我國(guó)供熱采暖系統(tǒng)的現(xiàn)狀：（1）采暖系統(tǒng)相對(duì)落后，供熱品質(zhì)差，室溫冷熱不勻，系統(tǒng)熱效率差。（2）能耗大，調(diào)節(jié)功能落后。（3）缺乏計(jì)量手段。（4）熱費(fèi)收繳困難。
　　國(guó)外的熱計(jì)量經(jīng)驗(yàn)表明，采取供熱計(jì)量收費(fèi)措施可節(jié)能20％～30％。
　　鑒于上述原因，筆者在成功研制出一種工業(yè)溫控系統(tǒng)之后，設(shè)計(jì)了一種智能型溫控?zé)崃績(jī)x表。該儀表具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的特點(diǎn)，既節(jié)能，又滿足了需要。

1　測(cè)量原理及實(shí)現(xiàn)方法
1．1　測(cè)量原理
　　由熱源供應(yīng)的熱水以較高溫度流入交換系統(tǒng)（散熱器等），以較低的溫度流出；在此過(guò)程中，通過(guò)熱量交換向用戶提供熱量。根據(jù)熱力測(cè)量公式，用戶所獲得的熱量可由下列方程式計(jì)算得出：
　　E=∫K×(T_s-T_r)×dv
式中：E——熱交換系統(tǒng)輸出熱量；K——比重和比熱的修正系數(shù)；T_S——進(jìn)水溫度（℃）；Tr——出水溫度（℃）；V——一定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)供熱系統(tǒng)的熱水流量（升）。
　　式中K值是一個(gè)同時(shí)取決于供回水溫度的變量，用來(lái)對(duì)比重進(jìn)行修正；即，如果進(jìn)水（回水）溫度不同，即使進(jìn)水，回水間的溫差相同，用戶從流經(jīng)系統(tǒng)的等量熱水中所獲得的熱量也是不同的。在熱量表的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中專門談到了K值。
　　根據(jù)預(yù)先設(shè)置的室內(nèi)溫度（隨時(shí)可設(shè)），測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁閥的開啟和關(guān)閉。室內(nèi)感溫度裝置感應(yīng)房間的實(shí)際溫度變化，并和已設(shè)的溫度值進(jìn)行比較，用無(wú)線的方式發(fā)送給積算儀，指導(dǎo)積算儀做出正確的調(diào)節(jié)動(dòng)作；室內(nèi)感溫裝置設(shè)計(jì)上充分考慮了空氣溫度和外界輻射等因素。

1．2　實(shí)現(xiàn)方法
　　熱量表由一個(gè)熱水流量計(jì)、一對(duì)溫度傳感器、一個(gè)積算儀和室內(nèi)感溫裝置組成。儀表安裝在供熱系統(tǒng)的進(jìn)水管上，并將溫度傳感器用斜三通分別安裝在進(jìn)水管和回水管上，流量計(jì)安裝在回水管上，電磁閥安裝在進(jìn)水管上，用流量計(jì)測(cè)量熱水的流量，溫度傳感器測(cè)量進(jìn)水、回水溫度，室內(nèi)感溫裝置實(shí)時(shí)感應(yīng)室內(nèi)溫度，并和已設(shè)溫度（即理想的室內(nèi)溫度，如26℃）相比較，并通知積算儀，使其控制電磁閥的啟閉；積算儀對(duì)溫度、流量等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析；計(jì)算用戶所用熱量及所剩熱費(fèi)（欠費(fèi)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，并報(bào)警，待充值后，電磁閥自動(dòng)開啟）。實(shí)現(xiàn)了儀表的全自動(dòng)控制，真正實(shí)現(xiàn)了智能化。

2　系統(tǒng)主要功能
2．1　積算儀功能
　　（1）顯示進(jìn)水管，回水管的溫度及溫差，顯示范圍為0～100．0℃，溫差范圍為80℃；（2）顯示瞬時(shí)流量和累積流量，顯示范圍為0～999999．99m³；（3）顯示熱功率及累計(jì)熱量，顯示范圍為0～99999999kWh；（4）顯示運(yùn)行時(shí)間；（5）通訊功能；（6）顯示熱費(fèi)剩余金額0～99999．99元；（7）欠費(fèi)報(bào)警。
2．2　室內(nèi)感溫裝置功能
　　（1）顯示室內(nèi)實(shí)際溫度，范圍為0～50．0℃；（2）設(shè)置室內(nèi)恒溫溫度值，范圍為0～50．0℃；（3）實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度比較，實(shí)時(shí)通知積算儀；（4）通訊功能。

