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1、 摘 要城镇供暖是生活环境质量的重要指标之一，将直接影响到城镇居民的日常生活。近年来，由于实施分户热量收费的迫切需要，设计一种预付费式热能计量控制系统十分必要。本文设计了一种基于AT89S52单片机的热能计量与控制系统。通过DS18B20温度传感器和DN20流量传感器，将温度、流量数据直接传给单片机。根据公式算出消耗的热能值，并且通过LCD显示屏显示消费、余额、温度、时间等相关信息，系统设置有语音预警提示。单片机输出信号通过D/A、V/I电路，将输出信号传递给电动调节阀，控制阀门的开度，达到调节室内温度目的。通过CAN总线以及非接触式IC卡模块实现远程抄表和用户的预付费功能。系统数据存储在储存
2、芯片AT24C04A内，防止数据丢失。预付费热量表不仅可以解决供暖系统中耗热的计量问题，还大大提高了供暖计费的准确性和及时性，杜绝错误、遗漏等问题，为科学、及时、准确、合理进行民用供热系统的热能计费、收费、控制提供了有效的工具。关键词：预付费；热能计量；远程抄表AbstractHeating is an important indicator of urban environmental quality of life , will directly affect the daily life of urban residents . In recent years , due to the
3、urgent need to implement household calorie charges , to design a prepaid -type heat measurement and control system is necessary.This paper designs energy measurement and control system based on AT89S52 microcontroller . DN20 through DS18B20 temperature sensors and flow sensors , temperature , flow d
4、ata directly to the microcontroller . Energy consumption values calculated according to the formula , and the LCD display shows consumption, balance , temperature , time, and other relevant information, the system is provided with a voice warning prompt. Microcontroller output signal through the D /
5、 A, V / I circuit , the output signal is transmitted to the electric control valve, control valve opening , to regulate the indoor temperature purposes. Remote meter reading and users via the CAN bus and non-contact IC card prepaid module functions . System data stored in memory chips AT24C04A, prev
6、ent data loss.Calorimeter prepaid heating system can not only solve measurement problems in heat consumption , but also greatly improve the accuracy and timeliness , to eliminate errors, omissions and other problems heating billing for scientific , timely, accurate and reasonable conduct civil heati
7、ng systems heat billing, charging , control provides effective tools .Keywords : Prepaid ; Energy Metering ; Remote Meter Reading目 录第1章 绪论51.1 课题来源与实际应用意义51.2 国内外发展现状61.3 系统的设计目标和要求8第2章 系统方案设计102.1 热能计量方法102.2 总体设计框图112.3 控制器的选型112.4 温度传感器选择122.5 流量传感器选择132.6 IC卡选型132.7 通讯方式选择14第3章 系统硬件设计163.1 单片最小系
8、统设计163.2 温度检测模块设计173.3 流量检测模块设计193.4 数据存储模块设计223.5 时钟电路设计233.6 IC卡接口模块设计243.7 天线电路263.8 电动调节阀控制电路设计273.9 显示模块设计303.10 报警模块设计313.11 键盘接口电路设计313.12 通信模块设计323.13 电源及电源监控电路设计33第4章 系统软件设计364.1 系统主程序设计364.2 初始化子程序设计384.3 温度检测子程序设计394.4 流量检测子程序设计404.5 热能计量子程序设计414.6 显示子程序设计424.7 IC卡读写子程序设计434.8 报警子程序设计444.
