楊計(jì)廷，馮麗兵，邵立平

（1.河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，河北 石家莊 0 5 0 2 2 7；2.石家莊市自動(dòng)化研究所新技術(shù)試驗(yàn)廠，河北 石家莊 0 5 0 0 3 1）

基于S T M3 2 F 1 0 3的采暖爐熱性能綜合測量儀淺析

楊計(jì)廷1，馮麗兵1，邵立平2

（1.河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，河北 石家莊 0 5 0 2 2 7；2.石家莊市自動(dòng)化研究所新技術(shù)試驗(yàn)廠，河北 石家莊 0 5 0 0 3 1）

采暖爐熱性能綜合測量儀是主要用來檢測水暖煤爐具(也稱采暖爐)熱性能的綜合性一體化檢測設(shè)備。該設(shè)備主要由數(shù)據(jù)控制處理和數(shù)據(jù)采集傳輸兩部分組成。數(shù)據(jù)處理控制器和參數(shù)無線傳輸模塊選用3 2位單片機(jī)S T M 3 2 F 1 0 3，無線通訊芯片S I 4 4 3 2，以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)方法。該裝置功能齊全、操作簡單、性能穩(wěn)定、控制精度高、數(shù)據(jù)采集快速準(zhǔn)確、安全性好，特別是采用了無線傳輸技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和監(jiān)控。

采暖爐；觸摸屏；控制器；無線傳輸模塊

采暖爐熱性能主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)G B 1 6 1 5 4-2 0 0 5《民用水暖煤爐通用技術(shù)要求》進(jìn)行檢測，目前我國還沒有一款便攜、智能、可遠(yuǎn)程監(jiān)控的一體化測量設(shè)備，因此我們開發(fā)研制成功的采暖爐熱性能綜合測試儀極大地彌補(bǔ)了這一空白。

1 儀器控制系統(tǒng)圖

采暖爐熱性能綜合測試儀由數(shù)據(jù)控制處理和數(shù)據(jù)采集傳輸兩部分組成，數(shù)據(jù)控制處理系統(tǒng)包括控制面板和數(shù)據(jù)處理控制器；數(shù)據(jù)采集傳輸包括參數(shù)無線傳輸模塊和傳感器，系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

2 控制界面及功能

（1）控制面板界面可圖形化顯示試驗(yàn)系統(tǒng)并可繪制測試系統(tǒng)示意圖，可對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制，參數(shù)設(shè)置：可以設(shè)置采暖監(jiān)測，實(shí)時(shí)顯示風(fēng)速、溫度、流量、壓力、閥門狀態(tài)等現(xiàn)場數(shù)據(jù)。支持監(jiān)測數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)生成報(bào)表并存儲(chǔ)，支持歷史數(shù)據(jù)查詢和打印具有用戶管理，故障報(bào)警等功能，如圖2所示。（2）控制面板選用昆侖通態(tài)的嵌入式一體化觸摸屏，如圖3所示，以MC G S嵌入版組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)界面友好，操作方便。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 儀器組成及性能原理

3.1 數(shù)據(jù)處理控制器

（1）數(shù)據(jù)處理控制器能夠通過無線收發(fā)芯片與參數(shù)無線傳輸模塊通信，采集現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包，再上傳給控制面板；同時(shí)將控制面板的控制命令下置給參數(shù)無線傳輸模塊，對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行控制。（2）MC U選用S T M3 2 F 1 0 3單片機(jī)，S T M3 2 F 1 0 3是意法半導(dǎo)體（S T）公司出品的的3 2位A RM微控制器。主要技術(shù)參數(shù)：內(nèi)核為C o r t e x-M3；最高7 2 MHz工作頻率；2.0～3.6 V供電和I/O引腳；多達(dá)8個(gè)定時(shí)器；9個(gè)通信接口（2個(gè)I 2 C接口，3個(gè)US A RT接口，2個(gè)S P I接口，1個(gè)C A N接口，1個(gè)US B 2.0全速接口）；2個(gè)1 2位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1 u s轉(zhuǎn)換時(shí)間（多達(dá)1 6個(gè)輸入通道）。（3）無線通信芯片選用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、多頻段的無線收發(fā)芯片。其工作電壓為1.9～3.6 V，可工作在3 1 5/4 3 3/8 6 8/9 1 5 MHz四個(gè)頻段；內(nèi)部集成分集式天線、功率放大器、喚醒定時(shí)器、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、6 4字節(jié)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)F I F O，以及可配置的G P I O等。S i 4 4 3 2的接收靈敏度達(dá)到-1 2 0 d B，可提供極佳的鏈路質(zhì)量，在擴(kuò)大傳輸范圍的同時(shí)將功耗降至最低；最小濾波帶寬達(dá)8 k Hz，具有極佳的頻道選擇性；在2 4 0～9 6 0 MHz頻段內(nèi)，不加功率放大器時(shí)的最大輸出功率就可達(dá)+2 0 d B m，設(shè)計(jì)良好時(shí)收發(fā)距離最遠(yuǎn)可達(dá)2 k m。

