的外围模块被
激活)及5种基于CMOS技术设计的超低功耗工作模式(CPU停止工作,外围模块继续工作)。
●较强的运算功能。
采用的16位RISC具有丰富的寻址方式。
具有16位中断源,并可进行任
意嵌套。
●丰富的片上外设。
针对不同的应用目标具有不同的外围设备的芯片系列组成。
包括看门狗
定时器、16位定时器(TA、TB)、比较器、串口(0、1)、液晶显示驱动器、6个8位的I/O
端口及12位模数转换器(最高采样率达200 kHz)等。
丰富的片上外设使设计者可以很方便
地构建一个较为完整的系统。
另外,充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功
能,保证了一些复杂的时序控制任务的完成。
3.5.2 TDC-GP2
TDC－GP2 是德国ACAM 公司通用TDC系列的新一代产品,是全球领先的时间测量芯片，适用于时间、相位、频率和被动传感器件的测量，其测量具有高精度、短时间、超低功耗的优点。
TDC －GP2采用QFN32封装，更小的封装和合适的价格使其更适合于低成本的工业应用领域。
●高集成度专业级芯片，具备流量计/热量计所需的关键硬件资源。
并具有温度测量单元、脉
冲触发器、时钟校准等特殊功能单元，可最大程度地简化电路设计。
外加微控制器和超声
波发射接收器就可组成完整的超声波流量计/热量计。
●超低功耗设计，测量单元的功耗只有3~5μA，如果采用TI的MSP430，则整个超声波流量
计/热量计的功耗只有10~15μA。
●高精度时间间隔宽测量范围，单次测量精度可高达65ps,最大测量范围可达4ms，特别适合
低成本工业领域。
●高精度独立温度测量单元芯片内部设计有单独的温度测量单元，可测量冷、热水温度，
分辨率达0.002°C（相当于24位A/D）。
用此方法测量温度，功耗小于采用A/D转换器进
行测量时的1/50。
4 研究开发计划
据与贵公司友好协商，我方负责热能表电路设计、程序设计、电路部分运行调试，不负责相关电路板外壳及其附件设计。
具体研发时间安排如下表4.1所示。
表4.1 研发时间计划
注：以签订协议之日，本项目研发启动。
5 存在的问题及困难
1、RS485接口实现与上位机或计算机管理系统等数据交互，需贵公司提供具体的数据传输协议
即数据传输格式。
2、红外通信接口实现与手持设备等的数据传递交互，并给出其数据传输协议即数据传输格式，
由贵公司提供手持红外读取设备支持，设备产权归贵公司所有。
3、为调试工作顺利进行、保证工作进度，现需计量工作台（一套）及其相应配件由贵公司协
商提供，设备产权归贵公司所有。