摘要：介紹一種基于AVR單片機無線互聯技術的樓宇供暖數據采集系統，該系統的監控終端PC與各樓層AVR單片機通過無線信道進行通信，完成對整個管網運行狀態的監控。另外，通過對超聲波式流量計誤差分析和補償，提高了管網參數測量的精確度。

　　關鍵詞：單片機無線互聯,超聲波流量計, 供暖系統。

　　引言：在現代化樓宇的集中式供熱系統中，如何提高 管網運行參數的測量精度和實現集中監控顯得尤為 重要。因此利用單片機無線通信技術對各樓層管網 運行參數進行控制，一方面提高供暖系統的運行品質，使室內溫度更加穩定;另一方面實現供暖系統的遠程智能監控，減少整個系統運營成本。通過無線信道和PC機交換數據，可將各類數據存儲于PC機，降低了單片機端的開發難度。

　　1樓宇供暖系統總體方案

　　整個供暖控制系統由單臺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機作為監控終端，通過無線傳輸模塊與各個單片機進行數據收發，可實時查看和控制各樓層管網運行參數;安放在各層的ATmega16單片機一方面進行數據采集完成實時控制，另一方面通過無線信道和PC機交換數據。

　　每層樓的管道與樓房主管道相并聯(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ATmega16單片機數據處理后，傳給可編程控制器S7-226。根據室溫測量值與給定初始值比較，S7-226就可調節變頻器輸出頻率，改變水循環泵的轉速，即改變相應樓層的熱水流量，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，不產生附加阻力。超聲波傳感器安裝方式。A和B兩個傳感器均可發射和接受超聲波。超聲波從一個傳感器發射至另外一個傳感器所經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，根據超聲波同時從兩個傳感器發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。實驗測量發現,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，將其數模轉換。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，起到對單片機系統的保護作用。

　　3單片機無線通信網絡設計

　　本系統中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據的處理以及對變頻器的實時控制，向nRF401發送數據并且接收PC機通過nRF401傳送過來的數據。

　　在PC機和nRF401接口電路的設計中需要注意，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過電平轉換。本系統中選用美信公司的MAX202芯片來完成兩者之間的電平轉換。

　　本供暖控制系統軟件包括單片機端和PC機端兩部分。其配合主要在于設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生的誤碼率，所以通信協議中幀結構的設計對保證通信的可靠性十分重要。本軟件中幀結構分為指令幀和數據幀。數據幀的內容包括起始字節，數據長度字節，數據字節，校驗和字節，結束字節。在數據校驗方面采用校驗和的方法進行幀的校驗。即先將所有字節相加，然后將結果截短到所需位長，與數據一同發送，供接收端進行誤碼判斷。數據采集前端獲取的數據通過無線模塊發送至PC機進行存儲，程序寫在單片機的EEPROM內，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送的數據對供暖管網參數進行存儲分析，完成報警，故障診斷等功能。并且可以向單片機發送指令來實時控制管網運行狀態。

　　4結束語

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

　　參考文獻

　　1.劉海成 AVR單片機原理及測控工程應用 2008

　　2.周偉國.胡海軍.金穎 超聲波流量計的應用與誤差分析[期刊論文]-煤氣與熱力 2001(4) 3.崔建霞 超聲波流量計的選型及應用[期刊論文]-礦山機械 2006(4)

　　4.王彥芳.王小平.張翠肖.井海明 高精度超聲波流量計的設計[期刊論文]-傳感器與微系統 2006(8)

　　5.楊志遠.徐振林 電力參數的數字化測量和無線數據傳送[期刊論文]-電測與儀表 2005(4)