分布式管理控制式計熱表

　　長(cháng)期以來(lái)，我國在熱水供暖上實(shí)行“小區式集體供暖”、按供熱面積結算，與用戶(hù)是否用熱無(wú)關(guān)。這種結算方式屬"包費制"，一方面嚴重影響了供熱方供熱積極性，另一方面由于部分用戶(hù)缺乏節能意識，造成了資源浪費。計熱表作為熱力公司向每一位用戶(hù)收費的依據和手段，不僅已廣泛被用戶(hù)所接受，而且由于用熱量與費用直接相關(guān)，加強了用戶(hù)的節能意識。

　　目前計熱表的種類(lèi)有很多，但多數都有著(zhù)操作復雜、價(jià)格高等缺點(diǎn)。本文為大家介紹一種利用凌陽(yáng)公司的SPCE061A單片機設計出的一款新型的計熱表。該計熱表不僅將用熱實(shí)現了分戶(hù)式管理，而且用戶(hù)可對自家的各個(gè)房間分別控制；強大的語(yǔ)音發(fā)聲功能彌補了人機交互界面單調乏味的缺陷；另外具有結構簡(jiǎn)單，易于操作，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　“節能意味著(zhù)節費”本計熱表將工作時(shí)間標準分為：上、下班時(shí)間、出差時(shí)間、假日時(shí)間以滿(mǎn)足不同情況的需求；計熱表實(shí)現“一控五”即一個(gè)計熱表控制五個(gè)房間；每個(gè)房間的溫度、控熱時(shí)間可分別設置；八位LCD可顯示熱量值、流量值、供水溫度、回水溫度、剩余費用、累計工作時(shí)間等相關(guān)數據資料；語(yǔ)音播報各個(gè)房間的溫度、設置時(shí)間等；串行通訊實(shí)現集中抄表，方便管理。

1、 系統組成

　　如圖1.1中所示，我們可以發(fā)現本計熱表由計量、控制、顯示、低電壓保護等幾個(gè)部分組成。那么我們就針對不同的功能模塊的實(shí)現作以詳細的描述。

　　1.1 計量部分

　　總的來(lái)說(shuō)計熱表的計量包括熱量、費用計算兩個(gè)部分。具體的計算公式如下：

    Q=V*(ρ入*h入—ρ出*h出)    (1)

    其中：V為體積，ρ為水密度，h為焓值，Q為熱量

    M=k*Q        (2)

    其中：k為熱量的單價(jià)，Q為熱量，M為費用

    水密度、焓值在已知溫度的情況下可通過(guò)查表獲得，那么計量實(shí)際上是檢測：進(jìn)、出水溫度，流量等。在實(shí)際設計中，每隔20s進(jìn)行一次費用、熱量計算。SPCE061A可支持7路A/D轉換，A/D轉換的速率最大可達到96k/s，轉換的結果為10位數據。在此設計中由于對進(jìn)、出水溫度精度要求較高，所以選用2個(gè)PT100。流量的檢測可轉化為計量流速計發(fā)送的脈沖數，（100個(gè)脈沖為0.001立方米）在本設計中，SPCE061A通過(guò)外部中斷EXT2來(lái)檢測流量，流速計每發(fā)送一個(gè)脈沖便產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖作為外部中斷信號，通過(guò)計算進(jìn)入中斷的次數進(jìn)而計算出流量。SPCE061A內部的兩個(gè)定時(shí)器有較寬的頻率選擇范圍，另外芯片內部的時(shí)基發(fā)生器可提供更加豐富的定時(shí)/計數頻率。在設計中我們采用2Hz的定時(shí)頻率制作萬(wàn)年歷，20s的定時(shí)可以通過(guò)讀取萬(wàn)年歷的時(shí)間值獲得。每隔20s系統將IC卡中的費用值刷新一次。

    1.2 控制部分：

    此計熱表控制部分包括：各時(shí)間標準的設置、各個(gè)房間溫度的設置、各個(gè)房間閥門(mén)的開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音輸出等。這些控制操作基本是通過(guò)遙控器來(lái)實(shí)現。SPCE061A對遙控信號的接收是以EXT1引入，每接收完一組數據后便進(jìn)行相應的判斷、操作。設置時(shí)間標準指設置上下班時(shí)間，出差時(shí)間，假日時(shí)間。設置完畢后，系統會(huì )按所設標準運行：在上班期間房間溫度保持在所設低溫，下班后房間溫度保持在所設高溫；出差期間房間溫度保持在所設低溫；假日時(shí)間房間溫度保持在所設高溫。同樣可設置各個(gè)房間溫度，值得注意的是房間溫度的底線(xiàn)必須大于4℃——防止管道結冰。SPCE061A內置雙通道發(fā)聲器，每個(gè)DAC通道的輸出能力為3mA。D/A轉換的模擬量電流信號分別通過(guò)AUD1，AUD2管腳輸出。本設計中將其用于播報各個(gè)房間的溫度、所設的日期時(shí)間以及錯誤提示。

