浅谈IC卡式用户热量表的研究

王睿

摘 要：自20世纪90年代以来，集中供热系统已成为现代化城市的基础设施。就我国在热量计领域内的研究和使用现状进行了分析，并研发出了一种适合我国居民使用的新型IC卡式热量表。

关键词：IC卡；热量表；PIC；传感器

中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0020-02

随着经济的发展，供暖方式也在不断多样化，但我国北方城市还普遍采用区域性的集中热水采暖。本文以用户住房内使用的热量为测量单位，设计出了一种新型的IC卡式户用热量表，该热量表将热量表和IC卡结合在一起，卡和表相互对应、相互牵制，只有将充值后的IC卡插入，才能使用水暖系统，这能极大地提升用户的节能理念，同时，还可以根据用热量进行计费，既合理又科学。

1 总体设计

本课题的主要目标是研发出一种高精度、高可靠性的热量计。该热量计的流量传感器通过叶轮转动信号转换成电脉冲信号，通过脉冲信号的数据记录水温，并通过配对的温度传感器对进水口、回水口测温后，将温度值传送到计算器。计算器根据系统入口和出口处的温度，计算出热量差、水流量和水流经的时间，这样就可以计算出采暖系统实际的热量消耗。总体来说，主要包括以下几个部分的设计：①选择测量元件。指测温传感器和流量传感器的选择。②规划逻辑电路。指设计各元件之间的电路，比如温度传感器电路、测量电路、IC卡的端口和读写电路，其中还包括A/D转换器、存储数据、结果的可视化、键盘操作等设计。③主要软件系统的设计。指设计系统所需要的计算流程、流量计算和测量流程、可视化流程、IC卡的读入和输出流程等软件，使软件在系统中能够更好地体现自身的功能。④设计节能环保环节。

2 设计中需要解决的问题

热量表中包含很多的高新技术。我们在借鉴欧洲产品的成熟思想时，为了规避国内热量表研制过程中所走的弯路，也为了使开发出的产品能够符合我国国情，本课题在研发过程中需要解决以下问题。

2.1 低功耗设计

目前，热量表有两种供电方式：AC电源和干电池电源。如果流量计使用AC电源，当有电时，流量计能比较准确地计算流量，而一旦出现停电事故，流量计就会完全处于停工状态。所以，本系统应选用干电池作为供电电源。另外，干电池的使用寿命是同流量计系统的工作电流紧密相连的。当系统的工作电流为1安培数量级时，干电池无法保证系统的正常工作。如果将流量计的工作电流设计为百毫安级别，那么普通干电池的使用寿命就能提高几个小时；如果将系统的电流设计降为微安级别，那么普通干电池的使用寿命将增加更长的时间，系统就可以更长久地保持工作状态。

2.2 测温电路的精度问题

多种因素都会影响测温的精度，比如铂电阻的选择、A/D转换时的零点校准、两线制和三线制之间的选择等，这些都是需要解决的问题。

2.3 叶轮式流量计测量

叶轮式流量计测量包括热流量和系统脉冲数量的关系、叶轮的转速和热流量之间的关系、热流量的补偿办法等。

2.4 IC卡预付费系统的设计

我国热供应系统一直都存在“收费难”的问题，而采用卡式预付费系统不但可以很好地缓解这一问题，而且抄表员也不需要挨家挨户的进行抄表，从而给用户和供热公司都带来了很大的便利。IC卡预付费系统的设计主要包括IC 的逻辑电路设计、软件的流程设计、电磁阀自动控制电路的设计等。

3 热量表

热量表的主要功能是计算用热量，它主要包括2个温度传感器、热量计算仪和流量感应传感器。当有热水通过时，其热量表指针会产生偏转，从而测得水的温度，再加上流经时间，可按照预先设定的热量计算公式对用户的实际用热量进行计算，并显示计算结果。本设计中的流量传感器可安装在管道的进水口和出水口处，且温度传感器的安装位置对测量的结果有略微影响。在我国，为了防止窃能现象，一般在供水管道上安装流量传感器。

