【正文】 本科生畢業(yè)設計（論文） 摘 要城鎮(zhèn)供暖是生活環(huán)境質量的重要指標之一，將直接影響到城鎮(zhèn)居民的日常生活。近年來，由于實施分戶熱量收費的迫切需要，設計一種預付費式熱能計量控制系統(tǒng)十分必要。本文設計了一種基于AT89S52單片機的熱能計量與控制系統(tǒng)。通過DS18B20溫度傳感器和DN20流量傳感器，將溫度、流量數(shù)據直接傳給單片機。根據公式算出消耗的熱能值，并且通過LCD顯示屏顯示消費、余額、溫度、時間等相關信息，系統(tǒng)設置有語音預警提示。單片機輸出信號通過D/A、V/I電路，將輸出信號傳遞給電動調節(jié)閥，控制閥門的開度，達到調節(jié)室內溫度目的。通過CAN總線以及非接觸式IC卡模塊實現(xiàn)遠程抄表和用戶的預付費功能。系統(tǒng)數(shù)據存儲在儲存芯片AT24C04A內，防止數(shù)據丟失。預付費熱量表不僅可以解決供暖系統(tǒng)中耗熱的計量問題，還大大提高了供暖計費的準確性和及時性，杜絕錯誤、遺漏等問題，為科學、及時、準確、合理進行民用供熱系統(tǒng)的熱能計費、收費、控制提供了有效的工具。關鍵詞：預付費；熱能計量；遠程抄表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 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 data 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 / 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 noncontact IC card prepaid module functions . System data stored in memory chips AT24C04A, prevent 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 heating systems heat billing, charging , control provides effective tools .Keywords : Prepaid 。 Energy Metering 。 Remote Meter Reading目 錄第1章 緒論 5 課題來源與實際應用意義 5 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 6 系統(tǒng)的設計目標和要求 8第2章 系統(tǒng)方案設計 10 熱能計量方法 10 總體設計框圖 11 控制器的選型 11 溫度傳感器選擇 12 流量傳感器選擇 13 IC卡選型 13 通訊方式選擇 14第3章 系統(tǒng)硬件設計 16 單片最小系統(tǒng)設計 16 溫度檢測模塊設計 17 流量檢測模塊設計 19 數(shù)據存儲模塊設計 22 時鐘電路設計 23 IC卡接口模塊設計 24 天線電路 26 電動調節(jié)閥控制電路設計 27 顯示模塊設計 30 報警模塊設計 31 鍵盤接口電路設計 31 通信模塊設計 32 電源及電源監(jiān)控電路設計 33第4章 系統(tǒng)軟件設計 36 系統(tǒng)主程序設計 36 初始化子程序設計 38 溫度檢測子程序設計 39 流量檢測子程序設計 40 熱能計量子程序設計 41 顯示子程序設計 42 IC卡讀寫子程序設計 43 報警子程序設計 44 CAN總線子程序設計 45第5章 結論 46參考文獻 47致謝 49附錄Ⅰ 50附錄Ⅱ 58附錄Ⅲ 6174第1章 緒論 課題來源與實際應用意義近年來，由我國冬季供暖問題而引發(fā)的矛盾一直是各方關注的焦點，主要表現(xiàn)在計價方法不嚴謹，繳納供暖費不方便，目前國內大部分地區(qū)以面積收費，不同地區(qū)的居民供暖溫度不同但費用統(tǒng)一收取。隨著我國市場經濟的不斷發(fā)展和完善，將現(xiàn)行的供暖計費方式由按建筑面積計費變?yōu)榘聪牡臒崮苡嬞M是供暖計費方式發(fā)展趨勢。新型供暖計費系統(tǒng)設計和新型供暖設備開發(fā)等硬件措施則更是必備的條件。家庭采暖用熱能做為需要花錢購買的的消費品，已為廣大消費者認可。