專利名稱：非接觸式射頻ic卡熱、冷量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測量熱量的儀表領(lǐng)域，尤其是按照購熱量和購熱時間計費的裝 置，具體地說是一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表。
背景技術(shù)：
目前，供熱、冷計量收費改革在全國開展后，在廣大北方地區(qū)及中部地區(qū)的供熱， 同時，南方地區(qū)的供冷計量用熱量表的年需求量可達上百萬套近千億元的市場容量。傳統(tǒng)的熱、冷量表主要由計算器、溫度傳感器和流量傳感器三部分組成。其中計算 器則是由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器及顯示器三部分組成，模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能是把溫度傳感器 測量的溫度(模擬信號)轉(zhuǎn)換成微處理器能夠處理的數(shù)字信號；微處理器則是對接收的流量 傳感器和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度的信號進行處理；顯示器的功能則是把測得的以及計算得到 的數(shù)據(jù)顯示出來，只是解決了記錄數(shù)據(jù)的問題，對于棘手的控制問題，集中供熱，統(tǒng)一收費 給供熱部門和用戶都帶來了很大的不便，特別在當(dāng)前能源相當(dāng)緊張的情況下，如何解決收 費分散、收費難、繳費難的問題，供熱體制的管理及收費改革更是勢在必行，采用預(yù)付費使 得供熱部門方便收費，用戶也可以根據(jù)自己的需要調(diào)整暖氣的水流量，在不需要的時候關(guān) 掉暖氣，節(jié)約費用。還有，近年來國內(nèi)外陸續(xù)出現(xiàn)了不同形式的IC卡熱、冷量表，其中傳統(tǒng) 的接觸式IC卡，存在制作和使用不方便，防密性能不好，使用壽命短等的不足，并影響整體 的IC卡熱、冷量表的使用，導(dǎo)致收費系統(tǒng)不穩(wěn)定，故障難排除等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前供暖、冷系統(tǒng)所存在的收費難、收費系統(tǒng)不穩(wěn)定，故 障難排除的問題，提出一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表。本實用新型的技術(shù)方案是一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表它包括入口溫度采集模塊、出口溫度采集模 塊、熱交換系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器MCU、閥門驅(qū)動電路、流量計和讀寫卡電路，所述的入、 出口溫度采集模塊分別檢測量表熱交換系統(tǒng)的入、出口水溫，入、出口溫度采集模塊的輸出 通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器MCU對應(yīng)的的入、出口輸入端相連，流量計檢測流經(jīng)熱交換系統(tǒng)入 口的熱水或冷水的流量，流量計的輸出與控制器MCU的流量信號輸入端相連，讀寫卡電路 與非接觸式射頻IC卡感應(yīng)連接，讀寫卡電路的輸出與控制器MCU的射頻信號輸入端相連， 控制器MCU的輸出與閥門驅(qū)動電路的輸入相連，閥門驅(qū)動電路的輸出控制表體上閥門的通 斷。本實用新型的熱量表還包括顯示器、電源電路和數(shù)據(jù)存儲器，電源電路為熱量表 的各模塊提供工作電源，控制器MCU的顯示信號輸出端和數(shù)據(jù)存儲信號輸出端分別與顯示 器和數(shù)據(jù)存儲器的對應(yīng)信號輸入端相連。本實用新型的入口溫度采集模塊包括入口溫度傳感器和入口溫度信號放大、修正 電路，入口溫度傳感器檢測量表熱交換系統(tǒng)的入口水溫，入口溫度傳感器的輸出通過入口溫度信號放大、修正電路進行放大、修正后與A/D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連；出口 溫度傳感器檢測量表熱交換系統(tǒng)的出口水溫，出口溫度傳感器的輸出通過出口溫度信號放 大、修正電路進行放大、修正后與A/D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連。