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分户供暖热量计量系统研究

作　者: 王洋
导　师: 李忠虎
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 分户供暖热量计量热量表 EFM32单片机低功耗
分类号: TU833.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着国家“十二五”计划对节能减排重视程度的提高，我国的分户热量计量改造工作将进入一个更快的发展轨道，同时对热量表的性能和质量要求也将进一步提高。供热计量的准确度不仅关系国家节能降耗这一重要课题，而且还直接关系到供热企业和热用户的切身利益。经过多年的发展，热量表已经成为技术相对比较成熟且种类繁多的一类产品，目前，应用最多的热量表是无磁热量表和超声波热量表，而最新发展起来的远程集抄系统也基本上采用这两种热量表。本课题对小区分户热量计量系统进行了研究，重点设计了低功耗无磁热量表和热量表与集中器之间的通信协议。分户热量计量系统主要包括主站（即供热中心）、GPRS无线传输网络和从站（即热量表）三部分，热量表和小区集中器之间采用仪表总线技术，使整个系统更为稳定。该热量表主要由LC流量传感器、配对PT1000温度传感器和积算仪三部分构成。热量表以EFM32TG840F32单片机为核心，选用EFM32TG840F32内置低功耗传感器接口LESENSE和LC传感器进行无磁流量测量，既避免了因热量表表体吸附管道中的铁屑而造成的叶轮堵塞，也避免了外界磁场对热量表的干扰；利用PT1000铂电阻温度传感器与单片机内置12位ADC设计了一种恒流源测温方法，该ADC支持差分输入。同时利用软件编程提高了流量和温度测量的精度，从而提高了热量表整机的精度。片上集成的LCD控制器可实现热表液晶显示屏的驱动，用于人机交互。单片机内模拟EEPROM负责单片机掉电后的重要数据恢复功能。EFM32的2路UART可扩展为红外通信接口及M-BUS/RS-485总线通信接口，支持红外抄表和M-Bus传输方式，可方便地进行实时监测和数据采集。EFM32的工作电压范围为1.8V-3.8V，能够在3.6V锂电池直接供电的情况下工作，并且能够兼容锂电池的浮动电压范围，使系统的可靠性和稳定性有了一定的提高，该热量表总体达到了降低功耗、节省能源的目的。实验研究达到了预期目标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
引言  10-11
1 绪论  11-18
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
    1.1.1 课题背景  11-12
    1.1.2 研究目的及意义  12
  1.2 国内外供热计量技术及设备的现状与发展趋势  12-16
  1.3 论文主要工作及内容安排  16-18
    1.3.1 论文主要研究工作  16
    1.3.2 内容安排  16-18
2 热量计算方法研究  18-25
  2.1 热量计算的基本原理  18-19
  2.2 热量计算方法的选取  19-23
  2.3 本章小结  23-25
3 总体方案设计  25-35
  3.1 热量表集中抄表系统设计  25-28
  3.2 低功耗无磁热量表总体方案设计  28-34
    3.2.1 热量表类型的确定  28-30
    3.2.2 单片机选型  30-32
    3.2.3 流量测量及流量传感器选型  32-33
    3.2.4 温度测量及温度传感器选型  33-34
  3.3 本章小结  34-35
4 低功耗无磁热量表硬件系统设计  35-53
  4.1 硬件系统总体结构  35-36
  4.2 流量检测及数据采集模块  36-43
    4.2.1 LC 振荡测量原理  36-37
    4.2.2 EFM32TG840F32 的流量扫描模块 LESENSE  37
    4.2.3 LC 检测电路  37-39
    4.2.4 信号处理  39-40
    4.2.5 流量检测模块硬件电路  40-41
    4.2.6 流量校正方法  41-43
  4.3 温度检测及数据采集模块  43-45
    4.3.1 恒流源测温原理  43-44
    4.3.2 温度检测硬件电路  44-45
    4.3.3 温度校正方法  45
  4.4 Mbus 远程抄表硬件电路  45-48
    4.4.1 TSS721A 芯片通讯原理  45-47
    4.4.2 TSS721A 硬件电路  47-48
  4.5 红外通信电路  48-50
  4.6 其它硬件电路  50-52
    4.6.1 液晶显示电路  50
    4.6.2 按键电路  50-51
    4.6.3 复位和蜂鸣器电路  51-52
  4.7 本章小结  52-53
5 低功耗无磁热量表软件系统设计  53-63
  5.1 软件系统总体结构  53-54
  5.2 流量测量程序  54-55
  5.3 温度测量程序  55-56
  5.4 按键处理程序  56
  5.5 热量计算程序  56-57
  5.6 远程抄表程序  57-59
  5.7 MBus 通信协议  59-62
    5.7.1 数据链路层简介  59-60
    5.7.2 读操作时帧格式  60-61
    5.7.3 写操作时帧格式  61-62
  5.8 本章小结  62-63
6 热量表测试结果及分析  63-71
  6.1 系统调试概述  63-68
    6.1.1 热量表检定方法的选择  63-64
    6.1.2 热量表精度等级的确定  64-65
    6.1.3 热量表检定装置简介  65-68
  6.2 系统参数测试和结果分析  68-70
    6.2.1 流量传感器的测试  68-69
    6.2.2 配对温度传感器的温度值和温差值测试  69-70
    6.2.3 热量表积算仪测试  70
  6.3 本章小结  70-71
总结  71-73
参考文献  73-77
附录 A 热量表硬件原理图  77-78
附录 B 部分程序  78-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

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