摘要：介绍一种基于AVR单片机无线互联技术的楼宇供暖数据采集系统，该系统的监控终端PC与各楼层AVR单片机通过无线信道进行通信，完成对整个管网运行状态的监控。另外，通过对超声波式流量计误差分析和补偿，提高了管网参数测量的精确度。
关键词：单片机无线互联,超声波流量计, 供暖系统。
引言：在现代化楼宇的集中式供热系统中，如何提高 管网运行参数的测量精度和实现集中监控显得尤为 重要。因此利用单片机无线通信技术对各楼层管网 运行参数进行控制，一方面提高供暖系统的运行品质，使室内温度更加稳定;另一方面实现供暖系统的远程智能监控，减少整个系统运营成本。通过无线信道和PC机交换数据，可将各类数据存储于PC机，降低了单片机端的开发难度。
1楼宇供暖系统总体方案
整个供暖控制系统由单台PC机和多个AVR ATmega16单片机组成，PC机和ATmega16单片机之间通过无线信道进行通信。其中PC机作为监控终端，通过无线传输模块与各个单片机进行数据收发，可实时查看和控制各楼层管网运行参数;安放在各层的ATmega16单片机一方面进行数据采集完成实时控制，另一方面通过无线信道和PC机交换数据。
每层楼的管道与楼房主管道相并联(见图1所示)。在楼层管道入、出口处同时装测流速和测温度传感器，以检测供热流量和经过楼层前后热水的温度差。流量传感器和温度传感器检测每层楼的热水流量和温度，经ATmega16单片机数据处理后，传给可编程控制器S7-226。根据室温测量值与给定初始值比较，S7-226就可调节变频器输出频率，改变水循环泵的转速，即改变相应楼层的热水流量，从而达到控制室温的目的。
2热水流量的测量
供暖系统中常用超声波式流量计，是一种非接触式测量器件，故不会改变流体的状态，不产生附加阻力。超声波传感器安装方式。A和B两个传感器均可发射和接受超声波。超声波从一个传感器发射至另外一个传感器所经过的路径称为超声波通道。超声波在流体中以声速传送，当超声波发射方向与流体同向时，超声波传递速度提高，反之则降低。因此，根据超声波同时从两个传感器发射抵达对方传感器的时间差，就可以按下式确定管路中的流体流速。
实际中一般采用多组超声波流量计同时工作以消除单一测量点所带来的误差。实验测量发现,对于单通道计算误差为±1.0%，三通道计算误差降为±0.4%，五通道计算误差只有±0.3% 。每组传感器各自测得管路中的流速,然后取它们的平均值，管路流量计算如下:
超声波传感器输出信号为4-20mA的电流信号， 是电流的取样电阻，其阻值大小受传感器供电电压的制约。当 时，转换输出电压为5V，而传感器的供电电压为12V，ATmega16微处理器中PA0口，将其数模转换。这种电路的传感器信号传输距离很远，所以线路的输入与主电路隔离，起到对单片机系统的保护作用。
3单片机无线通信网络设计
本系统中ATmega16单片机通过UART串口以及I/O控制口与nRF401直接相连，接口电路见图5所示。ATmega16单片机完成对流量传感器和温度传感器采集数据的处理以及对变频器的实时控制，向nRF401发送数据并且接收PC机通过nRF401传送过来的数据。
在PC机和nRF401接口电路的设计中需要注意，PC机的串行口支持RS232标准，而nRF401支持TTL电平。因此，它们之间的信号需要经过电平转换。本系统中选用美信公司的MAX202芯片来完成两者之间的电平转换。
本供暖控制系统软件包括单片机端和PC机端两部分。其配合主要在于设置单片机工作于半双工方式通信。考虑到无线通信中受外部干扰而产生的误码率，所以通信协议中帧结构的设计对保证通信的可靠性十分重要。本软件中帧结构分为指令帧和数据帧。数据帧的内容包括起始字节，数据长度字节，数据字节，校验和字节，结束字节。在数据校验方面采用校验和的方法进行帧的校验。即先将所有字节相加，然后将结果截短到所需位长，与数据一同发送，供接收端进行误码判断。数据采集前端获取的数据通过无线模块发送至PC机进行存储，程序写在单片机的EEPROM内，采用C语言编程，通信控制采用中断方式。单片机端中断处理子程序流程图。PC机端程序可以通过接收单片机发送的数据对供暖管网参数进行存储分析，完成报警，故障诊断等功能。并且可以向单片机发送指令来实时控制管网运行状态。
4结束语
实际运行结果表明，通过对超声波式流量计工作原理进行误差分析和补偿，提高了管网参数测量的精确度。采用无线方式数据传输，无需拆卸设备安装通信电缆线，降低强度劳动，且提高了工作效率。
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