IC卡预付费热量表系统
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摘要
IC卡预付费热量表不仅可以解决供暖系统中耗热的计量问题，还可以有效的解决取暖费的收取问题，是适应供暖改革的最佳计量器具。
引 言
在相当长的一段时间内，我国的集中供热一直遵循着计划经济的理念，为企事业单位和居民提供着福利式的服务，福利式供热制度成了福利制的最后一个堡垒，供热行业成了计划经济的最后一块阵地。目前的供热收费制度弊端日益突出，一方面，交费的用户不一定能享受到高质量的供热服务，不缴费的用户也多少能得到供热。另一方面，供热部门收不上取暖费，不能保证正常运营，导致供热陷入恶性循环，尤其是三北地区，冬季供暖收费形式更为严峻。建设部《建筑节能“九五”规划和2010年规划》的发展目标中明确指出：“对集中供暖的民用建筑在今后十年内应逐步安装热量表及调节设备，并实施按表计量收费工作”。2000年建设部76号令《民用建筑节能管理规定》又强调自2000年10月1日起，新建住宅的集中采暖系统应当使用分户控制和热量计量装置。供暖改革及分户计量势在必行。而且据国外资料报道，推行计量收费，可节约能源20～30%。热量表是实行热量计量的关键设备。但普通热量表只能解决计量问题，不能从根本上解决收费问题。IC卡预付费热量表应用系统能从根本上解决查表收费问题，而且有利于供热部门实现办公自动化。
IC卡预付费热量表应用系统概述
1.1 IC卡预付费热量表应用系统构成
IC卡预付费热量表应用系统由IC卡预付费热量表、传输媒体IC卡、计算机销售管理系统构成统构成。
1.2 IC卡预付费热量表应用系统工作过程
使用时，首先在管理系统中建立用户档案，对用户进行开户、预付费处理，通过计算机销售管理系统将预付费的热量写入IC卡，用户将写有预购热量的IC卡插入IC卡预付费热量表，IC卡预付费热量表识别卡的合法性后，将卡内数据读入表内，打开阀门供热。当预购热量不足时，有声响提示，提醒用户余量不足，尽快交费；当剩余热量小到一定程度时，IC卡预付费热量表自动切断阀门，停止供热。此时，用户只有重新持卡交费，才能恢复正常供热。
IC卡预付费热量表
2.1 IC卡预付费热量表构成
IC卡预付费热量表主要由流量传感器、配对温度传感器、IC卡预付费计算器、预付费控制阀门构成。
2.2 IC卡预付费热量表工作原理
热量是质量流量、焓差对时间的积分。要计算热量，首先要取得质量流量，因此需要流量传感器。但目前经济适用的流量传感器均为体积流量传感器，计算器在计算过程中要将体积流量转换成质量流量。配对温度传感器分别安装在管路系统的进出口，计算器通过A/D转换测得进出口水的温度，进而取得水的进出口焓差，按热量计算公式计算出热量，并进行热量累计、预购量扣减、判断表内余量是否够用等操作，若表内预量不足，则发出声响提示，提醒用户余量不足，及时交费，当表内余量小到一定程度时，将关断阀门，停止供热。
2.3 流量传感器
在对传统水表作了大量的准确度测试及重复性试验的基础上，本文提出：热量表的流量传感器不能用热水表[15]代替或用冷水水表[16]改造，需要重新设计热量表的流量传感器。本文结合TI公司的流量接口芯片TMS3723B，把微电子技
术应用于传统水表的结构改造上，运用机电结合的原理，采用非磁性材料作为传感器，重新设计了热量表的流量传感器：无磁流量传感器。本文的无磁流量传感器的机械转动部件只有一个叶轮，省略了传统水表减速齿传动等复杂的机械结构，减少了力矩损失。经实际测量，本文设计的无磁流量传感器在准确度、灵敏度方面的指标明显优于普通水表。本文设计的无磁流量传感器不仅仅应用在热量表上，还可以作为电子水表单独使用，也可以应用在IC卡水表及远传水表方面，具有较宽的应用范围。本文设计的IC卡预付费热量表已进行了100台小批量生产。
2.4 配对温度传感器
温度传感器有多种形式，本文设计中配对温度传感器为符合IEC-751规定的铂电阻温度传感器Pt1000。其原理是计算器通过A/D转换取得铂电阻阻值，根据IEC751中温度与阻值的对应关系，取得温度，进而取得焓值。热量表的温度传感器不仅要符合IEC751的规定，更要进行严格配对。从降低成本角度考虑，在大量实验的基础上，本文热量表温度传感器的信号采集用记录电容充放电时间的方式实现。大量的实验数据表明，此方法可行。
2.5 IC卡预付费热量表的计算器
IC卡预付费热量表的计算器主要由微处理器、电源监测电路、通讯接口、IC卡读写单元、液晶显示器、报警单元 、阀门驱动电路、 数据保存单元构成。
3、传输媒体IC卡
IC卡是IC预付费热量表与计算机销售管理系统间的传输媒体。IC卡芯片具有写改数据和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容可以根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判断之用。根据卡内所镶嵌的集成电路的不同，可以将卡分成存储卡、逻辑加密卡、CPU卡。从安全性方面考虑，IC卡预付费热量表选用金融CPU卡。
4、计算机销售管理系统
销售管理系统用于日常管理与维护，操作简单，易于维护，并易于进行二次开发。管理系统基本业务包括开户、销售、查询、统计、维护等。
IC card prepayment heat meter is not only able to solve the measure problem of heat consuming in the heating supply, but also to solve the charging problem effectively. It’s the best measure instrument to adapt to the heating reformation.
Foreword