    1.3 顯示、按鍵操作：

    此計熱表上設有一個(gè)手動(dòng)按鍵，通過(guò)按鍵可查詢(xún)：累計熱量值J、熱量、流量、累計流量、供水溫度、回水溫度、累計工作時(shí)間、剩余費用等。在按鍵的同時(shí)LCD會(huì )有相關(guān)的數值顯示，用戶(hù)可從此讀出相關(guān)的信息。SPCE061A與LCD之間的通訊通過(guò)IO口來(lái)實(shí)現。

    1.4 低電壓保護、低功耗：

　　SPCE061A內置低電壓檢測模塊，當系統電壓低于正常工作電壓底線(xiàn)時(shí)，為了防止系統程序運行混亂，系統自動(dòng)復位。在系統復位前可將重要的數據信息保存到SPCE061A的FLASH中。系統再次上電運行時(shí)將保存的數據讀出繼續參加運算。SPCE061A的內核采用CMOS制造工藝同時(shí)具有弱振、空閑等方式，極大的降低了功耗。此外SPCE061A通常會(huì )有工作和睡眠兩種狀態(tài)，在睡眠期間CPU停止運行，此間系統的功耗約為2uA。當然睡眠可以通過(guò)按鍵、中斷等喚醒。

2、 硬件設計

　　硬件結構原理圖如2.1所示：主體部分采用SPCE061A，該芯片屬于16位機，芯片的設計體現了SOC概念，內嵌32K的FLASH的存儲空間，雙16位的計數器、定時(shí)器，14個(gè)中斷源，A/D、D/A轉換單元，32位可編程的多功能IO口，LVD/LVR等部分。SPCE061A在2.6v~3.6v的工作電壓范圍內的工作速率范圍為0.32MHz~49.152MHz，較高的工作速率使其應用領(lǐng)域極其寬廣。

　　系統用到7路溫度檢測，這7路模擬信號是通過(guò)IOA0~IOA6輸入到SPCE061A，通過(guò)SPCE061A自身的A/D轉換單元將其轉換為數字信號。其中2路用于計量，5路用于室溫檢測。根據不同的精度要求要求分別采用PT100，熱敏電阻。

　　LCD采用8位8段微功耗的液晶顯示模塊LCM0826B，它的顯示狀態(tài)功耗為4uA,省電模式下為1uA。SPCE061A通過(guò)IOA8~IOA10三個(gè)端口和LCD連接，其中IOA8用于片選，IOA9、IOA10分別為時(shí)鐘和數據接口。

　　IC卡采用AT24C01A，用于存儲相關(guān)數據。SPCE061A對IC卡的讀寫(xiě)是通過(guò)IOB0、IOB1兩個(gè)端口來(lái)實(shí)現。

　　SPCE061A通過(guò)外接兩個(gè)CC4097實(shí)現對五個(gè)房間的電磁閥的控制。IOA13~IOA15的不同組合用于選擇不同的電磁閥；IOA11和IOA12用于輸出高低電平對所選電磁閥進(jìn)行控制；IOB11和IOB12是所選的電磁閥的狀態(tài)輸入口。

3、 軟件設計

　　本系統的工作流程如下圖3.1：

　　首先進(jìn)行的是故障檢測，在此期間主要檢測IC卡上金額是否大于0元，進(jìn)水溫度的檢測，出水溫度的檢測，進(jìn)、出水溫度的比較，流量檢測等。如果出現：卡上無(wú)錢(qián)，檢測不到進(jìn)、出水溫度，或進(jìn)水溫度小于出水溫度，檢測不到流量等問(wèn)題系統都會(huì )有相關(guān)的錯誤信息提示。有錯，則關(guān)閉所有的閥門(mén)，不參加各種計量運算；無(wú)錯，按照選定的標準進(jìn)行閥門(mén)控制，接著(zhù)進(jìn)行相關(guān)的計量。

　　按鍵掃描主要針對表上的手動(dòng)按鍵，如有按鍵操作，存儲按鍵次數，在按鍵處理部分根據該次數進(jìn)行相關(guān)的顯示，其中次數為0顯示累計熱量，次數為1顯示熱量，次數為2顯示流量，次數為3顯示累計流量，次數為4顯示入水溫度，次數為5顯示出水溫度，次數為6顯示累計工作時(shí)間，次數為7電源欠壓提示，次數為8顯示剩余費用。30秒后無(wú)按鍵操作自動(dòng)恢復顯示累計熱量。

　　在遙控處理部分，用戶(hù)可以通過(guò)遙控器設置出差、假日、循環(huán)時(shí)間、各個(gè)房間的高低溫、即時(shí)控制各個(gè)房間的開(kāi)關(guān)等。