CN104676738A - 一种水暖工况监控系统 - Google Patents

Abstract

一种水暖工况监控装置，其组成包括控制模块、流量温度检测模块、电动阀门模块等部分。本系统以单片机STC89C52为控制核心、配以温度传感器PT100和霍尔流量传感器组成的检测装置，采用L298N电机控制芯片和直流电机等组成调节装置。本发明具有对住户水暖温度、流量进行监测并对其工作状态进行控制的功能，通过电动阀门改变入户热媒的流量，从而达到调节室内温度的目的。本发明还可以针对住户房屋状态异常所导致的供暖系统冻裂、损毁做出调节，极大地提高了住户家居的安全。

Description

一种水暖工况监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控装置，特别涉及一种水暖工况监控装置。

背景技术

水暖工况监控作为供暖系统自动化领域的重要组成部分，其研究与应用在近几十年来取得了长足进步。但目前的水暖工况监控普遍采用整栋建筑物统一监控的方法，无法满足用户的不同需要，而且监控仅对入楼水暖的流量进行检测，但忽视了对入户水暖进行温度的监测，无法对因房屋状态异常所导致的供暖系统冻裂、损毁进行检测，直接增加了其工作的安全隐患。

随着住户对水暖系统安全性的要求的提升以及住户对家居温度舒适度要求的提高，解决上述问题已经迫在眉睫。为此可设计一款能对住户水暖温度、流量进行监测并对其工作状态进行控制的产品，其功能包括实时监测入户暖气水温及流量，通过控制核心单片机接收到的信息进行分析，并根据分析结果控制电动阀门控制水流量。故可知对入户水暖的温度、流量的检测和分析是所设计系统所应着重考虑的问题。

目前在核心期刊与专利查询中均未发现与此发明类似的设备介绍。

发明内容

本发明的目的是针对传统家居供暖无法自动调节，达到舒适温度等难题，研制了一种基于51单片机的水暖工况监控控制系统。

一种水暖工况监控装置，它包括控制模块1、入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4以及三通管件5等部分，其特征是：在住户供暖装置的入水管道上安装入水流量温度监测模块2，在住户供暖装置的出水管道上安装出水流量温度监测模块3，控制模块1分别与入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4连接。

所述的入水流量温度监测模块2，其特征是：安装在住户供暖装置的入水管道上，入水管道与住户暖气片连接。

所述的出水流量温度监测模块3，其特征是：安装在住户供暖装置的出水管道上，出水管道与住户暖气片连接。

所述的电动阀门模块4，其特征是：阀门4是一个三通阀门，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、入水流量温度监测模块2和三通管件5。

所述的三通管件5，其特征是：管件5安装在住户供暖装置的出水管道上，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4。

本发明是这样实现的：流量温度控制装置是由STC89C52单片机、L298N电机控制芯片和直流电机等组成。流量温度检测装置由温度传感器PT100、霍尔流量传感器、数模转换芯片TLC2543等组成。

本发明的特点：

1.适用于对水暖工况进行检测的场所；

2.通过对出入户热媒温度、流量信息的分析实现对管线工况的监测；

3.可通过上位机设置水暖系统的工作方式，以实现阀门控制；

通过对室内供暖系统的水温、流量数据进行采集、转化，通过单片机对水温和流量进行检测、比较，根据比较结果做出相应的控制，控制三通电动阀门进行流量的调节，并将检测到的数据上传给上位机，以实现水流量的控制，并最终实现温度控制。

附图说明

图1水暖工况监控系统装配图

图2水暖工况系统控制器的电路结构框图

图3温度及流量测量模块原理图

图4核心控制模块原理图

图5水暖工况监控系统控制器流程图

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明专利做更详细地描述，需要说明的是该系统的核心模块、复位电路、电源电路及时钟模块等的电路连接均为典型电路连接故不再对其原理图进行描述：

一种水暖工况监控装置，它包括控制模块1、入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4以及三通管件5等部分，其特征是：在住户供暖装置的入水管道上安装入水流量温度监测模块2，在住户供暖装置的出水管道上安装出水流量温度监测模块3，控制模块1分别与入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4连接。