3　傳感器的選用及數(shù)學(xué)模型的建立
3．1　溫度傳感器的選用
　　本系統(tǒng)選用美國(guó)DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是可以把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供單片處理，單總線結(jié)構(gòu)，無(wú)須外圍元器件；內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器脈沖計(jì)數(shù)，溫度值為9bit，高位為符號(hào)位。溫度傳感器按熱量表的要求選擇。配對(duì)時(shí)應(yīng)選擇3個(gè)溫度點(diǎn)（使每個(gè)溫度點(diǎn)的傳感器溫差小于0．1℃），保證在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量精度。
3．2　流量傳感器的選用及教學(xué)模型的建立
　　本系統(tǒng)選用渦街流量計(jì)，其核心元件為電壓傳感器。在水管中垂直地插入一根柱狀阻力體，在其兩側(cè)就會(huì)交替產(chǎn)生旋渦，隨著液體下游方向運(yùn)動(dòng)，形成旋渦系列。儀表測(cè)量的瞬時(shí)流量（升／秒）Q與頻率（Hz）f的關(guān)系如下式：
　　  Q＝f／K
式中：K———儀表流量系數(shù)（次／升）。

4　硬件設(shè)計(jì)
4．1　積算儀硬件設(shè)計(jì)
　　在滿足準(zhǔn)確、可靠測(cè)量的前提下，盡量降低功耗是本系統(tǒng)的主要原則。選用低功耗、低頻率、低電壓器件，采用多靜態(tài)的方式。單片機(jī)采用Microchip公司的低功耗產(chǎn)品PIC16F877，速度快，其功耗為十幾微安；溫度、流量、運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)存在非易失性存儲(chǔ)器24C02中。單片機(jī)大部分時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，顯示模塊長(zhǎng)期處于關(guān)斷狀態(tài)；有鍵按下或IC卡插入時(shí)，單片機(jī)通過(guò)中斷方式打開相應(yīng)電路，使其處于工作狀態(tài)。
    電源采用美國(guó)TI公司TPS7250（有關(guān)斷功能）。在 非采暖期，供熱系統(tǒng)長(zhǎng)期處于空閑狀態(tài)，利用時(shí)鐘電路（DS1302）來(lái)通知CPU，控制系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，使整個(gè)電路基本上處于“零”功耗狀態(tài)；采暖期因溫度為非急劇變化量，采用間斷測(cè)量的方式；CPU以流量脈沖方式來(lái)喚醒電源模塊，最大限度降低功耗。
4．2　室內(nèi)感溫裝置硬件電路設(shè)計(jì)
　　為節(jié)約成本，采用一般單片機(jī)（如89C2051），一套AC—DC轉(zhuǎn)換電路，室內(nèi)感溫部分直接與電源相連即可。平時(shí)顯示室內(nèi)實(shí)際溫度；有鍵按下，即進(jìn)入設(shè)置室溫狀態(tài)。發(fā)射采用短距離模塊，時(shí)時(shí)處于發(fā)送狀態(tài)。

5　軟件設(shè)計(jì)
　　鑒于儀表的功能較多，需計(jì)量換算的數(shù)據(jù)較多，又有人為干預(yù)（插入IC卡，按鍵操作）等因素，應(yīng)用程序采用模塊化和多任務(wù)系統(tǒng)的方式設(shè)計(jì)，但無(wú)論哪種情況都必須防止漏測(cè)，漏算的現(xiàn)象。軟件流程見圖2。

6　結(jié)束語(yǔ)
　　根據(jù)供暖運(yùn)行情況，模擬全年運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)儀表熱量及熱費(fèi)的計(jì)算準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測(cè)，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，且儀表在運(yùn)行中可靠性高，這是一款理想的熱計(jì)量?jī)x表。

參考文獻(xiàn)
［1］徐偉，鄒瑜．供暖系統(tǒng)溫控與熱計(jì)量技術(shù)［M］．中國(guó)計(jì)劃出版社，2000．
［2］葉青，寇義民．標(biāo)準(zhǔn)非接觸式IC卡在智能化儀表中的應(yīng)用［J］．電測(cè)與儀表，2003，（7）．
［3］宋書鋒，等．基于PIC單片機(jī)的測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)［J］．儀表技術(shù)，2003，（6）．