本實用新型的有益效果本實用新型的非接觸式射頻IC卡與讀寫卡電路的主要功能是完成卡中數(shù)據(jù)信息 與量表控制器MCU中數(shù)據(jù)信息的交換，所說信息包括每個MCU的地址，MCU計算的熱、冷量， 卡中的充值熱、冷量，信息交換完成后MCU將自身計算的熱、冷量與卡中充值的熱、冷量進 行比較從而決定是否要開閥或關(guān)閥，當(dāng)欠費時，即自動斷暖?？刂破鱉CU還要將自身各部分 硬件運行狀態(tài)傳輸?shù)娇ㄖ?，方便后臺管理軟件及時發(fā)現(xiàn)是否有硬件故障發(fā)生。本實用新型在保證功耗的前提下，能夠正常完成流量信號和兩路溫度信號的采集 工作，并經(jīng)運算處理后得到循環(huán)系統(tǒng)正確的放熱熱量，以及其它必須的輔助數(shù)據(jù)，最后再把 結(jié)果通過液晶顯示器正確的顯示出來，另外，儀表還要具備故障檢測和遠傳通訊功能。本實用新型的射頻IC卡為全密封、非接觸式，具有防水、防潮和抗攻擊的優(yōu)點。本實用新型具有液晶顯示功能，包括熱量、流量、累積流量、進回水溫度、累積工作 時間、剩余量、欠電提示、閥門狀態(tài)的等顯示，內(nèi)容全面，功能提示完備，用戶可隨時交費 充值。供暖期中，用戶可隨時停止供暖(此時系統(tǒng)不計費)，也可隨時恢復(fù)供暖，節(jié)約采暖費。 余額可累計到下個供暖季。本實用新型具有報警功能，當(dāng)電壓低時，自動關(guān)閥報警，余額較少時(可設(shè)置)關(guān)閥 報警，以提醒用戶充值。本實用新型的量表定時開關(guān)閥，防止閥門結(jié)垢。本實用新型的量表超低功耗，靜態(tài)工作電流< 10 μ A。

圖1是本實用新型的原理框圖。圖2是本實用新型的計費流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表它包括入口溫度采集模塊、出口溫 度采集模塊、熱交換系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器MCU、閥門驅(qū)動電路、流量計和讀寫卡電路，所 述的入、出口溫度采集模塊分別檢測量表熱交換系統(tǒng)的入、出口水溫，入、出口溫度采集模 塊的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器MCU對應(yīng)的的入、出口輸入端相連，流量計檢測流經(jīng)熱交 換系統(tǒng)入口的熱水或冷水的流量，流量計的輸出與控制器MCU的流量信號輸入端相連，讀 寫卡電路與非接觸式射頻IC卡感應(yīng)連接，讀寫卡電路的輸出與控制器MCU的射頻信號輸入 端相連，控制器MCU的輸出與閥門驅(qū)動電路的輸入相連，閥門驅(qū)動電路的輸出控制表體上 閥門的通斷。本實用新型的熱量表還包括顯示器、電源電路和數(shù)據(jù)存儲器，電源電路為熱量表 的各模塊提供工作電源，控制器MCU的顯示信號輸出端和數(shù)據(jù)存儲信號輸出端分別與顯示 器和數(shù)據(jù)存儲器的對應(yīng)信號輸入端相連。[0022]本實用新型的入口溫度采集模塊包括入口溫度傳感器和入口溫度信號放大、修正 電路，入口溫度傳感器檢測量表熱交換系統(tǒng)的入口水溫，入口溫度傳感器的輸出通過入口 溫度信號放大、修正電路進行放大、修正后與A/D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連；出口 溫度傳感器檢測量表熱交換系統(tǒng)的出口水溫，出口溫度傳感器的輸出通過出口溫度信號放 大、修正電路進行放大、修正后與A/D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連。按購熱、冷量計算時一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表的計費方法，它包括以下 步驟(a)、首先，將購熱、冷量寫入用戶的射頻IC卡中，用戶將射頻IC卡與讀寫卡電路 感應(yīng)連接，卡中信息數(shù)據(jù)通過射頻感應(yīng)輸入非接觸式射頻IC卡熱、冷量表中，熱量表的控 制器MCU通過閥門驅(qū)動電路開閥供暖；(b)、由流量計測量出流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的熱水或冷水的流量，并將測量結(jié)果以脈沖 