近年來，國家建設部、各地建委也相繼頒布了有關推廣政策，要求實行采暖分戶計量。但是，采暖分戶計量收費在我國還是一個全新的話題。它涉及到政策、管理、收費方式、相關產品、技術等諸多問題。供熱收費體制的改革是其中一個重要組成部分，它已成為繼醫(yī)療、住房改革后與人民生活密切相關的又一熱點問題。為此，本文設計了一種新型的熱能計量系統(tǒng)，為科學、及時、嚴謹、合理進行分戶供熱系統(tǒng)的熱能計費、繳費、控制提供了有效的工具。我國地域廣闊，人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，其中住宅建設約占居住建筑的92％，住宅建設量大而且面廣，至今仍呈上升趨勢，而且這個上升趨勢還將持續(xù)20～30年。但是我們必須清醒的看到，我國如此龐大的房屋建筑及住宅建設的快速增長是以資源和能源的高消耗為代價換取的，除了利用最直接的資源土地以外，住宅能源消耗的增長是住宅建設發(fā)展的一大限制因素。當前由于我國建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，供暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達國家的3倍。到2000年，全國城市建筑耗能將占能源生產總量的14％，這就說明，只有堅決采取節(jié)約能源的措施才能維持建筑的可持續(xù)發(fā)展。國外的熱計量經驗表明，按照熱量收費的制度是促使用戶自覺節(jié)能的最有效手段，據統(tǒng)計，把大鍋飯式的采暖包費制，改為按實際使用熱量向用戶收費，可節(jié)能20％～30％。而在我國長期以來實行福利制供暖，能耗多少與用戶利益無關，這是大鍋飯體制遺留下來的一大弊端，也是供熱系統(tǒng)節(jié)能工作的一個最大障礙。 國內外發(fā)展現(xiàn)狀供熱方式的選擇和發(fā)展隨著一個國家所處的地理位置、能源資源、經濟環(huán)境、能源技術水平等情況的差異而有所不同。與國外相比，我國目前采暖系統(tǒng)相對落后，主要是系統(tǒng)熱效率低，室溫冷熱不均，采暖費按面積計費。我國在按戶計量與溫度控制方面的研究處于起步階段，當前的任務是深化理論計算研究，完善適合中國國情的系統(tǒng)方案，進行深入的、全面的試點試驗，制定相應的測試方法。我國到2012年在新建住宅和現(xiàn)有住宅中將全面推廣分戶熱計量供暖型式，實行供暖按用熱量收費制度，這是我國節(jié)約能源保護環(huán)境，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施之一，也是世界各國的發(fā)展趨勢。國外熱量是以商品進入市場的。歐洲早在20世紀二十年代就開始進行按戶計量，八十年代已全面實行集中供暖按戶計量。美國到八十年代末期應用的熱量計量儀表己達到250萬臺。七十年代末出現(xiàn)的能源危機及能源消耗加大環(huán)境污染，使得節(jié)約能源和保護環(huán)境成了舉世矚目的大事，促進了發(fā)達國家供熱計量技術的長足發(fā)展。德國規(guī)定每棟樓必須安裝熱量計，每組換熱器必須安裝溫控閥和熱計量裝置。在法國1980年公布的熱計量收費法規(guī)中，也明確制定了每棟樓必須安裝熱計量表，不允許按面積收費。收費方法也作了明確規(guī)定：生活熱水按熱水表計量收費，采暖熱費則要分兩部分收取，其中30～40％為按建筑面積計算，60～70％按消耗的熱量計算。我國早在1986年開始試行第一部建筑節(jié)能設計標準，但建設部2000年對北方地區(qū)的檢查結果表明：真正的節(jié)能建筑只占到同期建筑總量的64％！不僅單位建筑面積采暖能耗為發(fā)達國家新建建筑的3倍以上，而且空調系統(tǒng)的能耗也居高不下。事實上，造成大量能源浪費的原因，除體制方面的原因外，還在于傳統(tǒng)的按面積繳納熱費或冷氣費的做法無形中縱容了“高能耗”的行為。由于我國熱計量方面的研究處于起步階段，存在一定程度上的盲目性與試探性，研究中出現(xiàn)了一些問題與爭議，比如國外的熱計量方式與推廣經驗是否適合中國國情？國外的熱計量產品能否在中國完全適用？什么樣的系統(tǒng)能夠應用計量？面對我國如此大的市場需求，開發(fā)什么產品、采用什么系統(tǒng)方式能夠經濟、簡單、可靠，在達到節(jié)能目的的同時，滿足舒適需要等等，這些都需要我們進行更深入地研究和探討。