In a quite long period, the heating supply in our country always keep to the concept of plan economic and supply welfare service for the enterprise units and residents. The welfare heating supply system will be the last fort of the welfare system. The heating supply industry will be the last position of the plan economic. At present, the malpractice of the heating charge system increasingly stands out. In one hand, the consumer cannot always enjoy the high quality heating service, but the consumers whom didn’t charge can also get the heating supply. In the other hand, the heating administration cannot collect the heating charge and can not ensure operate normally. So the heating supply will get into the vicious circle, especially the three-north area, it is more austerity for the heating charge formal in the winter. The Ministry of Construction point out definitely in the development aim in “Construction energy saving ‘nine-five’programming and 2010 programming”: For the concentration heating supply domestic construction will gradually install heat meter and regulation instrument in the future ten years and put in practice the
working according to the meter charging. In 2000 the Ministry of Construction No.76 order “domestic construction energy saving management regulation”, it emphasizes on from Oct 1st, 2000, the concentration heating system of the new built house will use separate consumer controlling and heat measurement units. It will be imperative under the situation for the heating reformation and separate consumer charging. According to the report of the foreign country, to push the measurement charge will save 20%-30% energy. The heat meter is the key instrument for carrying out the heating measurement. But the common heat meter can only solve the measurement problem; it cannot solve the charge problem radically. The IC card prepayment heat meter applying system can solve the charge problem radically and also benefit for the heating supply administration to realize the work automatically.
1. Summarize for the IC card prepayment heat meter applying system
1.1 IC card prepayment heat meter applying system composition
IC card prepayment heat meter applying system consists of IC card prepayment heat meter, transmission media IC card and computer sales management system.
1.2 The working procedure of the IC card prepayment heat meter applying system
At first you should build the user records in the management system and create user, prepay management. You can write the heat prepayment into the IC card by the computer sales management system. The use inserts the IC card, which has prepayment in it into the IC card prepayment heat meter. After
the IC card prepayment heat meter identify the legality of the card, the data in the card will be written into the meter and open the valve for supply heating. When the prepayment is shortage, it will have a beep to prompt the user the IC card is short or remaining, the user should charge as soon as possible; when the remaining is less than a certain degree, the IC card prepayment heat meter will shut off the valve automatically and stop supplying heating. At this time, the user should hold the card to charge again for resuming heat supplying normally.
