基于HT46R65的預付費熱能表設計

　　摘要 按照實際使用熱能量來計算取暖費的方法逐漸被接受，同時也有利于節(jié)約熱能。本文介紹一種基于HT46R65單片機的非接觸式IC卡預付費熱能表的設計方案，并給出其工作原理、硬件電路和軟件流程等。

　　關鍵詞 預付費熱能表ZLG500 非接觸式IC卡 HT46R65

　　隨著我國福利制度的改革，供暖制度也發(fā)生了相應的變化。在供暖體制中，傳統(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，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(shù)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(jù)流量計提供的流經(jīng)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(shù)據(jù)送至計算器，計算出消耗的熱能，熱能數(shù)據(jù)經(jīng)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(shù)值，然后把卡中的熱能數(shù)據(jù)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DSl8820、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l中各部分進行簡單說明。

　　溫度采集模塊：采用2片Dallas公司的DSl8820溫度傳感器，分別采集進水溫度和回水溫度。DSl8820屬于單總線(1-Wire)數(shù)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±O.5℃的情況下，電源電壓可為+3.3～+5.5 V)等優(yōu)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l 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(jù)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(shù)據(jù)(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(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸、溫度采集、熱能計算以及液晶顯示數(shù)個匯編程序，充分利用了HT-IDE3000的混合語言編程環(huán)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=1L，則Q=0.O1167×1×26=0.303 42kWh。HT-IDE3000不支持浮點數(shù)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(shù)處理和計算的程序：把一個數(shù)轉換成相應的3字節(jié)浮點數(shù)、浮點數(shù)減法、浮點數(shù)乘法、浮點數(shù)加法，把浮點數(shù)轉換成相應的數(shù)值進行顯示等。浮點數(shù)運算具有計算精度高、表示的數(shù)值范圍大等優(yōu)點。浮點數(shù)運算的法則說明如下：浮點數(shù)加減法執(zhí)行前需要對齊階碼，然后尾數(shù)相加減;浮點數(shù)乘法是尾數(shù)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(tǒng)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(tài)，接SS線的外部中斷1為下降沿觸發(fā)，且將定時器l配置成SPI接口的看門狗定時器。寫數(shù)據(jù)時，首先是MCU在SS線上產生一個下降沿，發(fā)出請求數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?等待ZLG500響應后，本次數(shù)據(jù)傳輸開始，ZLG500在SCLK為高時讀取SDATA線上的數(shù)據(jù)。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。

　?、蹘фI盤操作和LCD顯示，通過按鍵切換屏幕顯示的內容。顯示的數(shù)據(jù)有t高溫、t低溫、Q2、Q3。

　?、茏詣娱_啟或關閉供暖。

　?、軭T46R65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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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。