摘要：介紹一種基于AVR單片機無線互聯(lián)技術(shù)的樓宇供暖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的監(jiān)控終端PC與各樓層AVR單片機通過無線信道進行通信，完成對整個管網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)控。另外，通過對超聲波式流量計誤差分析和補償，提高了管網(wǎng)參數(shù)測量的精確度。

　　關(guān)鍵詞：單片機無線互聯(lián),超聲波流量計, 供暖系統(tǒng)。

　　引言：在現(xiàn)代化樓宇的集中式供熱系統(tǒng)中，如何提高 管網(wǎng)運行參數(shù)的測量精度和實現(xiàn)集中監(jiān)控顯得尤為 重要。因此利用單片機無線通信技術(shù)對各樓層管網(wǎng) 運行參數(shù)進行控制，一方面提高供暖系統(tǒng)的運行品質(zhì)，使室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定;另一方面實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的遠程智能監(jiān)控，減少整個系統(tǒng)運營成本。通過無線信道和PC機交換數(shù)據(jù)，可將各類數(shù)據(jù)存儲于PC機，降低了單片機端的開發(fā)難度。

　　1樓宇供暖系統(tǒng)總體方案

　　整個供暖控制系統(tǒng)由單臺PC機和多個AVR ATmega16單片機組成，PC機和ATmega16單片機之間通過無線信道進行通信。其中PC機作為監(jiān)控終端，通過無線傳輸模塊與各個單片機進行數(shù)據(jù)收發(fā)，可實時查看和控制各樓層管網(wǎng)運行參數(shù);安放在各層的ATmega16單片機一方面進行數(shù)據(jù)采集完成實時控制，另一方面通過無線信道和PC機交換數(shù)據(jù)。

　　每層樓的管道與樓房主管道相并聯(lián)(見圖1所示)。在樓層管道入、出口處同時裝測流速和測溫度傳感器，以檢測供熱流量和經(jīng)過樓層前后熱水的溫度差。流量傳感器和溫度傳感器檢測每層樓的熱水流量和溫度，經(jīng)ATmega16單片機數(shù)據(jù)處理后，傳給可編程控制器S7-226。根據(jù)室溫測量值與給定初始值比較，S7-226就可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，改變水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，即改變相應(yīng)樓層的熱水流量，從而達到控制室溫的目的。

　　2熱水流量的測量

　　供暖系統(tǒng)中常用超聲波式流量計，是一種非接觸式測量器件，故不會改變流體的狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力。超聲波傳感器安裝方式。A和B兩個傳感器均可發(fā)射和接受超聲波。超聲波從一個傳感器發(fā)射至另外一個傳感器所經(jīng)過的路徑稱為超聲波通道。超聲波在流體中以聲速傳送，當超聲波發(fā)射方向與流體同向時，超聲波傳遞速度提高，反之則降低。因此，根據(jù)超聲波同時從兩個傳感器發(fā)射抵達對方傳感器的時間差，就可以按下式確定管路中的流體流速。

　　實際中一般采用多組超聲波流量計同時工作以消除單一測量點所帶來的誤差。實驗測量發(fā)現(xiàn),對于單通道計算誤差為±1.0%，三通道計算誤差降為±0.4%，五通道計算誤差只有±0.3% 。每組傳感器各自測得管路中的流速,然后取它們的平均值，管路流量計算如下:

　　超聲波傳感器輸出信號為4-20mA的電流信號， 是電流的取樣電阻，其阻值大小受傳感器供電電壓的制約。當 時，轉(zhuǎn)換輸出電壓為5V，而傳感器的供電電壓為12V，ATmega16微處理器中PA0口，將其數(shù)模轉(zhuǎn)換。這種電路的傳感器信號傳輸距離很遠，所以線路的輸入與主電路隔離，起到對單片機系統(tǒng)的保護作用。

　　3單片機無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　本系統(tǒng)中ATmega16單片機通過UART串口以及I/O控制口與nRF401直接相連，接口電路見圖5所示。ATmega16單片機完成對流量傳感器和溫度傳感器采集數(shù)據(jù)的處理以及對變頻器的實時控制，向nRF401發(fā)送數(shù)據(jù)并且接收PC機通過nRF401傳送過來的數(shù)據(jù)。

　　在PC機和nRF401接口電路的設(shè)計中需要注意，PC機的串行口支持RS232標準，而nRF401支持TTL電平。因此，它們之間的信號需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中選用美信公司的MAX202芯片來完成兩者之間的電平轉(zhuǎn)換。

　　本供暖控制系統(tǒng)軟件包括單片機端和PC機端兩部分。其配合主要在于設(shè)置單片機工作于半雙工方式通信。考慮到無線通信中受外部干擾而產(chǎn)生的誤碼率，所以通信協(xié)議中幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計對保證通信的可靠性十分重要。本軟件中幀結(jié)構(gòu)分為指令幀和數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容包括起始字節(jié)，數(shù)據(jù)長度字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)，校驗和字節(jié)，結(jié)束字節(jié)。在數(shù)據(jù)校驗方面采用校驗和的方法進行幀的校驗。即先將所有字節(jié)相加，然后將結(jié)果截短到所需位長，與數(shù)據(jù)一同發(fā)送，供接收端進行誤碼判斷。數(shù)據(jù)采集前端獲取的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至PC機進行存儲，程序?qū)懺趩纹瑱C的EEPROM內(nèi)，采用C語言編程，通信控制采用中斷方式。單片機端中斷處理子程序流程圖。PC機端程序可以通過接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)對供暖管網(wǎng)參數(shù)進行存儲分析，完成報警，故障診斷等功能。并且可以向單片機發(fā)送指令來實時控制管網(wǎng)運行狀態(tài)。

　　4結(jié)束語

　　實際運行結(jié)果表明，通過對超聲波式流量計工作原理進行誤差分析和補償，提高了管網(wǎng)參數(shù)測量的精確度。采用無線方式數(shù)據(jù)傳輸，無需拆卸設(shè)備安裝通信電纜線，降低強度勞動，且提高了工作效率。

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