2. IC card prepayment heat meter
2.1 IC card prepayment heat meter composition
IC card prepayment heat meter mainly consists of flow sensor, temperature sensor pair, IC card prepayment calculator, and prepayment control valve.
2.2 The working principle for the IC card prepayment heat meter
Heating is mass flow rate, the enthalpies difference is integral of the time. To calculate the heat, you should get the mass flow rate, so it need flow rate sensor. But at present the economical applicable flow rate sensor is volume flow rate sensor. So du
引 言
在相当长的一段时间内，我国的集中供热一直遵循着计划经济的理念，为企事业单位和居民提供着福利式的服务，福利式供热制度成了福利制的最后一个堡垒，供热行业成了计划经济的最后一块阵地。目前的供热收费制度弊端日益突出，一方面，交费的用户不一定能享受到高质量的供热服务，不缴费的用户也多少能得到供热。另一方面，供热部门收不上取暖费，不能保证正常运营，导致供热陷入恶性循环，尤其是三北地区，冬季供暖收费形式更为严峻。建设部《建筑节能“九五”规划和2010年规划》的发展目标中明确指出：“对集中供暖的民用建筑在今后十年内应逐步安装热量表及调节设备，并实施按表计量收费工作”。2000年建设部76号令《民用建筑节能管理规定》又强调自2000年10月1日起，新建住宅的集中采暖系统应当使用分户控制和热量计量装置。供暖改革及分户计量势在必行。而且据国外资料报道，推行计量收费，可节约能源20～30%。热量表是实行热量计量的关键设备。但普通热量表只能解决计量问题，不能从根本上解决收费问题。IC卡预付费热量表应用系统能从根本上解决查表收费问题，而且有利于供热部门实现办公自动化。
IC卡预付费热量表应用系统概述
1.1 IC卡预付费热量表应用系统构成
IC卡预付费热量表应用系统由IC卡预付费热量表、传输媒体IC卡、计算机销售管理系统构成统构成。
1.2 IC卡预付费热量表应用系统工作过程
使用时，首先在管理系统中建立用户档案，对用户进行开户、预付费处理，通过计算机销售管理系统将预付费的热量写入IC卡，用户将写有预购热量的IC卡插入IC卡预付费热量表，IC卡预付费热量表识别卡的合法性后，将卡内数据读入表内，打开阀门供热。当预购热量不足时，有声响提示，提醒用户余量不足，尽快交费；当剩余热量小到一定程度时，IC卡预付费热量表自动切断阀门，停止供热。此时，用户只有重新持卡交费，才能恢复正常供热。
IC卡预付费热量表
2.1 IC卡预付费热量表构成
IC卡预付费热量表主要由流量传感器、配对温度传感器、IC卡预付费计算器、预付费控制阀门构成。
2.2 IC卡预付费热量表工作原理
热量是质量流量、焓差对时间的积分。要计算热量，首先要取得质量流量，因此需要流量传感器。但目前经济适用的流量传感器均为体积流量传感器，计算器在计算过程中要将体积流量转换成质量流量。配对温度传感器分别安装在管路系统的进出口，计算器通过A/D转换测得进出口水的温度，进而取得水的进出口焓差，按热量计算公式计算出热量，并进行热量累计、预购量扣减、判断表内余量是否够用等操作，若表内预量不足，则发出声响提示，提醒用户余量不足，及时交费，当表内余量小到一定程度时，将关断阀门，停止供热。
2.3 流量传感器
在对传统水表作了大量的准确度测试及重复性试验的基础上，本文提出：热量表的流量传感器不能用热水表[15]代替或用冷水水表[16]改造，需要重新设计热量表的流量传感器。本文结合TI公司的流量接口芯片TMS3723B，把微电子技
术应用于传统水表的结构改造上，运用机电结合的原理，采用非磁性材料作为传感器，重新设计了热量表的流量传感器：无磁流量传感器。本文的无磁流量传感器的机械转动部件只有一个叶轮，省略了传统水表减速齿传动等复杂的机械结构，减少了力矩损失。经实际测量，本文设计的无磁流量传感器在准确度、灵敏度方面的指标明显优于普通水表。本文设计的无磁流量传感器不仅仅应用在热量表上，还可以作为电子水表单独使用，也可以应用在IC卡水表及远传水表方面，具有较宽的应用范围。本文设计的IC卡预付费热量表已进行了100台小批量生产。
2.4 配对温度传感器
温度传感器有多种形式，本文设计中配对温度传感器为符合IEC-751规定的铂电阻温度传感器Pt1000。其原理是计算器通过A/D转换取得铂电阻阻值，根据IEC751中温度与阻值的对应关系，取得温度，进而取得焓值。热量表的温度传感器不仅要符合IEC751的规定，更要进行严格配对。从降低成本角度考虑，在大量实验的基础上，本文热量表温度传感器的信号采集用记录电容充放电时间的方式实现。大量的实验数据表明，此方法可行。
2.5 IC卡预付费热量表的计算器
IC卡预付费热量表的计算器主要由微处理器、电源监测电路、通讯接口、IC卡读写单元、液晶显示器、报警单元 、阀门驱动电路、 数据保存单元构成。
3、传输媒体IC卡
IC卡是IC预付费热量表与计算机销售管理系统间的传输媒体。IC卡芯片具有写改数据和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容可以根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判断之用。根据卡内所镶嵌的集成电路的不同，可以将卡分成存储卡、逻辑加密卡、CPU卡。从安全性方面考虑，IC卡预付费热量表选用金融CPU卡。
4、计算机销售管理系统
