基于单片机和串行总线技术的热量表设计

　　监控电路

　　作为户用热量表，通常供电为电池，需要实时检测电池电压是否低于正常范围，不在正常范围，监控电路及时检测并给MCU发出信号，提示更换电池。与此同时，MCU立即保存有关数据。另外，对于磁干扰，监控电路及时检测给出指示。

　　微控制器

　　微控制器框图如图3。

图3 微控制器原理框图

　　微控制器以低功耗，电气连接最少，各功能模快之间相互干扰小的原则进行设计。众所周知，串行总线技术如I2C，从早期大量应用于视频、音像系统，现在已应用于测控领域。其规范的完整性，结构的独立性和用户使用的“傻瓜”化等显著特点，促使具有串行总线接口功能的MCU及其外围器件不断出现。用具有串行总线接口器件设计的电路，能够实现电气连接简单，低功耗，模块化。

　　为此，MCU选用Microchip 公司的PIC16F873，它具有I2C，SPI接口，2.7~5.5V的工作电压。片内FLASH、EEROM为程序和数据的保存提供方便，具有的休眠功能使其功耗更低。

　　A/D转换选用AD7705，它有两路差分输入，满足两路温度测量，差分输入经内部可编程放大及16位A/D转换器输出数字量。AD7705与单片机之间通过SPI串行总线进行控制字(放大倍数、转换通道、采样速率等设置)和数据(A/D转换结果)的传输。

　　时钟选用DS1337，为热量表提供工作时间数据，时钟与单片之间通过I2C串行总线进行时钟和日历数据的传输。按键设计为一键巡视，即单片机根据按键次数通过串行3总线在LCD显示各测量参数。无按键时LCD处于关闭状态。当有按键按下或有流量脉冲信号时唤醒休眠中的单片机，使其进行相应的工作，工作完成后自行进入休眠。这样可降低功耗。

　　软件设计

　　软件设计采用模块化设计，分为：主程序、中断服务程序和若干子程序。其流程示于图4。

图4 流程图

　　主程序完成单片机的初始化，以及通过串行总线完成A/D转换和时钟的初时化。完成这些工作后单片机进入休眠，等待中断。当有中断信号即刻进入中断服务程序，通过对中断信号的判断决定下一步执行何种处理。若为流量则进行热量的计算，首先检测进出口温度并对其进行线性化处理，根据温度查表或插值计算对应焓值，最后根据公式计算热交换系统所释放的热量，为一个流量脉冲所代表的质量，累计热量Q=SDQ。

　　若为按键，则根椐按键次数显示相应的参数。若为电池欠电压，则转向保存相关数据的处理程序，确保重要数据如累计热量、累计工作时间等不被丢失，并及时提示更换电池。若为磁干扰则作出相应的处理和给出指示。

　　结语

　　应用单片机技术和串行总线技术所设计的热量表，性能稳定功耗低，能够检测显示热载体流过热交换体的进出口温度,流体体积,并可显示释放的热量。热量表具有传感器故障和磁干扰监控功能。该热量表经计量部门检定准确度等级优于3级。可应用于居住环境供暖的计量。为供热合理收费提供依据。

参考文献:

[1].Microchip datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Microchip+_1097736.html.
[2].PIC16F873datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/PIC16F873_1.html.
[3].AD7705datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/AD7705_249855.html.
[4].DS1337datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/DS1337_1090248.html.