4 IC卡式热量表

IC卡式热量表主要由温度传感器、电磁控制阀、脉冲形式的热水测量表、微控制器热量计算仪和IC卡等部分组成。

其中，流量计用来测量和检测流量数据信号，温度传感器用来检测和测量温度信号。该热量表的核心部分是微控制器，一方面，它操控流量计采集、处理温度传感器提供的信号，并监控用户从供热系统中使用的热量值；另一方面，其内部设置了相关电路，可控制热量表的运转，还能在显示测量数据的同时，对系统进行检查，一旦出现故障将会发出警报。电磁控制阀主要具有控制水流量的功能，能够防止用户违章用热或过度用热的情况发生。用户与售热管理系统通过IC卡交换信息，热量销售管理系统主要具有管理用户个人信息的功能，例如提供IC卡、查询用户的个人信息、查询热量费用价格信息等。

4.1 IC卡的作用

IC卡的主要功能有以下几个：①读取功能。使用IC卡能清楚地读取“总用热量”“剩余热量”“开关阀状态”“卡号”等项目。②记忆功能。能够自行存储用户热量表中的信息。③支配功能。当用户的用热量用完时，供热阀门会自动关闭，只有当用户再次充值并插入IC卡后，系统才能继续工作，并且会自动扣除之前透支使用的热量值。④警报功能。热量余值不足时会自定报警，提醒用户购热；失电报警或电压不足时会自动发出警报并关闭电子控制阀门，以保证系统的安全。⑤耗能低。在系统中可预先设置低耗模式，当用户不进行操作时，PIC会自动设置为低功耗模式。⑥加密功能。一户一卡，不可错用。

摘 要：自20世纪90年代以来，集中供热系统已成为现代化城市的基础设施。就我国在热量计领域内的研究和使用现状进行了分析，并研发出了一种适合我国居民使用的新型IC卡式热量表。

关键词：IC卡；热量表；PIC；传感器

中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0020-02

随着经济的发展，供暖方式也在不断多样化，但我国北方城市还普遍采用区域性的集中热水采暖。本文以用户住房内使用的热量为测量单位，设计出了一种新型的IC卡式户用热量表，该热量表将热量表和IC卡结合在一起，卡和表相互对应、相互牵制，只有将充值后的IC卡插入，才能使用水暖系统，这能极大地提升用户的节能理念，同时，还可以根据用热量进行计费，既合理又科学。

1 总体设计

本课题的主要目标是研发出一种高精度、高可靠性的热量计。该热量计的流量传感器通过叶轮转动信号转换成电脉冲信号，通过脉冲信号的数据记录水温，并通过配对的温度传感器对进水口、回水口测温后，将温度值传送到计算器。计算器根据系统入口和出口处的温度，计算出热量差、水流量和水流经的时间，这样就可以计算出采暖系统实际的热量消耗。总体来说，主要包括以下几个部分的设计：①选择测量元件。指测温传感器和流量传感器的选择。②规划逻辑电路。指设计各元件之间的电路，比如温度传感器电路、测量电路、IC卡的端口和读写电路，其中还包括A/D转换器、存储数据、结果的可视化、键盘操作等设计。③主要软件系统的设计。指设计系统所需要的计算流程、流量计算和测量流程、可视化流程、IC卡的读入和输出流程等软件，使软件在系统中能够更好地体现自身的功能。④设计节能环保环节。

2 设计中需要解决的问题

热量表中包含很多的高新技术。我们在借鉴欧洲产品的成熟思想时，为了规避国内热量表研制过程中所走的弯路，也为了使开发出的产品能够符合我国国情，本课题在研发过程中需要解决以下问题。

2.1 低功耗设计

目前，热量表有两种供电方式：AC电源和干电池电源。如果流量计使用AC电源，当有电时，流量计能比较准确地计算流量，而一旦出现停电事故，流量计就会完全处于停工状态。所以，本系统应选用干电池作为供电电源。另外，干电池的使用寿命是同流量计系统的工作电流紧密相连的。当系统的工作电流为1安培数量级时，干电池无法保证系统的正常工作。如果将流量计的工作电流设计为百毫安级别，那么普通干电池的使用寿命就能提高几个小时；如果将系统的电流设计降为微安级别，那么普通干电池的使用寿命将增加更长的时间，系统就可以更长久地保持工作状态。