形式傳送給控制器MCU;(C)、通過入、出口溫度采集模塊測出熱交換系統(tǒng)的入口和出口水溫，通過A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并發(fā)送至控制器MCU，控制器MCU采用以下方程計算出熱交換系統(tǒng)釋 放的熱量Q = f pqv Δ hd τ其中，Q 熱交換系統(tǒng)釋放的熱量；ρ :流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水的密度kg / ；q ν :流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水的流速 /h ；τ 時間即供熱、冷量計算的積分時間；Ah 焓值差，由入口溫度對應(yīng)的焓值-出口溫度對應(yīng)的焓值；根據(jù)入口和出口 水溫通過查表計算出液體的焓值差，(d)、在用戶取暖過程中，量表中控制器MCU自動隨供暖時間核減表內(nèi)剩余費用， 當(dāng)所購供暖費用或時間用盡，控制器MCU通過閥門驅(qū)動電路關(guān)閉熱水進水管路上的閥門停 止供暖；所述的供暖費用為熱交換系統(tǒng)釋放的熱量X熱量單價。本實用新型的讀寫卡電路與非接觸式射頻IC卡感應(yīng)方式為，讀寫卡電路驅(qū)動內(nèi) 部線圈發(fā)出電磁場，當(dāng)IC卡放入電磁場中時，IC卡內(nèi)部線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，為卡片工作提 供能量；IC卡通過短接內(nèi)部線圈來調(diào)制發(fā)射端即讀寫卡電路驅(qū)動內(nèi)部線圈發(fā)出電磁場，讀 寫卡電路通過比較發(fā)射出的電磁場幅值和讀寫卡電路接收的IC卡調(diào)制后電磁場幅值的 強弱來解調(diào)出接收信號，實現(xiàn)讀寫卡電路與非接觸式射頻IC卡的通信。在發(fā)射端的電磁場中，假如IC卡內(nèi)部線圈沒短接時發(fā)射端的電磁場幅值為3V，當(dāng) IC卡內(nèi)部線圈短接時將形成一個閉合回路感應(yīng)出電流，磁場切割閉合回路導(dǎo)體，回路將獲 取能量感應(yīng)出電流，從而使發(fā)射端的電磁場幅值削弱；假設(shè)幅值降到2. 8V，那么讀寫卡電 路發(fā)射端通過比較電磁場幅值來接收IC卡中的信息，IC卡通過短接或斷開內(nèi)部線圈來表 示輸出“0”或“1”。本實用新型的流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的水的流速q ν =流量體積/τ ；其中，流量體積= 流量計發(fā)出的脈沖數(shù)X閥門的流量系數(shù)。按購熱、冷時間計算時它包括以下步驟(a)、首先，將購得的供暖時間寫入用戶的射頻IC卡中，用戶將射頻IC卡中信息輸入非接觸式射頻IC卡熱、冷量表中，量表的控制器MCU通過閥門驅(qū)動電路開閥供暖；(b)、在用戶取暖過程中，量表中控制器MCU自動隨供暖時間核減表內(nèi)剩余時間， 當(dāng)所購供暖費用或時間用盡，控制器MCU通過閥門驅(qū)動電路關(guān)閉熱水進水管路上的閥門停 止供暖；所述的供暖費用為熱交換系統(tǒng)釋放的熱量X熱量單價。傳統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換是采用MCU中的自帶AD轉(zhuǎn)換器，由于標(biāo)準(zhǔn)參考電源不穩(wěn)定，其精度 不高。使用獨立的AD轉(zhuǎn)換器精度高，但成本太高。本設(shè)計采用折衷的方法即保證了精度高 同時也降低了器件的成本。采用高精度穩(wěn)壓器和標(biāo)準(zhǔn)電阻組成高精度恒流源。此電流流經(jīng) 溫度傳感器(鉬金熱敏電阻)將在溫度傳感器上產(chǎn)生壓降，MCU通過采樣通道轉(zhuǎn)換芯片對各 個通道不同的壓降進行輪流AD轉(zhuǎn)換。為了克服環(huán)境溫差變化對高精度穩(wěn)壓器造成的溫漂， 采用了兩只標(biāo)準(zhǔn)電阻(11(,1.3 分別是溫度傳感器的阻值的下限和上限的阻值)MCU先對 兩只標(biāo)準(zhǔn)電阻進行AD轉(zhuǎn)換然后再對溫度傳感器進行AD轉(zhuǎn)換，Rc = (1.35K - IK)* (Tc -Tlk)/(Tl. 35k - Tlk)根據(jù)轉(zhuǎn)換的比值可計算出溫度傳感器的阻值，從而有效的克服了器 件的溫漂對AD轉(zhuǎn)換精度的影響。具體實施時計算器的顯示功能有用戶回路、檢定回路兩個菜單。