3.2 無線傳輸模塊

參數(shù)無線傳輸模塊同樣使用的是S T M3 2 F 1 0 3單片機(jī)和S i 4 4 3 2無線收發(fā)芯片，同時(shí)增加了鉑電阻測溫電路。鉑電阻測溫電路是通過電橋?qū)K電阻的阻值轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再通過放大電路將電壓信號(hào)發(fā)大，最后通過單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換讀取，得到溫度數(shù)值。

3.3 傳感器

傳感器主要包括：環(huán)境溫度，風(fēng)速，爐體溫度，進(jìn)、出水溫度，流量，進(jìn)、出水口壓力，電動(dòng)閥門，電能測量計(jì)等。（1）溫度傳感器采用P t 1 0 0是鉑熱電阻。將傳感器安裝在進(jìn)、出水管道上來測量進(jìn)、出水溫度。（2）磁吸式金屬表面溫度傳感器是采用高強(qiáng)度磁性材料精密制作而成，能夠非常方便的吸附在鐵制品材料表面，測量物體表面的溫度。安裝在采暖爐水套表面測量水套溫度。（3）風(fēng)速傳感器用來測量風(fēng)速，以判斷現(xiàn)場環(huán)境是否滿足試驗(yàn)條件。（4）壓力傳感器用來測量液體或氣體壓力的裝置。用來測量采暖爐進(jìn)、出口壓力，所選傳感器均滿足0.5級(jí)的精度要求。

3.4 通信協(xié)議

控制面板與數(shù)據(jù)處理控制器通過RS-4 8 5接口通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的Mo d b u s協(xié)議。數(shù)據(jù)處理控制器與參數(shù)無線傳輸模塊間的通信協(xié)議，是自主開發(fā)完成的加密協(xié)議，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。

圖2 采暖爐系統(tǒng)示意圖

圖3 嵌入式一體化觸摸屏

4 儀器主要功能

（1）能圖形化顯示試驗(yàn)過程，自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)過程的智能化控制。（2）能在控制面板設(shè)置采暖爐廠家、型號(hào)、功率、編號(hào)、燃料品種規(guī)格等參數(shù)。支持在試驗(yàn)進(jìn)行中隨時(shí)改變?nèi)剂戏N類、熱值、電能等消耗性變量，并關(guān)聯(lián)檢測結(jié)果變化。（3）具有相關(guān)參數(shù)儲(chǔ)存、調(diào)整、數(shù)據(jù)處理功能，可儲(chǔ)存不少于1 0 0 0個(gè)測量結(jié)果；對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表顯示并存儲(chǔ)，支持歷史數(shù)據(jù)查詢,可使用關(guān)鍵字進(jìn)行檢索查看。（4）具有測量參數(shù)處理功能，繪制測試系統(tǒng)示意圖，并在設(shè)置傳感器的相應(yīng)位置實(shí)時(shí)顯示風(fēng)速、溫度、流量、壓力、效率值等數(shù)據(jù)，形成動(dòng)態(tài)變化曲線。（5）具有斷電自動(dòng)儲(chǔ)存功能，確保參數(shù)不丟失；具有測量狀態(tài)自鎖功能；對(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)管理，不同級(jí)別的用戶規(guī)定不同的使用權(quán)限，保證系統(tǒng)安全。（6）故障報(bào)警，在監(jiān)測時(shí)如發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設(shè)定的報(bào)警條件時(shí)，立即進(jìn)行報(bào)警?？刹樵児收嫌涗?，了解故障狀態(tài)。（7）具有無線傳輸、傳輸數(shù)據(jù)加密，遠(yuǎn)程調(diào)控等功能。（8）該儀器還針對(duì)部分產(chǎn)品使用循環(huán)泵等電輔助設(shè)備，對(duì)耗電量是否加入效率計(jì)算進(jìn)行了可選性設(shè)計(jì)，延展了該類產(chǎn)品效率計(jì)算的可能性。該測試儀器還能夠兼容測量目前市場上的電采暖爐、燃油燃?xì)獠膳癄t等同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。

5 結(jié)語

目前，采暖爐熱性能綜合測量儀已研制成功并完成整體運(yùn)行試驗(yàn)測試，功能齊全、操作簡單、性能穩(wěn)定、控制精度高、數(shù)據(jù)采集快速準(zhǔn)確、安全性好，特別是采用了無線傳輸技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和監(jiān)控，各項(xiàng)性能和技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行可靠。該設(shè)備的使用，將大大降低檢測工作量，提高檢驗(yàn)、檢測工作效率和檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性?？蓾M足檢驗(yàn)部門對(duì)采暖爐的熱性能的檢測工作需要，也可用于生產(chǎn)企業(yè)的新產(chǎn)品研發(fā)測試工作，還可滿足政府監(jiān)管部門快速監(jiān)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