其特征是：安装在住户供暖装置的入水管道上，入水管道与住户暖气片连接。

其特征是：安装在住户供暖装置的出水管道上，出水管道与住户暖气片连接。

其特征是：阀门4是一个三通阀门，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、入水流量温度监测模块2和三通管件5。

其特征是：管件5安装在住户供暖装置的出水管道上，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4。

结合图1，图1所示为水暖工况监控系统装配图，其中热媒输入线路上安装包括电动阀门模块和流量检测模块A，电动阀门模块用于控制流入热媒流量，安装在用户供暖系统的热媒流入端，检测模块A用于检测流入用户供暖系统的热媒的流量及温度，安装在用户供暖系统的热媒流入端。用户供暖系统主要由暖气片组成，安装在用户的家居中。其中热媒输出线路上安装流量检测模块B。控制装置与电动阀门模块、流量检测模块A、流量检测模块B连接。系统通过监测入户流量。出乎流量实现对水暖管线的监控、通过监测出入户热媒温度、流量实现对各户消耗热量的计算。

结合图2，图2所体现的是该水暖工况系统控制器的电路结构框图。系统的输入电压+5V，采用L7805（U1）产生5V工作电压、ADREF02（U4）产生基准电压，使用STC89C52（U3）作为核心控制器，选取L298N实现直流电机控制，采用TLC2543（U5）模数转换芯片进行模拟信号到数字信号的转化。

结合图3，图3所示为水暖工况监控系统的温度及流量测量模块原理图。其中，U5为模数转换器TLC2543，其管脚14接VREF，管脚7、8、9、10、11、12、13接GND，管脚4接R67，管脚5接R77，管教6接R87，管脚15接U3管脚19，管脚16接U3管脚18，管脚17接U3管脚13，管脚18接U3管脚12，管脚19接U3管脚11，管脚20接C7。电容C7（0.1uF）两端分别连接U5管脚20与GND。

其中，U4为电压基准源ADREF02Q/883B，其管脚2接+12V电源，管脚4接GND，管脚6连接C21。电容C20（2.2uF）两端分别连接U2管脚2与管脚4，电容C21（2.2uF）两端分别连接U4管脚6与GND。

其中，U7C为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。电阻R60（200Ω）两端分别连接PT00管脚2与R64，电阻R61（3KΩ）两端分别连接VREF与PT00管脚3，R62（3KΩ）两端分别连接VREF与R64，R63（1KΩ）两端分别连接Header3管脚3与U7C管脚9，R64（1KΩ）两端分别连接R60与U7C管脚10，R65（30KΩ）两端分别连接U7C管脚10与GND，R66（30KΩ）两端分别连接U7C管脚8与管脚9，R67（1KΩ）两端分别连接U7C管脚8与U5管脚4，ZD3两端分别连接U5管脚4与C62，电容C62（0.1uF）两端分别连接U5管脚4与ZD3。

U7D为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。电阻R70（200Ω）两端分别连接PT01管脚2与R74，电阻R71（3KΩ）两端分别连接VREF与PT01管脚3，R72（3KΩ）两端分别连接VREF与R74，R73（1KΩ）两端分别连接PT01管脚3与U7D管脚13，R74（1KΩ）两端分别连接R70与U7D管脚12，R75（30KΩ）两端分别连接U7D管脚12与GND，R76（30KΩ）两端分别连接U7D管脚14与管脚13，R77（1KΩ）两端分别连接U7D管脚14与U5管脚5，ZD4两端分别连接U5管脚5与C72，电容C72（0.1uF）两端分别连接U5管脚5与ZD4。

U7A为运算放大器，其管脚4接+5V，管脚11接GND。电阻R80（200Ω）两端分别连接PT02管脚2与R84，电阻R81（3KΩ）两端分别连接VREF与PT02管脚3，R82（3KΩ）两端分别连接VREF与R84，R83（1KΩ）两端分别连接PT02管脚3与U7A管脚2，R84（1KΩ）两端分别连接R80与U7A管脚3，R85（30KΩ）两端分别连接U7A管脚3与GND，R86（30KΩ）两端分别连接U7A管脚1与管脚2，R87（1KΩ）两端分别连接U7A管脚1与U5管脚6，ZD5两端分别连接U5管脚6与C82，电容C82（0.1uF）两端分别连接U5管脚6与ZD5。