2.2 测温电路的精度问题

多种因素都会影响测温的精度，比如铂电阻的选择、A/D转换时的零点校准、两线制和三线制之间的选择等，这些都是需要解决的问题。

2.3 叶轮式流量计测量

叶轮式流量计测量包括热流量和系统脉冲数量的关系、叶轮的转速和热流量之间的关系、热流量的补偿办法等。

2.4 IC卡预付费系统的设计

我国热供应系统一直都存在“收费难”的问题，而采用卡式预付费系统不但可以很好地缓解这一问题，而且抄表员也不需要挨家挨户的进行抄表，从而给用户和供热公司都带来了很大的便利。IC卡预付费系统的设计主要包括IC 的逻辑电路设计、软件的流程设计、电磁阀自动控制电路的设计等。

3 热量表

热量表的主要功能是计算用热量，它主要包括2个温度传感器、热量计算仪和流量感应传感器。当有热水通过时，其热量表指针会产生偏转，从而测得水的温度，再加上流经时间，可按照预先设定的热量计算公式对用户的实际用热量进行计算，并显示计算结果。本设计中的流量传感器可安装在管道的进水口和出水口处，且温度传感器的安装位置对测量的结果有略微影响。在我国，为了防止窃能现象，一般在供水管道上安装流量传感器。

4 IC卡式热量表

IC卡式热量表主要由温度传感器、电磁控制阀、脉冲形式的热水测量表、微控制器热量计算仪和IC卡等部分组成。

其中，流量计用来测量和检测流量数据信号，温度传感器用来检测和测量温度信号。该热量表的核心部分是微控制器，一方面，它操控流量计采集、处理温度传感器提供的信号，并监控用户从供热系统中使用的热量值；另一方面，其内部设置了相关电路，可控制热量表的运转，还能在显示测量数据的同时，对系统进行检查，一旦出现故障将会发出警报。电磁控制阀主要具有控制水流量的功能，能够防止用户违章用热或过度用热的情况发生。用户与售热管理系统通过IC卡交换信息，热量销售管理系统主要具有管理用户个人信息的功能，例如提供IC卡、查询用户的个人信息、查询热量费用价格信息等。

4.1 IC卡的作用

IC卡的主要功能有以下几个：①读取功能。使用IC卡能清楚地读取“总用热量”“剩余热量”“开关阀状态”“卡号”等项目。②记忆功能。能够自行存储用户热量表中的信息。③支配功能。当用户的用热量用完时，供热阀门会自动关闭，只有当用户再次充值并插入IC卡后，系统才能继续工作，并且会自动扣除之前透支使用的热量值。④警报功能。热量余值不足时会自定报警，提醒用户购热；失电报警或电压不足时会自动发出警报并关闭电子控制阀门，以保证系统的安全。⑤耗能低。在系统中可预先设置低耗模式，当用户不进行操作时，PIC会自动设置为低功耗模式。⑥加密功能。一户一卡，不可错用。

摘 要：自20世纪90年代以来，集中供热系统已成为现代化城市的基础设施。就我国在热量计领域内的研究和使用现状进行了分析，并研发出了一种适合我国居民使用的新型IC卡式热量表。

关键词：IC卡；热量表；PIC；传感器

中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0020-02

随着经济的发展，供暖方式也在不断多样化，但我国北方城市还普遍采用区域性的集中热水采暖。本文以用户住房内使用的热量为测量单位，设计出了一种新型的IC卡式户用热量表，该热量表将热量表和IC卡结合在一起，卡和表相互对应、相互牵制，只有将充值后的IC卡插入，才能使用水暖系统，这能极大地提升用户的节能理念，同时，还可以根据用热量进行计费，既合理又科学。

1 总体设计

本课题的主要目标是研发出一种高精度、高可靠性的热量计。该热量计的流量传感器通过叶轮转动信号转换成电脉冲信号，通过脉冲信号的数据记录水温，并通过配对的温度传感器对进水口、回水口测温后，将温度值传送到计算器。计算器根据系统入口和出口处的温度，计算出热量差、水流量和水流经的时间，这样就可以计算出采暖系统实际的热量消耗。总体来说，主要包括以下几个部分的设计：①选择测量元件。指测温传感器和流量传感器的选择。②规划逻辑电路。指设计各元件之间的电路，比如温度传感器电路、测量电路、IC卡的端口和读写电路，其中还包括A/D转换器、存储数据、结果的可视化、键盘操作等设计。③主要软件系统的设计。指设计系统所需要的计算流程、流量计算和测量流程、可视化流程、IC卡的读入和输出流程等软件，使软件在系统中能够更好地体现自身的功能。④设计节能环保环节。