销售管理系统用于日常管理与维护，操作简单，易于维护，并易于进行二次开发。管理系统基本业务包括开户、销售、查询、统计、维护等。
IC card prepayment heat meter is not only able to solve the measure problem of heat consuming in the heating supply, but also to solve the charging problem effectively. It’s the best measure instrument to adapt to the heating reformation.
Foreword
In a quite long period, the heating supply in our country always keep to the concept of plan economic and supply welfare service for the enterprise units and residents. The welfare heating supply system will be the last fort of the welfare system. The heating supply industry will be the last position of the plan economic. At present, the malpractice of the heating charge system increasingly stands out. In one hand, the consumer cannot always enjoy the high quality heating service, but the consumers whom didn’t charge can also get the heating supply. In the other hand, the heating administration cannot collect the heating charge and can not ensure operate normally. So the heating supply will get into the vicious circle, especially the three-north area, it is more austerity for the heating charge formal in the winter. The Ministry of Construction point out definitely in the development aim in “Construction energy saving ‘nine-five’programming and 2010 programming”: For the concentration heating supply domestic construction will gradually install heat meter and regulation instrument in the future ten years and put in practice the
working according to the meter charging. In 2000 the Ministry of Construction No.76 order “domestic construction energy saving management regulation”, it emphasizes on from Oct 1st, 2000, the concentration heating system of the new built house will use separate consumer controlling and heat measurement units. It will be imperative under the situation for the heating reformation and separate consumer charging. According to the report of the foreign country, to push the measurement charge will save 20%-30% energy. The heat meter is the key instrument for carrying out the heating measurement. But the common heat meter can only solve the measurement problem; it cannot solve the charge problem radically. The IC card prepayment heat meter applying system can solve the charge problem radically and also benefit for the heating supply administration to realize the work automatically.
1. Summarize for the IC card prepayment heat meter applying system
1.1 IC card prepayment heat meter applying system composition
IC card prepayment heat meter applying system consists of IC card prepayment heat meter, transmission media IC card and computer sales management system.