顯示器在工作狀態(tài)下，如在用 戶回路，超過3分鐘無動作自動休眠；如在檢定回路超過1小時無動作自動休眠。不論從何 處進入休眠狀態(tài)，從休眠狀態(tài)喚醒后重新回到用戶菜單的起始點。a、用戶回路菜單該菜單主要面向用戶，為用戶提供必要的使用信息。b、累積熱量連續(xù)記錄循環(huán)回路消耗或吸收的熱量。單位Kwh ；顯示到小數(shù)點后三位，即 0. OOlKwh，累積顯示。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)大于99999. 999Kwh時，將顯示精度降到lKwh，使最大顯示 范圍達到99999999Kwh，數(shù)據(jù)溢出自動歸零。C、累積流量連續(xù)記錄介質(zhì)流經(jīng)循環(huán)回路的體積。單位；當(dāng)工作顯示到小數(shù)點后三位，既 0.001 ，累積顯示。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)大于99999. 999 時，將顯示精度降到1 ，使最大顯示范 圍達到99999999 ，數(shù)據(jù)益出自動歸零。當(dāng)進入檢定狀態(tài)顯示到小數(shù)點后五位，即0. 00001d、進水溫度單位°C，有效位數(shù)0. OOl0Ce、出水溫度單位V，有效位數(shù)0. 01 °Cf、溫差單位V，有效位數(shù)0. 01 °Cg、瞬時流量單位/h，有效位數(shù)0. 001 /h，數(shù)據(jù)顯示間隔小于10秒。h、工作時間記錄熱量表出廠后的累積工作時間，單位為小時(h )i、故障時間[0060]當(dāng)量表沒有故障發(fā)生時，故障代碼菜單不顯示，直接轉(zhuǎn)到累計熱、冷量代碼菜單； 當(dāng)發(fā)生故障時，顯示引起故障的原因代碼。該代碼應(yīng)有明確的解釋并簡潔易記。當(dāng)出現(xiàn)“電 量不足”故障時，要把重要數(shù)據(jù)累積熱、冷量、累積流量、累積工作時間以及故障時間保存 下來(見L數(shù)據(jù)保護部分)。當(dāng)排除故障后，顯示恢復(fù)正常，熱量表根據(jù)累積熱量和工作時間， 計算出發(fā)生故障這段時間所消耗的熱量，計算公式為故障期用熱量(Kwh)故障時間*當(dāng)日 最大瞬時用熱量，并加入到累積熱量中。j、參數(shù)補償設(shè)定溫度量程參數(shù)設(shè)定0°C 30°C、30°C 60°C、60°C 90°C溫度補償，以及有乙方為 每組溫度測量精度而設(shè)定的其它范圍的溫度補償參數(shù)設(shè)定(50L/h 100L/h、100L/h 500L/h、500L/h 1000L/h、1000L/h 1500L/h、1500L/h 3250L/h、3250L/h 5000L/h) 熱量補償參數(shù)設(shè)定，記憶由乙方為滿足熱量計算精度而設(shè)定的其它補償參數(shù)設(shè)定，(含溫度 范圍的熱量補償)；參數(shù)設(shè)定功能的進入應(yīng)做到保密性，即無特權(quán)無法進入，操作應(yīng)盡量簡 單易行。k、熱量值的計算應(yīng)參照熱力學(xué)有關(guān)壓力與密度，進而影響熱焓值溫度對于熱焓值影響的相關(guān)計算 公式，對于不同壓力下(用流量值間接判斷)，不同溫度下的等體積的水的質(zhì)量進行修正，并 選擇用質(zhì)量計算熱量的公式計算出熱量，或者選用補償表法進行修正。1、檢定回路菜單此功能為質(zhì)量和故障維護時提供更為詳細的信息，無論檢定菜單如何操作，都不 影響用戶的計量精度。當(dāng)進入檢定功能后，顯示系統(tǒng)應(yīng)處于常顯狀態(tài)。各項參數(shù)進入實時檢測狀態(tài)，并能 夠依據(jù)各檢測數(shù)據(jù)實時計算和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，要求顯示更新時間小于15秒，如未達到采樣 時間，可參照用插值預(yù)估，測值補正的辦法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示，但響應(yīng)數(shù)據(jù)測量的間隔時 間應(yīng)能在保證測量精確度的條件下達到最短。m、四個主要功能控制、設(shè)置、計算和數(shù)據(jù)庫?？