基于MSP413单片机的热量表检测系统的研制与开发

宁凡 郭志宏 郑骅

1 引言（Introduction）

随着经济的发展，人们的生活水平日益提高，热量表[1-4]由工业用途逐渐进入民用，用于有偿计费热量表的使用越来越为广泛，传统的计划划拨式供暖计费方式是依照建筑面积作为唯一计费依据，这种方式造成了能源的极大浪费，而且，传统的检测系统是手动操作，效率低、人工成本高，不利于商家提高利润。因此供暖行业急需一款能按照实际供暖量计费的热量表。基于这样的市场需求，我们研制了一款智能热量表检测系统，对热量表的功能指标进行检测，用以确定检测热量表的流量、进水温度、出水温度、瞬时流量、累计流量等参数是否准确。该系统的研制成功可以提高检测的精度和速度，另外还可以填补传统的热量表的不足。这种新型智能检测系统的推出，不但是技术水平的进步，同时也会大大提高热量表使用企业的生产力。

2 系统组成以及工作原理（The composition and

principle）

2.1 系统组成

该热量表检测系统以单片机[5-8]为控制单元，外围采用按键模块、参数检测模块、三极管驱动数码管显示模块等电路构成一个检测系统，用来检测热量表的流量、进水温度、出水温度、瞬时流量、累计流量等参数是否正确，以此作为计费的标准。除此之外，该系统还设置了光电隔离模块和串行通信模块，光电隔离模块用以隔离检测电源和热量表线路板的电源，提高检测系统的稳定性。串行通信模块用来进行人机对话，为用户提供良好的人机对话界面。系统的具体框图如图1所示。

图1 系统框图

Fig.1 System block diagram

2.2 工作原理

该检测系统对热量表的功能参数进行测试，用以确定热量表的流量、进水温度、出水温度、瞬时流量、累计流量等参数是否准确。检测系统工作时，首先进行参数的设置，利用按键模块进行参数的设置，根据设置的参数进行参数的检测，当显示模块显示的值为“0”时，表示系统清零，当显示的值为“1”“2”“3”时，由温度检测电路进行低温（40°）、中温（70°）、高温（140°）的检测。当温度检测结束时，重新设置参数值为“4”，由流量检测模块进行热量表水流量的检测。通过检测的热量表可以投入上使用，根据温度和流量进行计费。该检测过程可以循环进行，对批量生产的热量表进行循环检测。

3 主要硬件电路（Hardware design）

3.1 控制单元

控制单元采用TI公司的MSP413系列单片机。推出的MSP413系列单片机具有超低功耗和集成度高的特点。它内部集成了高性能模拟电路和16位精简指令集结构，16位寄存器和常数寄存器，达到最大的代码效率，具有很强的处理能力和运行速度。此外，片内集成了用于流量检测的功能模块SCAN IF，可以实现低功耗、精确、稳定以及实时的流量检测。因此，检测系统选用MSP430FW427作为MCU。

3.2 温度检测模块

参数设置模块主要由继电器电路和发光二极管电路组成，模拟温度的上、中、下三个温度值，并对热量表的温度值进行检测。单片机的三个引脚P30、P31、P32分别控制三极管Q8—Q10的基极，当单片机的P30、P31、P32的电平为高电平时，三极管导通，继电器中有电流流过时，继电器线圈中有电流流过，衔铁吸合，表示热量表具有正常的温度检测功能。检测时，用1k的电阻、1.2k和1.4k的电阻模拟热敏电阻进行温度的检测，如图2所示。

图2 温度检测电路

Fig.2 Temperature detecting circuit

3.3 参数设置模块

按键模块由三个按键构成，电路图如图3所示，按键的值分别由单片机的三个引脚P20、P21、P22读出，用来设置和检测参数。当三个按键全部按下时P20、P21、P22接收到的值为“111”，数码管的显示值为7，当数码管三个按键都不按时，P20、P21、P22接收到的值为“000”，数码管的显示值为“0”。进行温度检测时，按键的值见表1所示。

表1 按键值对应功能

Tab.1 Function corresponding to the key value

图3 参数设置电路

Fig.3 Parameter setting circuit

3.4 驱动显示模块

驱动模块主要由5个晶体三极管构成，主要完成对数码管的显示驱动功能。单片机的P60、P61、P62、P63、P64、P655个端口分别接至Q1—Q5的基级，当P60、P61、P62、P63、P64、P65的输出为高电平时，三极管导通，驱动点亮数码管，数码管可以正确显示由按键模块设置的参数值。

图4 驱动显示电路

Fig.4 Drive display circuit

4 软件说明（Software design）

软件部分主要由三个部分构成，分别是参数设置、温度检测、流量检测。参数设置用来进行不同功能的设置，如设置为“1”时进行较低温度的检测，设置为“2”时进行中等

温度的检测，设置为“3”时进行较高温度的检测，设置为4时进行流量参数的检测。设置为零时进行系统的清零。具体程序略。

5 结论（Conclusion）

基于MSP413系列单片机的热量表检测系统用了专用的MCU技术，具有低功耗、低成本、高性能的特点， 使得现有的热量表可以克服了传统热量表的技术缺陷， 具备良好的检测精度、稳定性及耐用性，符合热量表的行业标准，能够为我国实现按热量计费的供暖方式提供较好的技术基础。

参考文献（References）

[1] 胡豫杰，张志刚，常茹.浅议我国热计量方法的选用与发展方

向[J].天津城市建设学院学报，2001，7（4）：282-284.

[2] 哈靖蜻，等.小口径超声波热能表的研制[J].声学技术，2008

（10）：178-179.

[3] 国家质检总局.重点管理的计量器具目录（第二批）[S].北京：国

家质检总局，2007.

[4] 谭慧勇，孔祥平，朱江.有磁热量表和无磁热量表的对比分析

[EB/OL].2009.

[5] 马彪，孙艳霞.低功耗热量表设计[J].科技资讯，2008（23）：38-39.

[6] 胡大可.MSP430系列Flash 型超低功耗16 位单片机[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2001.

[7] 魏小龙.MSP430系列单片机接口电路及系统设计实例[M].北

京：北京航空航天大学出版社，2002.

[8] 马长虹.浅谈集中供热领域热能表的检测技术[J].应用能源技

术，2007（9）：46-47，50.

[9] 李国祥，等.热能表[S].北京：中国标准出版社，2000.

作者简介：

宁 凡（1976-），女，硕士，副教授.研究领域：电子信息技术.