1.2 The working procedure of the IC card prepayment heat meter applying system
At first you should build the user records in the management system and create user, prepay management. You can write the heat prepayment into the IC card by the computer sales management system. The use inserts the IC card, which has prepayment in it into the IC card prepayment heat meter. After
the IC card prepayment heat meter identify the legality of the card, the data in the card will be written into the meter and open the valve for supply heating. When the prepayment is shortage, it will have a beep to prompt the user the IC card is short or remaining, the user should charge as soon as possible; when the remaining is less than a certain degree, the IC card prepayment heat meter will shut off the valve automatically and stop supplying heating. At this time, the user should hold the card to charge again for resuming heat supplying normally.
2. IC card prepayment heat meter
2.1 IC card prepayment heat meter composition
IC card prepayment heat meter mainly consists of flow sensor, temperature sensor pair, IC card prepayment calculator, and prepayment control valve.
2.2 The working principle for the IC card prepayment heat meter
Heating is mass flow rate, the enthalpies difference is integral of the time. To calculate the heat, you should get the mass flow rate, so it need flow rate sensor. But at present the economical applicable flow rate sensor is volume flow rate sensor. So du
引文
[1] 李秀，对城市集中供热推行热量计的认识，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，1。
[2] 徐忠堂，城市供热收费难的根本出路在于改革，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，5。
[3] 供热调查组，“三北”地区城市供热问题调查组调查报告，1999年1月。
[4] 建设部，《建设部建筑节能“九五”规划和2010年规划》，1995年。
[5] 中华人民共和国建设部令第76号，《民用建筑节能管理规定》，2000年2月18日。
[6] 中华人民共和国城镇建设行业标准《热量表》CJ128-2000。
[7] 建设部等八个部委签发，《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》，2003年7月21日。
[8] 李秀，认真贯彻建设部关于《民用建筑节能管理规定》，搞好热计量收费工作，北京：热量表标准报批稿讨论会讲话，2000年7月。
[9] 辛坦，借鉴先进国家经验，正确制定热价管理及定价政策，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，62。
[10] 安大伟等，应用蒸发式热分配表进行热计量的若干问题，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，198。
[11] 电子式热分配表欧洲标准，EN 834，1995。
[12] 热量表国际规程，OIML- R75，1988年。
[13] 欧洲热量表标准，EN1434-1 Heat Meters，1995年12月。
[14] 《中国金融集成电路（IC）规范》，中国金融出版社，1998年4月。
[15] 热水水表规范JB/T8802-1998 。
[16] 中华人民共和国城镇建设行业标准IC卡冷水水表CJ/T133-2001 。
[17] PRODUCT SPECIFICATION RI-TMS3723BDWR (VOLUME SCANNING INTERFACE ASIC)，2001。
[18] D.Weber ,M.nau Electrical Temperature Measurement with Thermocouples and Resistance Thermometers（JUMO）。
[19] GB/T17626.2-1998 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验。
[20] GB/T17626.3-1998 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验。
[21] GB 4208-1993 外壳防护等级（IP代码）。
[22] GB/T2423.1—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验A：低温试验方法。
[23] GB/T2423.2—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方法。
[24] 王爱英，《IC卡技术入门-电子货币与电子证件》，清华大学出版社，1998年，18。
[25]北京握奇智能公司，TIMECOS用户手册。
[26] 魏仲山，《金卡安全技术》，天津大学出版社，1998年。
