可调节流量的非接触式户用热量表

摘要

本发明涉及一种可调节流量的非接触式户用热量表，管道流量采集模块用于采集供热管道的载热液体流量，管道温度采集模块用于采集供热管道的载热液体温度，CPU主模块用于存储载热液体流量和载热液体温度并且计算出载热液体释放的热量，键盘和显示模块用于参数设置、电源和热量表状态指示、显示温度/流量和热量，电流输出模块用于输出不同大小的电流、控制电动调节阀的开度，射频传输模块用于将温度/流量和热量以非接触方式传输至智能控制中心，开关电源模块用于为热量表提供工作电源。本发明实现了非接触式无线数据传输，利用GPS技术实现数据的远程传输，完成对户用热量表相关数据采集、实时掌握和远程传输，同时可控制载热液体的流量。

说明书

技术领域

本发明属于供热计量技术领域，具体涉及一种可调节流量的非接触式户用热量表。

背景技术

在供热领域中，户用热量表是用来测量家庭用户的暖气供热量的产品，由流量传感器、微处理器和配对温度传感器组成。微处理器通过流量传感器得到流量信号，从测温电路得到进口和出口水温信号，根据标准热量计算公式计算出载热液体释放的热量。

现有的户用热量表，用户只能通过近距离观察热量表显示的数字来了解家庭供热情况，无法远程或实时掌握家庭供热情况，无法适应现代的智能家居生活的需要；另外，当室内温度过高或者过低时，用户无法实现对供热管道载热液体流量的调节。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用了射频无线传输技术和电流控制技术，实现家庭供热信息的非接触式采集和远程传输、以及对供热管道载热液体流量的调节。本发明所采用的技术方案如下：

一种可调节流量的非接触式户用热量表，包括：CPU主模块，所述的CPU主模块分别与开关电源模块、射频传输模块、键盘和显示模块、电流输出模块、管道流量采集模块、管道温度采集模块连接，电流输出模块与安装在供热管道上的电动调节阀连接。所述的管道流量采集模块用于采集供热管道的载热液体流量，管道温度采集模块用于采集供热管道的载热液体温度，CPU主模块用于存储载热液体流量和载热液体温度并且计算出载热液体释放的热量，键盘和显示模块用于参数设置、电源和热量表状态指示、显示温度/流量和热量，电流输出模块用于输出不同大小的电流、进而控制电动调节阀的开度对供热管道的载热液体流量进行自动的调节，射频传输模块用于将温度/流量和热量以非接触方式传输至智能控制中心，开关电源模块用于为热量表提供工作电源。所述的CPU主模块包括：数据接口、模拟接口、通讯接口、中断接口、串口数据接口。家庭中的智能控制中心是现有技术，比如：ZNPDX-Ⅲ智慧家居智能配电箱。

本发明的有益效果：

本发明采用无线射频传输技术和电流控制技术，解决了热量表与智能控制中心之间的非接触式无线数据传输，再通过智能控制中心利用GPS技术实现数据的远程传输，完成对户用热量表的相关数据采集、实时掌握和远程传输；同时，通过控制电流信号实现了对供热管道载热液体流量的调节。用户通过手机与智能控制中心通讯，就可以在户外远程了解家中温度的情况；还可以远程调节家中温度：家中无人时，可以减少供热的流量；回家时，就可以提前加大供热的流量以提高房间的温度，从而达到节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的可调节流量的非接触式户用热量表的结构示意图；

图2是本发明实施例的管道流量采集模块的电路结构示意图；

图3是本发明实施例的管道温度采集模块的电路结构示意图；

图4是本发明实施例的CPU主模块的电路结构示意图；

图5是本发明实施例的键盘和显示模块的电路结构示意图；

图6是本发明实施例的射频传输模块的电路结构示意图；

图7是本发明实施例的开关电源模块的电路结构示意图；

图8是本发明实施例的电流输出模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本发明实施例的可调节流量的非接触式户用热量表的结构示意图。一种可调节流量的非接触式户用热量表，包括：CPU主模块，所述的CPU主模块分别与开关电源模块、射频传输模块、键盘和显示模块、电流输出模块、管道流量采集模块、管道温度采集模块连接，电流输出模块与安装在供热管道上的电动调节阀连接。CPU主模块是整个热量表的核心部分，包括：数据接口、模拟接口、通讯接口、中断接口、串口数据接口；开关电源模块为整个热量表提供3.3V直流电源，键盘和显示模块通过I/O接口与CPU主模块的数据接口连接，射频传输模块通过串口信号线与CPU主模块的通讯接口连接，管道流量采集模块与CPU主模块的数据接口及中断接口连接，管道温度采集模块与CPU主模块的模拟接口连接，电流输出模块与CPU主模块的串口数据接口连接。