近幾年來，國內許多部門做了大量有效的工作，在居住建筑建立適合熱量計量的供熱系統(tǒng)以及熱量計量方法方面做了一些示范工程，進行了有益的探索，取得了一定的成效。目前，國內不少單位根據建筑采暖必須計量收費的原則，已著手研究開發(fā)建筑節(jié)能技術和產品，引進、消化、研制相關的控制手段和儀表。北京、長春、沈陽等城市的供熱單位已經以不同規(guī)模，不同供熱計量方式進行了試驗，并取得了可喜的成績。比如天津市凱麗花園熱分配式的熱計量、龍?zhí)堵饭?jié)能住宅一戶一表式熱計量等，都為下一步的研究提供了寶貴的經驗。另外，熱計量產品方面，一方面，國外大公司如：何德魯美、Honeywell、西門子、斯倫貝謝等大舉進入中國市場，另一方面，國內生產企業(yè)全面進入起步階段，熱計量產品的研制開發(fā)工作發(fā)展很快，己經有數(shù)家企業(yè)開發(fā)出類似產品。 特別是在北歐國家，從20世紀70年代能源危機以來，十分重視建筑節(jié)能工作，并制定了有關政策、法規(guī)以及相配套的技術措施。國外發(fā)達國家的集中供熱系統(tǒng)均為動態(tài)的變流量系統(tǒng)，其調節(jié)與控制技術先進，控制手段完善，設備質量高。通常一次管網所提供的熱量在熱力站交換成二次采暖熱水和民用生活熱水。在熱力站的二次水系統(tǒng)中均安裝有變頻調速的水泵、壓差控制器、電動調節(jié)閥、氣溫補償器以及回水溫度限制器等設備。有了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運行模式。集中采暖按熱量計費是世界各國發(fā)展的趨勢，也是各國家節(jié)能環(huán)保的一項基本措施。目前除西方發(fā)達國家已采用這一措施外，東歐各國及原蘇聯(lián)地區(qū)國家正逐步推廣。與此同時，集中采暖按熱量計費的相應技術也進一步發(fā)展，采暖系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)更加先進，計費技術更加可靠和準確，整個采暖熱量計費裝置向小型化、計算機化發(fā)展。國外民用熱量計量方法 (1)測取熱量值收費該方法需對用戶的流量及供、回水溫度進行測量。例如德國早在1981年就頒布了關于熱費的規(guī)定（根據國家1976節(jié)能法），規(guī)定要求在所有新建和現(xiàn)有多層建筑的公寓中安裝分戶熱計量裝置，住宅按照計量的熱耗付費，但沒有規(guī)定強制性技術。東西德統(tǒng)一后，上述法令要求前東德的多層住宅在1995年前必須安裝熱計量裝置。目前約98%的公寓住戶根據計量繳納熱費。該方法的特點是：原理上準確，但價格較貴，安裝復雜，并且在小流量時，計量誤差較大。目前在法國、瑞典等國應用較多。(2)通過測定用戶散熱設備的散熱來確定用戶的用熱量該方法是利用散熱器平均溫度與室內溫度差值的函數(shù)關系來確定散熱器的散熱量；儀表為熱量分配儀表，常用的有蒸發(fā)式和電子式兩種。蒸發(fā)式熱量分配儀表的特點費用不高，安裝簡易，但計量準確性較差。電子式熱量分配表的特點是：計量較準確、方便，價格比熱量計量表低，并且可在戶外讀值。目前在歐美受到歡迎。(3)通過測定用戶的熱負荷來確定用戶的用熱量該方法是測定室內、外溫度，并對取體暖季節(jié)內的室內、外溫差累積求和，然后乘以房間常數(shù)（如體積熱指標等）來確定收費。儀表為測溫儀表，特點是安裝容易，價格較低。但有時將記憶散熱器溫控閥的設定溫度作典型室內溫度而將某一基準溫度作室外溫度。該方法的特點是：安裝容易，價格較低。但由于遵循相同舒適度繳納相同熱費的原則，用戶的熱費只與設定的或測得的室溫有關，而與實際用熱量無關因此開窗等浪費能源的現(xiàn)象無法約束，不利于節(jié)能。目前德國不允許采用，美國、法國有使用供熱采暖網?！∥覈F(xiàn)行供熱收費辦法 (1) 按熱量收費此方法一般是在熱電廠與熱力公司結算時采用。其前提是必須有準確的并被供需雙方都認可的計量儀表。這是最準確且無爭議的辦法?！?2) 按流量收費對一些使用工業(yè)蒸汽的用戶與供熱單位之間多采用這種辦法。這種收費方法只計流量而沒考慮蒸汽的品質，且供需雙方常因計量儀表的計數(shù)差別過大而有爭議?！?3) 按建筑面積收費這種