其中，P88与P89为流量传感器接口。P88管脚1接+5V电源，管脚2接U3管脚32，管脚3接GND。P89管脚1接+5V电源，管脚2接U3管脚31，管脚3接GND。

结合图4，图4所示为水暖工况监控系统的核心控制模块原理图。其中，U3为51单片机89C52,其管脚4连接R8，管脚5连接P10管脚1，管脚7连接P10管脚2，管脚9连接U5管脚16，管脚10连接U5管脚15，管脚11连接U5管脚19，管脚12连接U5管脚18，管脚13连接U5管脚17，管脚14连接Y1管脚2，管脚15连接Y1管脚1，管脚16连接GND，管脚29连接R5，管脚31连接P89管脚2，管脚32连接P88管脚2，管脚33连接U811管脚7，管脚34连接U811管脚11，管脚35连接U811管脚6，管脚36连接U811管脚1，管脚38连接+5V电源。电阻R5（10KΩ）两端分别连接U3管脚29与+5V,R8(10KΩ)两端分别连接U3管脚4与GND。电容C4（0.1uF）两端分别连接U3管脚38与GND。

其中，Y1为晶振，两端分别连接U3管脚14与管脚15。电容C1（30pF）两端分别连接Y1管脚1与GND，C2（30pF）两端分别连接Y1管脚2与GND。

其中，P10为通信模块，其管脚1连接+5V，管脚2连接U3管脚5，管脚3连接U3管脚7，管脚4连接GND。

其中，U1为电源模块7805，其管脚1连接+12V电源，管脚3连接R1，管脚4连接GND。电阻R1（1.5KΩ）两端分别连接U1管脚3与D3。电容C8（470uF）两端分别连接U1管脚1与GND，C9（0.1uF）两端分别连接U1管脚1与GND，C10（470uF）两端分别连接U1管脚3与GND，C11（0.1uF）两端分别连接U1管脚3与GND。二极管D3两端分别连接R1与GND。其中，power与P2为电源与开关接口，power管脚1连接P2管脚2，管脚2连接GND，P2管脚1连接power管脚1，管脚2连接+12V。

其中，U811为电机驱动模块L298N，其管脚1连接U3管脚36，管脚2与管脚3分别连接直流电机B1两端，管脚4连接+12V电源，管脚5、8、15连接GND，管脚6连接U3管脚35，管脚7连接U3管脚33，管脚9连接+5V电源，管脚11连接U3管脚34。直流电机B1两端分别连接U811管脚2与管脚3。

结合图5，对水暖工况监控系统控制器的程序流程进行阐述：

步骤1，系统初始化,调用存储于单片机中的程序，调用结束后，程序开始运行，进入步骤2；

步骤2，通过PT100温度采集模块采集入炉/出炉水温数据，进入步骤3；

步骤3，通过流量传感器采集入炉/出炉流量数据，进入步骤4；

步骤4，系统处理采集到的水温和流量数据，判断水温和流量是否正常，如果正常，则继续采集数据，如果不正常，则控制阀门进行调节，进入步骤5；

步骤5，系统将采集到的数据信息通过通讯模块传递给上位机。

Claims (5)

1.一种水暖工况监控装置，它包括控制模块1、入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4以及三通管件5等部分，其特征是：在住户供暖装置的入水管道上安装入水流量温度监测模块2，在住户供暖装置的出水管道上安装出水流量温度监测模块3，控制模块1分别与入水流量温度监测模块2、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4连接。

2.根据权利要求1所述的入水流量温度监测模块2，其特征是：安装在住户供暖装置的入水管道上，入水管道与住户暖气片连接。

3.根据权利要求1所述的出水流量温度监测模块3，其特征是：安装在住户供暖装置的出水管道上，出水管道与住户暖气片连接。

4.根据权利要求1所述的电动阀门模块4，其特征是：阀门4是一个三通阀门，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、入水流量温度监测模块2和三通管件5。

5.根据权利要求1或要求4所述的三通管件5，其特征是：管件5安装在住户供暖装置的出水管道上，三端分别连接住户供暖系统供暖总管、出水流量温度监测模块3和电动阀门模块4。