以超低功耗微處理器MSP430為核心的熱計量表設計

　　3熱量積分儀

　　熱量積分儀亦稱熱量積分計算器，可接收來自流量傳感器和配對溫度傳感器的信號，并進行熱量計算、存儲、顯示和遠傳的部件。

　　3.1熱量積分儀的工作原理

　　本系統中的熱量積分儀通過采集外部進水溫度傳感器的溫度信號、回水溫度傳感器的溫度信號以及管道流量傳感器的流量信號，并通過對這些信號進行處理來計算熱流體從入口到出口所釋放或吸收的熱量，其基本計算公式如下：

　　式中：Q為釋放或吸收的熱量，J或W.h；
　　qm為流經熱量表的水的質量流量，kg／h；
　　qv為流經熱量表的水的質量體積，m3／h；
　　ρ為流經熱量表的水的密度，kg／m3；
　　△h為在熱交換系統的入口和出口溫度下水的焓差值J／kg；
　　τ為時間，h。

　　圖3所示是本熱量表的原理結構框圖。

　　3.2超低功耗微處理器MSP430FXXX

　　系統中的主控芯片采用美國德洲儀器公司的16位超低功耗微處理器MSP430FXXX。該芯片內含比較器，采樣分辨率可達0.01℃。而且片內自帶LCD驅動模塊，可驅動96段液晶進行顯示。利用片內FLASH還可進行實時數據保存，也可以采用內部時鐘系統進行計時。該芯片為電池供電型測量應用帶來終極解決方案，它可使設計人員能同時連接模擬信號、傳感器和數字器件。

　　超低功耗微處理器MSP430FXXX的主要特性如下：

　　◇低電源電壓范圍，1.8～3.6 V；
　　◇超低功耗，工作模式時為250μA／MIPS，待機模式時為0.8 μA，關閉模式(RAM保持)時為0.1μA；
　　◇具有五種功率節約模式；
　　◇6μs內可從待機模式喚醒；
　　◇具有16位RISC體系和125 ns指令周期；
　　◇帶有多個捕獲／比較寄存器的16位定時器；
　　◇集成有96段LCD驅動器；
　　◇帶有串行通信接口(USART)，可通過軟件選擇異步UART或同步SPI；
　　◇基本定時器可支持實時時鐘；
　　◇帶有節電檢測器；
　　◇帶可編程電平檢測的電源電壓管理／監控；
　　◇內建可在線燒錄(in-system programmable)閃存，可用于程序代碼的變更、現場升級和資料記錄；
　　◇型號系列化，選型范圍廣。

　　所有的MSP430器件均基于一個正交16位RISC CPU內核，其靈活性在于其具有16個可尋址單周期16位CPU寄存器、27條指令以及7種均采用雙重取數據技術(DDFT)的一致性尋址方式。DDFY可在每個時鐘脈沖內對存儲器進行兩次存取操作，而不再需要復雜的時鐘乘法和指令流水線方案。除了能夠降低功耗和減小CPU尺寸之外，當與現代程序設計技術(如計算分支)以及高級語言(如C語言)一道使用時，MSP430體系結構的微處理器尤為有效。表1所列是MSP430所使用的7種尋址方式。

　　3.3硬件電路

　　MSP430令共有51條指令。其中核心指令有27條，代碼效率很高且速度快。應用MSP430設計的新型熱量表的電氣原理圖如圖4所示。

　　圖4中，RT1和RT2分別為熱交換系統入口和出口的溫度傳感器，L1、L2、L3分別為流量傳感器中的感應器1～3，U1為模擬多路開關，U2為CPU芯片MSP430FXXX。溫度傳感器檢測出熱交換系統入口和出口的溫度后，經過模擬多路開關后送給CPU的A／D轉換端口，流量信號則送人CPU的P1.0端口，兩路信號在CPU內經過軟件解算后，將在CPU內的存儲器中保存并從端口輸出到LCD顯示器T218010顯示。

　　新型熱量表遠傳通訊接口一般采用RS-485接口或M-BUS接口，以實現遠程控制和集中抄表，這里不再贅述。

　　4結束語

　　該熱量表采用整體式結構、單片機自動檢測技術、微功耗設計和無磁非接觸式流量檢測技術，因而該表安裝簡單，無需調試。實際應用證明，利用該方法設計的熱量表性能穩定可靠，使用效果良好。