[27] 胡大可，《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》，北京航空航天大学出版社，2000年6月。
[28] MSP430x43x, MSP430x44x混合信号微控制器手册。
[29] 建设部行业标准《市政户用计量仪表信号传输技术条件》报批稿
[30]Panther 技术/操作手册。
[31]IFM4110电磁流量计安装和使用说明书。
[32]中华人民共和国国家计量检定规程〉《热能表》JJG 225-2001
[33]The IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam ASME Gas Turbines and Power Volume122 JANUARY 2000。
[34]Releas on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam。
[35]张树兵等，《Visual Basic 6.0中文版入门与提高 》，清华大学出版社，1998年。
[36][美] John W.Fronckowiak，《Visual Basic 6 数据库编程大全 Visual Basic 6 Database Programming 》，1999年。
[37]中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T133-2001 IC卡冷水水表。
[38]《建设事业IC卡应用技术与发展》，中国建筑工业出版社，2003年。
[39]中华人民共和国城镇建设行业标准《建设事业IC卡应用技术》CJ/T 166-2002。
[40]中华人民共和国国家标准《集成电路（IC）卡读写机具通用规范》GB/T 18239-2000。
[2] 徐忠堂，城市供热收费难的根本出路在于改革，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，5。
[3] 供热调查组，“三北”地区城市供热问题调查组调查报告，1999年1月。
[4] 建设部，《建设部建筑节能“九五”规划和2010年规划》，1995年。
[5] 中华人民共和国建设部令第76号，《民用建筑节能管理规定》，2000年2月18日。
[6] 中华人民共和国城镇建设行业标准《热量表》CJ128-2000。
[7] 建设部等八个部委签发，《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》，2003年7月21日。
[8] 李秀，认真贯彻建设部关于《民用建筑节能管理规定》，搞好热计量收费工作，北京：热量表标准报批稿讨论会讲话，2000年7月。
[9] 辛坦，借鉴先进国家经验，正确制定热价管理及定价政策，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，62。
[10] 安大伟等，应用蒸发式热分配表进行热计量的若干问题，北京：供热分户控制及计量技术专题研讨会论文集，2001年，198。
[11] 电子式热分配表欧洲标准，EN 834，1995。
[12] 热量表国际规程，OIML- R75，1988年。
[13] 欧洲热量表标准，EN1434-1 Heat Meters，1995年12月。
[14] 《中国金融集成电路（IC）规范》，中国金融出版社，1998年4月。
[15] 热水水表规范JB/T8802-1998 。
[16] 中华人民共和国城镇建设行业标准IC卡冷水水表CJ/T133-2001 。
[17] PRODUCT SPECIFICATION RI-TMS3723BDWR (VOLUME SCANNING INTERFACE ASIC)，2001。
[18] D.Weber ,M.nau Electrical Temperature Measurement with Thermocouples and Resistance Thermometers（JUMO）。
[19] GB/T17626.2-1998 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验。
[20] GB/T17626.3-1998 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验。
[21] GB 4208-1993 外壳防护等级（IP代码）。
[22] GB/T2423.1—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验A：低温试验方法。
[23] GB/T2423.2—1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方法。
[24] 王爱英，《IC卡技术入门-电子货币与电子证件》，清华大学出版社，1998年，18。
[25]北京握奇智能公司，TIMECOS用户手册。
[26] 魏仲山，《金卡安全技术》，天津大学出版社，1998年。
[27] 胡大可，《MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用》，北京航空航天大学出版社，2000年6月。
[28] MSP430x43x, MSP430x44x混合信号微控制器手册。
[29] 建设部行业标准《市政户用计量仪表信号传输技术条件》报批稿
[30]Panther 技术/操作手册。
[31]IFM4110电磁流量计安装和使用说明书。
[32]中华人民共和国国家计量检定规程〉《热能表》JJG 225-2001
[33]The IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam ASME Gas Turbines and Power Volume122 JANUARY 2000。
[34]Releas on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam。
[35]张树兵等，《Visual Basic 6.0中文版入门与提高 》，清华大学出版社，1998年。
[36][美] John W.Fronckowiak，《Visual Basic 6 数据库编程大全 Visual Basic 6 Database Programming 》，1999年。
[37]中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T133-2001 IC卡冷水水表。
[38]《建设事业IC卡应用技术与发展》，中国建筑工业出版社，2003年。
[39]中华人民共和国城镇建设行业标准《建设事业IC卡应用技术》CJ/T 166-2002。
[40]中华人民共和国国家标准《集成电路（IC）卡读写机具通用规范》GB/T 18239-2000。