2 设计中需要解决的问题

热量表中包含很多的高新技术。我们在借鉴欧洲产品的成熟思想时，为了规避国内热量表研制过程中所走的弯路，也为了使开发出的产品能够符合我国国情，本课题在研发过程中需要解决以下问题。

2.1 低功耗设计

目前，热量表有两种供电方式：AC电源和干电池电源。如果流量计使用AC电源，当有电时，流量计能比较准确地计算流量，而一旦出现停电事故，流量计就会完全处于停工状态。所以，本系统应选用干电池作为供电电源。另外，干电池的使用寿命是同流量计系统的工作电流紧密相连的。当系统的工作电流为1安培数量级时，干电池无法保证系统的正常工作。如果将流量计的工作电流设计为百毫安级别，那么普通干电池的使用寿命就能提高几个小时；如果将系统的电流设计降为微安级别，那么普通干电池的使用寿命将增加更长的时间，系统就可以更长久地保持工作状态。

2.2 测温电路的精度问题

多种因素都会影响测温的精度，比如铂电阻的选择、A/D转换时的零点校准、两线制和三线制之间的选择等，这些都是需要解决的问题。

2.3 叶轮式流量计测量

叶轮式流量计测量包括热流量和系统脉冲数量的关系、叶轮的转速和热流量之间的关系、热流量的补偿办法等。

2.4 IC卡预付费系统的设计

我国热供应系统一直都存在“收费难”的问题，而采用卡式预付费系统不但可以很好地缓解这一问题，而且抄表员也不需要挨家挨户的进行抄表，从而给用户和供热公司都带来了很大的便利。IC卡预付费系统的设计主要包括IC 的逻辑电路设计、软件的流程设计、电磁阀自动控制电路的设计等。

3 热量表

热量表的主要功能是计算用热量，它主要包括2个温度传感器、热量计算仪和流量感应传感器。当有热水通过时，其热量表指针会产生偏转，从而测得水的温度，再加上流经时间，可按照预先设定的热量计算公式对用户的实际用热量进行计算，并显示计算结果。本设计中的流量传感器可安装在管道的进水口和出水口处，且温度传感器的安装位置对测量的结果有略微影响。在我国，为了防止窃能现象，一般在供水管道上安装流量传感器。

4 IC卡式热量表

IC卡式热量表主要由温度传感器、电磁控制阀、脉冲形式的热水测量表、微控制器热量计算仪和IC卡等部分组成。

其中，流量计用来测量和检测流量数据信号，温度传感器用来检测和测量温度信号。该热量表的核心部分是微控制器，一方面，它操控流量计采集、处理温度传感器提供的信号，并监控用户从供热系统中使用的热量值；另一方面，其内部设置了相关电路，可控制热量表的运转，还能在显示测量数据的同时，对系统进行检查，一旦出现故障将会发出警报。电磁控制阀主要具有控制水流量的功能，能够防止用户违章用热或过度用热的情况发生。用户与售热管理系统通过IC卡交换信息，热量销售管理系统主要具有管理用户个人信息的功能，例如提供IC卡、查询用户的个人信息、查询热量费用价格信息等。

4.1 IC卡的作用

IC卡的主要功能有以下几个：①读取功能。使用IC卡能清楚地读取“总用热量”“剩余热量”“开关阀状态”“卡号”等项目。②记忆功能。能够自行存储用户热量表中的信息。③支配功能。当用户的用热量用完时，供热阀门会自动关闭，只有当用户再次充值并插入IC卡后，系统才能继续工作，并且会自动扣除之前透支使用的热量值。④警报功能。热量余值不足时会自定报警，提醒用户购热；失电报警或电压不足时会自动发出警报并关闭电子控制阀门，以保证系统的安全。⑤耗能低。在系统中可预先设置低耗模式，当用户不进行操作时，PIC会自动设置为低功耗模式。⑥加密功能。一户一卡，不可错用。