一体化智能热量表的开发和设计.doc

一体化智能热量表的开发和设计 1、引 言在过去相当长的一段时期内，实行的是大锅饭式的供暖包费制。“热”一直无法成为真正的商品。 现在人们对这个问题的解决已经形成共识：必需打破大锅饭式的供暖包费制，采用热量计量收费制，使“热”这一商品实现产销双方直接交易，使“热”成为真正的商品。“谁用热，谁交钱”。 国内目前热量表研制的厂家虽然较多，但成熟的产品还较少，而能大批量生产热量表的厂家还没有。国外热量表的昂贵价格是其在中国推广应用的最大阻力。实现热量表的国产化，是实现热量计量收费的关键。在这种情况下开始研制并进行热量表试制，具有一定意义。2、系统结构和预实现的功能分析通过市场调研，发现当前市场上的暖气表的一般结构框图如图1所示，其主要存在的缺点有： （1）温度传感器安装方式不合理，需要安装特定的管接头。（2）两个温度传感器在暖气表的体外，必威体育官网网址性和安全性不高，暖气表容易被恶意改装。（3）传输导线较长，干扰和信号衰减严重，需要加入驱动电路和抗干扰电路，从而使成本增加。（4）暖气表在工作中，用户不能主观启停，不能体现消费自由的原则。（5）没有温控功能，用户不能调节室内温度。（6）主体结构为单通道式，无法实现回水（暖气）流量的检测，不能防止用户恶意盗热水行为，从而给供暖公司造成损失。 图1 一般暖气表结构框图 综合以上情况，决定自主开发一种功能更加完善，技术更加先进的一体化双通道暖气表，结构如图2所示，其预实现的功能如下：加密功能：自动识别智能卡密码，可防伪卡或信道恶意攻击。显示功能：采用LCD液晶显示，可供用户随时查询购暖总量、剩余量、单价、进出口温度。告警功能：剩余金额小于临界值时，阀门自动关、开，声光驱动告警，可实现在线监测。关断功能：设置启停按钮，方便用户操作。可以不另外安装手动阀门。设置电锁开关在不使用暖气的季节，用户可以手动切断控制器的电源，使其处于零功耗状态。剩余热量为零或系统失电时阀门也会自动关闭。数据设置：通过系统软件可灵活设置用热价格、告警量、透支量分量计费：灵活实现每月的“定量热量”和议价热量的计量收费数据传输：通过射频卡进行数据传输，对数据进行管理，计算机系统可将购暖情况传入智能表数据保护：使用Flash技术安全实时现场数据保护，可防止意外原因造成的实时变化的有用数据的丢失。电源监控：现场监控电源的异常现象并及时进行处理。防盗功能：进口和出口流量同时检测，可防止用户窃能。智能温控：用户可根据需求设定室温范围，系统通过动态流量调整来自动调整室温。 图2 双通道暖气表结构图 3、总体设计3.1系统框图本系统以单片机核心，主要由流量传感、温度传感、阀门开闭控制、显示模块、射频模块、掉电保存、声光报警、电源监控等几部分组成。硬件框图如图3所示。 图3 硬件框图 3.2模块说明3.2.1流量传感 安装在管路系统上，用于计量流过供热回路水的体积并发出流量信号。目前，市场上能够买到的数字式流量计非常少，常见的都是一些机械式的，其无法和我们的单片机进行接口。后来发现市场上的一些新式的水表的流量检测系统可以借鉴。故本设计的流量传感拟采用霍尔器件来实现。市场上的霍尔器件比较多，但应用到本系统中综合性能大多都不太好，在网上无意发现了霍尔IC—MLX90248。可谓是为设计量体定做。3.2.2温度传感 温度传感器安装在管路系统的出和入口，采集系统内介质的温度并发出温度信号。DALLAS必威体育精装版单线数字温度系统DS18B20是新的“一线器件”，其体积更小、适用电压更宽，更经济。一线总线独特而且经济的特点，使我们可轻松地组建传感器网络。其测量温度的范围为–55 — +125度，在–10 — +85 度范围内，可以程序设定 9—12 位的分辨率精度为正负0.0625度。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。适合于恶劣环境的温度测量。从性价比出发，其已经能够胜任设计要求。3.2.3射频卡读写模块 其是数据传输的中间介质。选择何种存储载体作为本系统的重要数据传输中介，是本设计的关键技术。从安全、可靠、经济等角度考虑，本系统拟采用非接触式射频IC卡。当今世界上非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）中的主流产品—PHILIPS公司的MIFARE技术，已经被制定为国际标准：ISO/IEC 14443 TYPE A标准 。如果事先不知卡片上的密码，则由于密码的变化可以极其复杂，因此靠猜测密码而想打开卡片上的一个扇区的可能性几乎为零。其充分地说明了Mifare 1 卡片的高度安全性，必威体育官网网址性，及卡片的应用场合多样性，一卡多用（一卡通）。现在市场上已经有不少成熟的读写模块可供设计选用，通过比较智能卡读写模块选用MCS-RC500 V3.3 非接触