刂乒δ苡糜谘b置流程的運行，設(shè)置 功能用于檢定用數(shù)據(jù)的設(shè)定，計算功能為各種測得數(shù)據(jù)的修正、誤差計算，數(shù)據(jù)庫主要存儲 計算所需標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和檢定結(jié)果。操作程序簡單明了，功能齊全。計時型熱、冷量表系統(tǒng)是根據(jù)取暖用戶交納的相應(yīng)時間的取暖、冷費用，自動識別 所購時間是否用完，并有提前提示功能，當(dāng)該用戶預(yù)存熱費用完后閥門自動關(guān)閉，需重新充 值后方能再次供暖、冷。計費型熱、冷量表系統(tǒng)是根據(jù)取暖用戶交納的用熱、冷量費用，自動識別所購熱、 冷量是否用完，并提前提示，當(dāng)該用戶預(yù)存熱、冷費用完后閥門自動關(guān)閉，需重新充值后方 能再次供暖。系統(tǒng)只在供暖、冷期用戶開閥供暖、冷時才計費，供暖、冷期中用戶關(guān)閥暫停供暖、 冷或者是在非供暖、冷期，系統(tǒng)都不會計費。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表，其特征是它包括入口溫度采集模塊、出口溫度 采集模塊、熱交換系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器MCU、閥門驅(qū)動電路、流量計和讀寫卡電路，所述 的入、出口溫度采集模塊分別檢測量表熱交換系統(tǒng)的入、出口水溫，入、出口溫度采集模塊 的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器MCU對應(yīng)的的入、出口輸入端相連，流量計檢測流經(jīng)熱交換 系統(tǒng)入口的熱水或冷水的流量，流量計的輸出與控制器MCU的流量信號輸入端相連，讀寫 卡電路與非接觸式射頻IC卡感應(yīng)連接，讀寫卡電路的輸出與控制器MCU的射頻信號輸入端 相連，控制器MCU的輸出與閥門驅(qū)動電路的輸入相連，閥門驅(qū)動電路的輸出控制表體上閥 門的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式射頻IC卡熱、冷量表，其特征是所述的熱量表還包 括顯示器、電源電路和數(shù)據(jù)存儲器，電源電路為熱量表的各模塊提供工作電源，控制器MCU 的顯示信號輸出端和數(shù)據(jù)存儲信號輸出端分別與顯示器和數(shù)據(jù)存儲器的對應(yīng)信號輸入端 相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式射頻IC卡熱、冷量表，其特征是所述的入口溫度采 集模塊包括入口溫度傳感器和入口溫度信號放大、修正電路，入口溫度傳感器檢測量表熱 交換系統(tǒng)的入口水溫，入口溫度傳感器的輸出通過入口溫度信號放大、修正電路進行放大、 修正后與A/D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連；出口溫度傳感器檢測量表熱交換系統(tǒng)的 出口水溫，出口溫度傳感器的輸出通過出口溫度信號放大、修正電路進行放大、修正后與A/ D轉(zhuǎn)換器的對應(yīng)模擬信號輸入端相連。
專利摘要一種非接觸式射頻IC卡熱、冷量表，入、出口溫度采集模塊分別檢測量表熱交換系統(tǒng)的入、出口水溫，通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器MCU對應(yīng)端相連，流量計檢測流經(jīng)熱交換系統(tǒng)入口的流量，流量計的輸出與MCU的流量信號輸入端相連，讀寫卡電路與IC卡感應(yīng)連接，讀寫卡電路的輸出與MCU的射頻信號輸入端相連，MCU的輸出與閥門驅(qū)動電路的輸入相連，閥門驅(qū)動電路的輸出控制表體上閥門的通斷。本實用新型MCU計算的IC卡中的充值熱、冷量，信息交換完成后MCU將自身計算的熱、冷量與卡中充值的熱、冷量進行比較從而決定是否要開閥或關(guān)閥，當(dāng)欠費時，即自動斷暖；用戶可隨時交費充值，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，具有計費可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號G07F15/06GK201867897SQ20102064682
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者吳興中 申請人:吳興中