以超低功耗微处理器MSP430为核心的热计量表设计

　　3热量积分仪

　　热量积分仪亦称热量积分计算器，可接收来自流量传感器和配对温度传感器的信号，并进行热量计算、存储、显示和远传的部件。

　　3.1热量积分仪的工作原理

　　本系统中的热量积分仪通过采集外部进水温度传感器的温度信号、回水温度传感器的温度信号以及管道流量传感器的流量信号，并通过对这些信号进行处理来计算热流体从入口到出口所释放或吸收的热量，其基本计算公式如下：

　　式中：Q为释放或吸收的热量，J或W.h；

　　qm为流经热量表的水的质量流量，kg／h；

　　qv为流经热量表的水的质量体积，m3／h；

　　ρ为流经热量表的水的密度，kg／m3；

　　△h为在热交换系统的入口和出口温度下水的焓差值J／kg；

　　τ为时间，h。

　　图3所示是本热量表的原理结构框图。

　　3.2超低功耗微处理器MSP430FXXX

　　系统中的主控芯片采用美国德洲仪器公司的16位超低功耗微处理器MSP430FXXX。该芯片内含比较器，采样分辨率可达0.01℃。而且片内自带LCD驱动模块，可驱动96段液晶进行显示。利用片内FLASH还可进行实时数据保存，也可以采用内部时钟系统进行计时。该芯片为电池供电型测量应用带来终极解决方案，它可使设计人员能同时连接模拟信号、传感器和数字器件。

　　超低功耗微处理器MSP430FXXX的主要特性如下：

　　低电源电压范围，1.8～3.6 V；
　　超低功耗，工作模式时为250μA／MIPS，待机模式时为0.8 μA，关闭模式(RAM保持)时为0.1μA；
　　具有五种功率节约模式；
　　6μs内可从待机模式唤醒；
　　具有16位RISC体系和125 ns指令周期；
　　带有多个捕获／比较寄存器的16位定时器；
　　集成有96段LCD驱动器；
　　带有串行通信接口(USART)，可通过软件选择异步UART或同步SPI；
　　基本定时器可支持实时时钟；
　　带有节电检测器；
　　带可编程电平检测的电源电压管理／监控；
　　内建可在线烧录(in-system programmable)闪存，可用于程序代码的变更、现场升级和资料记录；
　　型号系列化，选型范围广。

　　所有的MSP430器件均基于一个正交16位RISC CPU内核，其灵活性在于其具有16个可寻址单周期16位CPU寄存器、27条指令以及7种均采用双重取数据技术(DDFT)的一致性寻址方式。DDFY可在每个时钟脉冲内对存储器进行两次存取操作，而不再需要复杂的时钟乘法和指令流水线方案。除了能够降低功耗和减小CPU尺寸之外，当与现代程序设计技术(如计算分支)以及高级语言(如C语言)一道使用时，MSP430体系结构的微处理器尤为有效。表1所列是MSP430所使用的7种寻址方式。

　　3.3硬件电路

　　MSP430令共有51条指令。其中核心指令有27条，代码效率很高且速度快。应用MSP430设计的新型热量表的电气原理图如图4所示。

　　图4中，RT1和RT2分别为热交换系统入口和出口的温度传感器，L1、L2、L3分别为流量传感器中的感应器1～3，U1为模拟多路开关，U2为CPU芯片MSP430FXXX。温度传感器检测出热交换系统入口和出口的温度后，经过模拟多路开关后送给CPU的A／D转换端口，流量信号则送人CPU的P1.0端口，两路信号在CPU内经过软件解算后，将在CPU内的存储器中保存并从端口输出到LCD显示器T218010显示。

　　新型热量表远传通讯接口一般采用RS-485接口或M-BUS接口，以实现远程控制和集中抄表，这里不再赘述。

　　4结束语

　　该热量表采用整体式结构、单片机自动检测技术、微功耗设计和无磁非接触式流量检测技术，因而该表安装简单，无需调试。实际应用证明，利用该方法设计的热量表性能稳定可靠，使用效果良好。