所述的管道流量采集模块用于采集供热管道的载热液体流量，包括：管道流量采集电路以及两个超声波传感器。如图2所示，是本发明实施例的管道流量采集模块的电路结构示意图。H3是超声波传感器输入接口单排连接器，外接两个测量载热液体流量的超声波传感器；R24、R25是两个超声波传感器发射控制接口的限流电阻，C35、C36是两个超声波传感器反射回路的隔直电容。管道流量采集模块采集两个超声波传感器的发射和返回信号，以测量供热管道载热液体流量。超声波传感器安装在供热管道的外壁，通过检测流体流动对超声波产生的影响来对载热液体流量进行测量，其利用的是“时差法”。首先，使用传感器1发射信号，信号穿过管壁1、流体、管壁2后被另一侧的传感器2接收到；在传感器1发射信号的同时传感器2也发出同样的信号，经过管壁2、流体、管壁1后被传感器1接收到；由于载热液体流速的存在使得两时间不等，存在时间差，因此根据时间差便可求得流速，进而得到流量值，整个计算由CPU主模块完成。单排链接器H3是两个超声波传感器的输入接口，每个超声波传感器的发射信号和接收信号由单一线路完成。

所述的管道温度采集模块用于采集供热管道进水口和出水口的载热液体温度，包括：管道温度采集电路和两个分别设置在供热管道进水口和出水口位置的PT1000热电阻。如图3所示，是本发明实施例的管道温度采集模块的电路结构示意图。H4是PT1000热电阻输入接口单排连接器，外接温度测量输入的两个热电阻；R26是热电阻采样电路的接地电阻，与PT1000热电阻组成分压电路，以采集相对于温度变化的电阻值。C37是模拟输入信号的滤波电容。

所述的CPU主模块用于存储载热液体流量和载热液体温度并且计算出载热液体释放的热量，包括：CPU主电路结构和DSPIC33F微处理器，DSPIC33F是MICROCHIP系列的高性能16位数字信号处理器，是16位MCU嵌入式应用的理想器件，其具有工作范围温度广、改进型的哈弗结构、多中断级的快速响应、大容量的片内数据存储器、多功能的通讯模块等优点。

如图4所示，是本发明实施例的CPU主模块的电路结构示意图。U1是主芯片DSPIC33F；C1、C2、R1、Y1组成晶体振荡器电路，U2、R2组成上电复位电路；U3是数据存储器，可以在掉电的状态下保留存储数据，C3是其电压端口的滤波电容，R3、R4是数据接口的上拉电阻；H1连接器是U1芯片的编程调试接口；C4、C5、C6、C7是U1芯片的电源接口滤波电容；C8、C9是U1芯片的模拟电源接口滤波电容；L1、L2为U1芯片提供内部的AVDD电源电压。

DSPIC33F芯片的主要端口使用功能：P36、P37是数据存储器的数据接口；P11、P12、P13、P14、P17、P18是模拟量数据接口，PT1000热电阻温度测量的输入接口；P33、P34是与射频传输芯片连接的串行数据接口；P47、P48是编程调试接口；P7是上电复位接口；P39、P40为晶振时钟输入端口；P42、P43、P44、P45是超声波数据采集接口；P1、P2、P3、P64是键盘的键值输入接口；P29、P30是LED指示灯控制接口；P46、P49、P50、P51、P52、P53、P54、P55是液晶显示器的数据接口，P23、P24、P27、P28是液晶显示器的控制指令接口；P9、P25、P41是芯片电源的接地端，P15是芯片模拟电源的接地端，P20是芯片内部电源的接地端；P10、P26、P38、P56、P57是芯片的电源接口，P16是芯片的模拟电源接口，P19是芯片的内部电源接口。

所述的键盘和显示模块用于参数设置、电源和热量表状态指示、显示温度/流量和热量，如图5所示，是本发明实施例的键盘和显示模块的电路结构示意图。包括：四键盘输入电路、LED灯指示电路、液晶显示电路。K1、K2、K3、K4组成四键盘输入电路，R20、R21、R22、R23是键值输入接口的上拉电阻，作用是为接口提供高电平，有键按下时为低电平，键值有效；同时用于有关参数的设置。LED灯指示电路由2组LED灯驱动电路组成，D3、D4为LED发光管；R14、R16分别是LED发光管的限流电阻，Q1、Q2为PNP三极管，控制LED发光管的通断；R13、R15是PNP三极管的驱动限流电阻。液晶显示电路显示有关的温度、流量和热量，U9是液晶显示器接口；R17是液晶显示器的接口方式选择的上拉电阻，为接口提供高电平；C29、R18组成上电复位电路；R19、Q3是液晶显示器的背光控制电路。

