基于HT46R65的預付費熱能表設計

　　摘要 按照實(shí)際使用熱能量來(lái)計算取暖費的方法逐漸被接受，同時(shí)也有利于節約熱能。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(guān)鍵詞 預付費熱能表ZLG500 非接觸式IC卡 HT46R65

　　隨著(zhù)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，傳統的以住宅使用面積計算取暖費的方式受到了越來(lái)越多住戶(hù)的質(zhì)疑。例如：在供暖季節內，同樣面積的住戶(hù)，由于家里有人的時(shí)間不相等，而且由于樓層關(guān)系，各家的實(shí)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(lái)了矛盾。國家建設部正在實(shí)施供暖制度改革，實(shí)現對熱能按實(shí)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(hù)用采暖系統，計量熱水通過(guò)進(jìn)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(guò)采暖設備的熱水的體積;兩片溫度傳感器分別用于測量進(jìn)水溫度和回水溫度;非接觸式IC卡用于方便用戶(hù)付費購暖和供暖部門(mén)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(jīng)管道的熱水體積和配對溫度傳感器測量進(jìn)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(jīng)處理后在LCD上顯示出來(lái)。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(zhù)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(shí)，水表閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，停止供暖，等待用戶(hù)購暖充值，重新開(kāi)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(guò)采暖設備的熱水體積;t進(jìn)水、t回水為流過(guò)采暖設備的兩個(gè)溫度。

　　剩余熱能Q2=Q1-Q(Q1為用戶(hù)所購買(mǎi)熱能和)，一段時(shí)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(shí)鐘電路、溫度傳感器DSl8820、水表流量計、鍵盤(pán)和液晶LCD顯示電路、讀卡器、閥門(mén)電機控制電路等部分組成。外圍組件與MCU的相互關(guān)系如圖1所示，其中ZLG500與HT46R65的接線(xiàn)如圖2所示。

　　下面對圖l中各部分進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)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(jìn)水溫度和回水溫度。DSl8820屬于單總線(xiàn)(1-Wire)數字式溫度傳感器，具有結構簡(jiǎn)單，操作靈活，無(wú)須外接電路，對電源電壓波動(dòng)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(diǎn)。

　　流量檢測模塊：用干簧管傳感器水表來(lái)檢測熱水流量。每當流過(guò)水管的水量達到l L時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號;可以通過(guò)中斷或查詢(xún)的方法來(lái)檢測脈沖信號，然后根據采集的溫度來(lái)計算消耗的熱能量。

　　讀卡模塊：采用ZLG500，用來(lái)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(dòng)蜂鳴器響表示讀卡成功。

　　控制閥門(mén)電機模塊：利用HT46R65的兩個(gè)端口直接驅動(dòng)電機。若正向通電，則開(kāi)啟電機;反之，則關(guān)閉電機，平時(shí)端口都設定為低電平。若熱能寄存器的值為零，則關(guān)閉閥門(mén);否則，閥門(mén)是打開(kāi)的。

　　鍵盤(pán)和液晶顯示模塊：液晶用于顯示一些相關(guān)的信息(如熱能和溫度)，按鍵用來(lái)切換顯示信息。充分利用HT單片機的液晶顯示驅動(dòng)模塊，直接驅動(dòng)液晶顯示屏，不必購買(mǎi)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(hù)的實(shí)際熱能使用量進(jìn)行計量。用戶(hù)購買(mǎi)的熱能存儲在非接觸式IC卡中，然后讀卡對表進(jìn)行充值。通過(guò)這種方式繳納取暖費，用多少支付多少，用完后自動(dòng)關(guān)閉供暖。該熱能表能快速、直觀(guān)地將剩余熱能量、消耗的熱能量、進(jìn)水溫度和回水溫度顯示在LCD上，用戶(hù)使用方便，也便于供暖部門(mén)管理和收取取暖費。

　　2.2 軟件部分

　　軟件部分由數個(gè)子模塊組成。C語(yǔ)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(gè)匯編程序，充分利用了HT-IDE3000的混合語(yǔ)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(guò)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(diǎn)數運算操作，如果直接計算然后累加，則帶來(lái)很大的舍去誤差。為了提高計算的精度，在程序中編寫(xiě)了大量浮點(diǎn)數處理和計算的程序：把一個(gè)數轉換成相應的3字節浮點(diǎn)數、浮點(diǎn)數減法、浮點(diǎn)數乘法、浮點(diǎn)數加法，把浮點(diǎn)數轉換成相應的數值進(jìn)行顯示等。浮點(diǎn)數運算具有計算精度高、表示的數值范圍大等優(yōu)點(diǎn)。浮點(diǎn)數運算的法則說(shuō)明如下：浮點(diǎn)數加減法執行前需要對齊階碼，然后尾數相加減;浮點(diǎn)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(jiǎn)單說(shuō)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(tài)，接SS線(xiàn)的外部中斷1為下降沿觸發(fā)，且將定時(shí)器l配置成SPI接口的看門(mén)狗定時(shí)器。寫(xiě)數據時(shí)，首先是MCU在SS線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)下降沿，發(fā)出請求數據傳輸的信號;等待ZLG500響應后，本次數據傳輸開(kāi)始，ZLG500在SCLK為高時(shí)讀取SDATA線(xiàn)上的數據。傳輸完畢后，MCU在SS線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)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：

　?、贉y取進(jìn)水和回水管道中熱水的溫度。

　?、谟嬎銦崮躋、Q2、Q3。

　?、蹘фI盤(pán)操作和LCD顯示，通過(guò)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。

　?、茏詣?dòng)開(kāi)啟或關(guān)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(shí)、準確地讀卡和寫(xiě)卡，實(shí)現預付費功能。

　　結語(yǔ)

　　試驗證明，本熱能表能準確計算用戶(hù)消耗的熱能量，實(shí)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(jìn)的地方，如靈敏度不夠高。該熱能表安裝操作簡(jiǎn)單，計算準確，實(shí)現了按實(shí)際熱能使用量收取暖費。采用非接觸式IC卡預付費技術(shù)，是一種發(fā)展趨勢，既方便用戶(hù)，也解決了長(cháng)期困擾供應部門(mén)的“收費難”問(wèn)題，可廣泛應用于集中供熱、分戶(hù)計量的采暖設施中。