基于S T M3 2 F 1 0 3的采暖炉热性能综合测量仪浅析

杨计廷，冯丽兵，邵立平

（1.河北省产品质量监督检验院，河北 石家庄 0 5 0 2 2 7；2.石家庄市自动化研究所新技术试验厂，河北 石家庄 0 5 0 0 3 1）

基于S T M3 2 F 1 0 3的采暖炉热性能综合测量仪浅析

杨计廷1，冯丽兵1，邵立平2

（1.河北省产品质量监督检验院，河北 石家庄 0 5 0 2 2 7；2.石家庄市自动化研究所新技术试验厂，河北 石家庄 0 5 0 0 3 1）

采暖炉热性能综合测量仪是主要用来检测水暖煤炉具(也称采暖炉)热性能的综合性一体化检测设备。该设备主要由数据控制处理和数据采集传输两部分组成。数据处理控制器和参数无线传输模块选用3 2位单片机S T M 3 2 F 1 0 3，无线通讯芯片S I 4 4 3 2，以成熟技术为基础，采用标准化、模块化设计方法。该装置功能齐全、操作简单、性能稳定、控制精度高、数据采集快速准确、安全性好，特别是采用了无线传输技术，可以进行远距离测量和监控。

采暖炉；触摸屏；控制器；无线传输模块

采暖炉热性能主要依据标准G B 1 6 1 5 4-2 0 0 5《民用水暖煤炉通用技术要求》进行检测，目前我国还没有一款便携、智能、可远程监控的一体化测量设备，因此我们开发研制成功的采暖炉热性能综合测试仪极大地弥补了这一空白。

1 仪器控制系统图

采暖炉热性能综合测试仪由数据控制处理和数据采集传输两部分组成，数据控制处理系统包括控制面板和数据处理控制器；数据采集传输包括参数无线传输模块和传感器，系统构成图如图1所示。

2 控制界面及功能

（1）控制面板界面可图形化显示试验系统并可绘制测试系统示意图，可对试验过程进行自动控制，参数设置：可以设置采暖监测，实时显示风速、温度、流量、压力、阀门状态等现场数据。支持监测数据和计算数据生成报表并存储，支持历史数据查询和打印具有用户管理，故障报警等功能，如图2所示。（2）控制面板选用昆仑通态的嵌入式一体化触摸屏，如图3所示，以MC G S嵌入版组态软件为开发平台，系统界面友好，操作方便。

图1 系统构成图

3 仪器组成及性能原理

3.1 数据处理控制器

（1）数据处理控制器能够通过无线收发芯片与参数无线传输模块通信，采集现场传感器的数据并将这些数据进行处理打包，再上传给控制面板；同时将控制面板的控制命令下置给参数无线传输模块，对试验过程进行控制。（2）MC U选用S T M3 2 F 1 0 3单片机，S T M3 2 F 1 0 3是意法半导体（S T）公司出品的的3 2位A RM微控制器。主要技术参数：内核为C o r t e x-M3；最高7 2 MHz工作频率；2.0～3.6 V供电和I/O引脚；多达8个定时器；9个通信接口（2个I 2 C接口，3个US A RT接口，2个S P I接口，1个C A N接口，1个US B 2.0全速接口）；2个1 2位模数转换器，1 u s转换时间（多达1 6个输入通道）。（3）无线通信芯片选用S i 4 4 3 2芯片，S i 4 4 3 2芯片是S i l i c o n L a b s公司推出集成度、低功耗、多频段的无线收发芯片。其工作电压为1.9～3.6 V，可工作在3 1 5/4 3 3/8 6 8/9 1 5 MHz四个频段；内部集成分集式天线、功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、6 4字节的发送和接收数据F I F O，以及可配置的G P I O等。S i 4 4 3 2的接收灵敏度达到-1 2 0 d B，可提供极佳的链路质量，在扩大传输范围的同时将功耗降至最低；最小滤波带宽达8 k Hz，具有极佳的频道选择性；在2 4 0～9 6 0 MHz频段内，不加功率放大器时的最大输出功率就可达+2 0 d B m，设计良好时收发距离最远可达2 k m。

3.2 无线传输模块

参数无线传输模块同样使用的是S T M3 2 F 1 0 3单片机和S i 4 4 3 2无线收发芯片，同时增加了铂电阻测温电路。铂电阻测温电路是通过电桥将铂电阻的阻值转化为电压信号，再通过放大电路将电压信号发大，最后通过单片机的模数转换器进行转换读取，得到温度数值。

3.3 传感器

传感器主要包括：环境温度，风速，炉体温度，进、出水温度，流量，进、出水口压力，电动阀门，电能测量计等。（1）温度传感器采用P t 1 0 0是铂热电阻。将传感器安装在进、出水管道上来测量进、出水温度。（2）磁吸式金属表面温度传感器是采用高强度磁性材料精密制作而成，能够非常方便的吸附在铁制品材料表面，测量物体表面的温度。安装在采暖炉水套表面测量水套温度。（3）风速传感器用来测量风速，以判断现场环境是否满足试验条件。（4）压力传感器用来测量液体或气体压力的装置。用来测量采暖炉进、出口压力，所选传感器均满足0.5级的精度要求。

3.4 通信协议

控制面板与数据处理控制器通过RS-4 8 5接口通信，使用标准的Mo d b u s协议。数据处理控制器与参数无线传输模块间的通信协议，是自主开发完成的加密协议，保证了数据传输的准确性和安全性。

图2 采暖炉系统示意图

图3 嵌入式一体化触摸屏

4 仪器主要功能

（1）能图形化显示试验过程，自动进行试验过程的智能化控制。（2）能在控制面板设置采暖炉厂家、型号、功率、编号、燃料品种规格等参数。支持在试验进行中随时改变燃料种类、热值、电能等消耗性变量，并关联检测结果变化。（3）具有相关参数储存、调整、数据处理功能，可储存不少于1 0 0 0个测量结果；对监测数据和计算数据进行报表显示并存储，支持历史数据查询,可使用关键字进行检索查看。（4）具有测量参数处理功能，绘制测试系统示意图，并在设置传感器的相应位置实时显示风速、温度、流量、压力、效率值等数据，形成动态变化曲线。（5）具有断电自动储存功能，确保参数不丢失；具有测量状态自锁功能；对用户进行分级管理，不同级别的用户规定不同的使用权限，保证系统安全。（6）故障报警，在监测时如发现有监测数据超出设定的报警条件时，立即进行报警。可查询故障记录，了解故障状态。（7）具有无线传输、传输数据加密，远程调控等功能。（8）该仪器还针对部分产品使用循环泵等电辅助设备，对耗电量是否加入效率计算进行了可选性设计，延展了该类产品效率计算的可能性。该测试仪器还能够兼容测量目前市场上的电采暖炉、燃油燃气采暖炉等同类产品的技术指标。

5 结语

目前，采暖炉热性能综合测量仪已研制成功并完成整体运行试验测试，功能齐全、操作简单、性能稳定、控制精度高、数据采集快速准确、安全性好，特别是采用了无线传输技术，可以进行远距离测量和监控，各项性能和技术指标均能满足设计要求，能满足标准要求，运行可靠。该设备的使用，将大大降低检测工作量，提高检验、检测工作效率和检验结果的准确性。可满足检验部门对采暖炉的热性能的检测工作需要，也可用于生产企业的新产品研发测试工作，还可满足政府监管部门快速监管需要。

T S 1 0 3.6+4

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 1（上）-0 0 7 3-0 2