9、9 CAN总线子程序设计45第5章 结论46参考文献47致谢49附录50附录58附录61第1章 绪论1.1 课题来源与实际应用意义近年来，由我国冬季供暖问题而引发的矛盾一直是各方关注的焦点，主要表现在计价方法不严谨，缴纳供暖费不方便，目前国内大部分地区以面积收费，不同地区的居民供暖温度不同但费用统一收取。随着我国市场经济的不断发展和完善，将现行的供暖计费方式由按建筑面积计费变为按消耗的热能计费是供暖计费方式发展趋势。新型供暖计费系统设计和新型供暖设备开发等硬件措施则更是必备的条件。家庭采暖用热能做为需要花钱购买的的消费品，已为广大消费者认可。近年来，国家建设部、各地建委也相继颁布了有关推广政策
10、，要求实行采暖分户计量。但是，采暖分户计量收费在我国还是一个全新的话题。它涉及到政策、管理、收费方式、相关产品、技术等诸多问题。供热收费体制的改革是其中一个重要组成部分，它已成为继医疗、住房改革后与人民生活密切相关的又一热点问题。为此，本文设计了一种新型的热能计量系统，为科学、及时、严谨、合理进行分户供热系统的热能计费、缴费、控制提供了有效的工具。我国地域广阔，人口众多，房屋建筑规模巨大，其中住宅建设约占居住建筑的92，住宅建设量大而且面广，至今仍呈上升趋势，而且这个上升趋势还将持续2030年。但是我们必须清醒的看到，我国如此庞大的房屋建筑及住宅建设的快速增长是以资源和能源的高消耗为代价换取的
11、，除了利用最直接的资源-土地以外，住宅能源消耗的增长是住宅建设发展的一大限制因素。当前由于我国建筑物的保温隔热和气密性能很差，供暖系统热效率低，单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍。到2000年，全国城市建筑耗能将占能源生产总量的14，这就说明，只有坚决采取节约能源的措施才能维持建筑的可持续发展。国外的热计量经验表明，按照热量收费的制度是促使用户自觉节能的最有效手段，据统计，把大锅饭式的采暖包费制，改为按实际使用热量向用户收费，可节能2030。而在我国长期以来实行福利制供暖，能耗多少与用户利益无关，这是大锅饭体制遗留下来的一大弊端，也是供热系统节能工作的一个最大障碍。1.2
12、国内外发展现状供热方式的选择和发展随着一个国家所处的地理位置、能源资源、经济环境、能源技术水平等情况的差异而有所不同。与国外相比，我国目前采暖系统相对落后，主要是系统热效率低，室温冷热不均，采暖费按面积计费。我国在按户计量与温度控制方面的研究处于起步阶段，当前的任务是深化理论计算研究，完善适合中国国情的系统方案，进行深入的、全面的试点试验，制定相应的测试方法。我国到2012年在新建住宅和现有住宅中将全面推广分户热计量供暖型式，实行供暖按用热量收费制度，这是我国节约能源保护环境，实施可持续发展战略的重要措施之一，也是世界各国的发展趋势。国外热量是以商品进入市场的。欧洲早在20世纪二十年代就开始进
13、行按户计量，八十年代已全面实行集中供暖按户计量。美国到八十年代末期应用的热量计量仪表己达到250万台。七十年代末出现的能源危机及能源消耗加大环境污染，使得节约能源和保护环境成了举世瞩目的大事，促进了发达国家供热计量技术的长足发展。德国规定每栋楼必须安装热量计，每组换热器必须安装温控阀和热计量装置。在法国1980年公布的热计量收费法规中，也明确制定了每栋楼必须安装热计量表，不允许按面积收费。收费方法也作了明确规定：生活热水按热水表计量收费，采暖热费则要分两部分收取，其中3040为按建筑面积计算，6070按消耗的热量计算。我国早在1986年开始试行第一部建筑节能设计标准，但建设部2000年对北方地
14、区的检查结果表明：真正的节能建筑只占到同期建筑总量的64！不仅单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上，而且空调系统的能耗也居高不下。事实上，造成大量能源浪费的原因，除体制方面的原因外，还在于传统的按面积缴纳热费或冷气费的做法无形中纵容了“高能耗”的行为。由于我国热计量方面的研究处于起步阶段，存在一定程度上的盲目性与试探性，研究中出现了一些问题与争议，比如国外的热计量方式与推广经验是否适合中国国情？国外的热计量产品能否在中国完全适用？什么样的系统能够应用计量？面对我国如此大的市场需求，开发什么产品、采用什么系统方式能够经济、简单、可靠，在达到节能目的的同时，满足舒适需要等等，这些都需要
15、我们进行更深入地研究和探讨。近几年来，国内许多部门做了大量有效的工作，在居住建筑建立适合热量计量的供热系统以及热量计量方法方面做了一些示范工程，进行了有益的探索，取得了一定的成效。目前，国内不少单位根据建筑采暖必须计量收费的原则，已着手研究开发建筑节能技术和产品，引进、消化、研制相关的控制手段和仪表。北京、长春、沈阳等城市的供热单位已经以不同规模，不同供热计量方式进行了试验，并取得了可喜的成绩。比如天津市凯丽花园热分配式的热计量、龙潭路节能住宅一户一表式热计量等，都为下一步的研究提供了宝贵的经验。另外，热计量产品方面，一方面，国外大公司如：何德鲁美、Honeywell、西门子、斯伦贝谢等大举进入中国市场，另一方面，国内生产企业全面进入起步阶段，热计量产品的研制开发工作发展很快，己经有数家企业开发出类似产品。 特别是在北欧国家，从20世纪70年代能源危机以来，十分重视建筑节能工作，并制定了有关政策、法规以及相配套的技术措施。国外发达国家的集中供热系统均为动态的变流量系统，其调节与控制技术先进，控制手段完善，设备质量高。通常一次管网所提供的热量在热力站交换成二次采暖热水和民用生活热水。在热力站的二次水系统中均安装有变频调速的水泵、压差控制器、电动调节阀、气温补偿器以及回水温度限制器等设备。有了一整套成熟的供