所述的射频传输模块用于将温度/流量和热量以非接触方式传输至智能控制中心，包括：射频传输电路和CC2530芯片，CC2530是TI公司开发的一款专门用于无线传感器网络中进行数据传输的集成芯片，可以用于2.4GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4E应用的SoC解决方案，以完成2.4GHz IEEE802.15.4数据的发送和接收，实现户用热量表与智能控制中心之间的数据交换和控制命令的执行。

如图6所示，是本发明实施例的射频传输模块的电路结构示意图。U4是CC2530射频数据传输芯片，C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21分别是芯片的各个电压端口的滤波电容；R5、C10组成芯片的上电复位电路；R6、C11分别是芯片端口的接地电阻和电容；Y2是芯片内部时钟的晶体振荡器，C12、C13是晶体振荡器的接地电容，VL3是电源功率电感。C32为滤波电容；C33、C34为隔直电容，发射功率的大小由C30、C31、L5、L6的参数决定，调节电容及电感的不同参数，就可决定发射距离的远近；ANI1为PCB印制板发射天线。

CC2530芯片的主要端口使用功能：P1、P2、P3、P4芯片接地端；P10、P39、P21、P24、P27、P28、P29、P31电源接口；P20是芯片上电复位接口；P25、P26为射频发射输出端口；P22、P23为晶振时钟输入端口；P16、P17是与DSPIC33F主芯片连接的串行数据接口。

所述的开关电源模块用于为热量表提供工作电源，是将市电的交流220V电压转换为热量表需要的直流3V3电压，在电气上是与交流电完全隔离的，达到安全使用的目的。如图7所示，是本发明实施例的开关电源模块的电路结构示意图。U5为二极管整流桥，作用是把输入的交流电压转换为直流电压，C22是整流后的滤波电容；U6是专用小功率开关电源转换芯片，C23是反馈控制端滤波电容；U7是反馈控制端隔离信号输入，C24、Y3为芯片输入滤波电容；R7为芯片一端接地电阻；R8、C25、D1组成限流滤波电路；T1为电源变压器；D2、C26是输出的整流滤波电路；R9、C27、U8为反馈控制隔离电路；R10、R11是反馈电路取样参考点；L4为电压输出功率电感；R12、C28是直流电压输出保护和滤波电路，H2为交流电压输入接口。

电流输出模块用于输出不同大小的电流、进而控制电动调节阀的开度对供热管道的载热液体流量进行自动的调节，采用TLC5615芯片将串行数据转换为电压信号，再经过LM2903运大放大器，调制为4-20mA的控制电流信号。

如图8所示，是本发明实施例的电流输出模块的电路结构示意图。U13是24V电源转换器，可以将市电220V的交流电源转换为隔离的直流24V电源，C37、C38为电源滤波电容；U10是数模转换芯片，将串行的数据信号转换为0—5V的模拟电压信号，C35是其电源滤波电容，U12为芯片提供内部参考电压，R24是其限流电阻；运算放大器U11、Q4组成4—20mA电流输出的V/I转换和恒流电流产生电路，R25、W1组成运算放大器的放大调整电路，R25是比较电阻，调节W1，可以达到调整放大倍数的目的，C36是运算放大器的电源滤波电容，Q4是电流输出功率晶体管，R26是恒流输出参考标准电阻；H5是电流输出接口单排连接器，用于连接电动调节阀。

所述的电动调节阀可采用流量电动调节阀，比如：浙江奥翔自控科技有限公司生产的AOX系列电动单座调节阀；或者采用流量蝶阀调节器，比如：浙江奥翔自控科技有限公司生产的AOX系列电动中线蝶阀。流量电动调节阀或流量蝶阀调节器均由单独的电源供电，可以是交流220V，也可以是直流24V供电，安装在需要调控的供热管路中，均通过电流输出模块输出的4-20mA电流信号来调节。

本发明实施例采用DSPIC33F微处理器和TLC5615芯片、CC2530芯片，兼顾了热量表的性能和经济成本，具体较高的性价比。

本发明实施例的可调节流量的非接触式户用热量表，既可以在智能控制中心的显示屏上进行直观的显示，以方便用户可以随时了解供热的实际情况；也可以把实时采集的热量表数据进行处理、分析和存储，通过GPRS技术传至远程控制中心，为进行供热方面的大数据处理提供数据上的支持；同时，通过控制电流信号实现了对供热管道载热液体流量的调节。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。