摘  要： 隨著我國福利制度的改革，供暖制度也發生了相應的變化。在供暖體制中，傳統的以住宅使用面積計算取暖費的方式受到了越來越多住戶的質疑。   

    隨著我國福利制度的改革，供暖制度也發生了相應的變化。在供暖體制中，傳統的以住宅使用面積計算取暖費的方式受到了越來越多住戶的質疑。   

    例如：在供暖季節內，同樣面積的住戶，由于家里有人的時間不相等，而且由于樓層關系，各家的實際室內溫度也不相同，但是按照傳統的方法，必須繳納相等的取暖費，這就帶來了矛盾。國家建設部正在實施供暖制度改革，實現對熱能按實際使用量收費。本文給出了一種基于HT46R65單片機的智能IC卡預付費熱能表的設計方案。    

　　1 工作原理   

　　該熱能表用于熱水作為傳熱媒介的戶用采暖系統，計量熱水通過進水管道和回水管道所釋放的熱量；主要由流量計(水表)、數字式溫度傳感器、非接觸式IC卡讀卡模塊(ZLG500)、液晶顯示模塊等組成。流量計用于計量流過采暖設備的熱水的體積；兩片溫度傳感器分別用于測量進水溫度和回水溫度；非接觸式IC卡用于方便用戶付費購暖和供暖部門管理，液晶用于顯示一些基本信息。   

原理是根據流量計提供的流經管道的熱水體積和配對溫度傳感器測量進水與回水的溫度數據送至計算器，計算出消耗的熱能，熱能數據經處理后在LCD上顯示出來。非接觸式IC卡被識別后讀出卡中的熱能數值，然后把卡中的熱能數據清零。隨著使用的熱能量增加，剩余的熱能量相應減小。當剩余的熱能量為零時，水表閥門自動關閉，停止供暖，等待用戶購暖充值，重新開啟供暖。   

　　消耗熱能Q的計算公式如下：   

　　其中：C為水的比熱容(C=0.011 67 kWh／L·℃)；V為流過采暖設備的熱水體積；t進水、t回水為流過采暖設備的兩個溫度。   

　　剩余熱能Q2=Q1-Q(Q1為用戶所購買熱能和)，一段時間內屏幕所能顯示的總消耗熱能Q3=∑Q。   

　　2 熱能表結構   

　　2.1 硬件部分   

　　硬件部分主要由HT46R65、電源模塊、時鐘電路、溫度傳感器DS18B20、水表流量計、鍵盤和液晶LCD顯示電路、讀卡器、閥門電機控制電路等部分組成。外圍組件與MCU的相互關系如圖1所示，其中ZLG500與HT46R65的接線如圖2所示。   



　　下面對圖1中各部分進行簡單說明。   

　　溫度采集模塊：采用2片Dallas公司的DS18B20溫度傳感器，分別采集進水溫度和回水溫度。DS18B20屬于單總線(1-Wire)數字式溫度傳感器，具有結構簡單，操作靈活，無須外接電路，對電源電壓波動不敏感(在保證溫度轉換精度為±0.5℃的情況下，電源電壓可為+3.3～+5.5 V)等優點。   

　　流量檢測模塊：用干簧管傳感器水表來檢測熱水流量。每當流過水管的水量達到1 L時，產生一個脈沖信號；可以通過中斷或查詢的方法來檢測脈沖信號，然后根據采集的溫度來計算消耗的熱能量。   

　　讀卡模塊：采用ZLG500，用來讀取非接觸式IC卡中的熱能數據(對熱能表充值)；然后與剩余的熱能相加存到熱能寄存器中，并在讀卡成功后將卡中的數據清零。驅動蜂鳴器響表示讀卡成功。   

　　控制閥門電機模塊：利用HT46R65的兩個端口直接驅動電機。若正向通電，則開啟電機；反之，則關閉電機，平時端口都設定為低電平。若熱能寄存器的值為零，則關閉閥門；否則，閥門是打開的。   

　　鍵盤和液晶顯示模塊：液晶用于顯示一些相關的信息(如熱能和溫度)，按鍵用來切換顯示信息。充分利用HT單片機的液晶顯示驅動模塊，直接驅動液晶顯示屏，不必購買集成的液晶顯示模塊，降低了成本。   

　　熱能表主要功能是對用戶的實際熱能使用量進行計量。用戶購買的熱能存儲在非接觸式IC卡中，然后讀卡對表進行充值。通過這種方式繳納取暖費，用多少支付多少，用完后自動關閉供暖。該熱能表能快速、直觀地將剩余熱能量、消耗的熱能量、進水溫度和回水溫度顯示在LCD上，用戶使用方便，也便于供暖部門管理和收取取暖費。 

 2.2 軟件部分  

　　軟件部分由數個子模塊組成。C語言主程序中內嵌了讀卡模塊通信、讀卡后數據傳輸、溫度采集、熱能計算以及液晶顯示數個匯編程序，充分利用了HT-IDE3000的混合語言編程環境。軟件流程如圖3所示。在計算消耗的熱能量過程中，Q=C?V?△t。假設△t=26℃，V=1 L，則Q=0.011 67×1×26=0.303 42 kWh。HT-IDE3000不支持浮點數運算操作，如果直接計算然后累加，則帶來很大的舍去誤差。  

    為了提高計算的精度，在程序中編寫了大量浮點數處理和計算的程序：把一個數轉換成相應的3字節浮點數、浮點數減法、浮點數乘法、浮點數加法，把浮點數轉換成相應的數值進行顯示等。浮點數運算具有計算精度高、表示的數值范圍大等優點。浮點數運算的法則說明如下：浮點數加減法執行前需要對齊階碼，然后尾數相加減；浮點數乘法是尾數相乘，階碼相加。  

    以ZLG500與HT46R65之間通信的匯編程序模塊為例，簡單說明如下(系統的晶振頻率為4 MHz)：匯編程序SPI_INIT將SPI接口初始化為空閑狀態，接SS線的外部中斷1為下降沿觸發，且將定時器1配置成SPI接口的看門狗定時器。寫數據時，首先是MCU在SS線上產生一個下降沿，發出請求數據傳輸的信號；等待ZLG500響應后，本次數據傳輸開始，ZLG500在SCLK為高時讀取SDA-TA線上的數據。傳輸完畢后，MCU在SS線上產生一個上升沿結束本次傳輸。(具體程序略——編者注。)  

    3 熱能表的功能  

　　熱能表具有如下功能：  

　　①測取進水和回水管道中熱水的溫度。  

　　②計算熱能Q、Q2、Q3。  

　　③帶鍵盤操作和LCD顯示，通過按鍵切換屏幕顯示的內容。顯示的數據有t高溫、t低溫、Q2、Q3。  

　　④自動開啟或關閉供暖。  

　　⑤HT46R65單片機和ZLG500讀卡模塊之間建立連接和通信，及時、準確地讀卡和寫卡，實現預付費功能。  

　　結 語  

　　試驗證明，本熱能表能準確計算用戶消耗的熱能量，實現了先交費后使用的功能，并在2006年天津市“盛群”杯競賽中獲一等獎；但仍有一些需要改進的地方，如靈敏度不夠高。該熱能表安裝操作簡單，計算準確，實現了按實際熱能使用量收取暖費。采用非接觸式IC卡預付費技術，是一種發展趨勢，既方便用戶，也解決了長期困擾供應部門的“收費難”問題，可廣泛應用于集中供熱、分戶計量的采暖設施中。