CN101567105A - 一种暖气智能节能计量装置 - Google Patents

Abstract

一种暖气智能节能计量装置，包括一微处理器(IC1)，微处理器连接有时钟、温度传感器、显示装置和至少一个阀门接口，并有电源模块供电，显示装置还连接有IC卡读写模块。本发明提供的暖气智能节能计量装置结构新颖、分户或分室计量、能自由设置温度、自由开关，具有很好的推广应用价值。

Description

一种暖气智能节能计量装置

技术领域

本发明涉及一种暖气智能节能计量装置，可以应用于新建筑暖气分户计量系统，或既有建筑暖气分户计量、节能改造等相关领域。

背景技术

能源紧张是现在世界各国需要面对的重大问题，我国则面临更加严重的能源短缺的情况。我国北方地区逐步采用集中供暖的形式供暖，近几年来又开始推行分户安装热能表，使收费更加合理，也能部分节约资源。

但是，依然存在很多问题，因传统采暖收费按面积收费，用户没有节约的积极性，房间无人时照常供暖，房间温度过高时开窗放热，也存在交费难的问题。如果某些人想在不使用时关闭暖气，只能关闭现有的普通手动阀门，无法自动关闭；室温无法设置；传统的热能表存在计量不准确、易堵塞的问题，不能关闭，不能调温，不能预付费，只计量不节能，用电池作为动力，电弱计量不准，无电不计量，经常更换电池增大了使用成本。对于传统顺流单管供暖系统、顺流双管供暖系统采用传统热能表要将原管道拆下，重新组装成分户环状供暖系统才能安装使用，破坏原有装修，扰民。传统热能表不能实现分室控制和计量。

发明内容

本发明的目的就是针对上述的不足，提供了一种结构合理、分户、分室计量、自动计费、用市电不用电池、IC卡预付费、不需要对现有管路做很大改动的暖气控制阀控制电路。一个控制器控制多个控制阀，可以实现分户、分室控制和自动计费。可以解决传统顺流单管供暖系统、顺流双管供暖系统、地板采暖系统的分户、分室计量问题，不用改动管路，不破坏原有装修，可节省大量的改造经费和施工时间。

一种暖气智能节能计量装置，包括：

一微处理器IC1，微处理器连接有时钟、温度传感器、显示装置和至少一个阀门接口，并有电源模块供电，显示装置还连接有IC卡读写模块；

微处理器IC1用于接收信号、处理数据、控制外围设备工作；

时钟提供计时信号，即提供振荡信号，供微处理器计时用；

温度传感器用于检测温度，并传输给微处理器；

显示装置用于显示信息，IC卡读写模块用于读出相配合的IC信息，通过显示装置显示并传输给微处理器；

阀门接口用于连接阀门，阀门接收微处理器信号，进行开和关。

所述阀门包括一电机M1，用于控制开关的开和关，一微处理器IC，用于接收信号并驱动电机M1转动，一超级电容E1，存储电能，断电后为电机M1提供电能；

微处理器的P63脚接高电位，并通过下拉电阻R2接地，接地线还连接有并联的开限位开关S1和关限位开关S2，微处理器的P65脚和P64脚分别作为ON脚和OFF脚，P60脚连接温控器控制线；ON脚和OFF脚之间为电机驱动电路，包括一电机M1、两个三极管Q1和Q2、两个场效应管Q3和Q4，三极管Q1的集电极和场效应管Q3的漏极共同连接到电机M1的一端，三极管Q2的集电极和场效应管Q4的漏极共同连接到电机M1的另一端，两场效应管的源极接地，两三极管的发射极接高电位VDD，场效应管Q3的栅极与三极管Q1的基极共同连接到OFF脚，效应管Q4的栅极与三极管Q2的基极共同连接到ON脚；上述高电位VDD通过二极管D1和限流电阻R1连接到电源，超级电容E1设置在高电位VDD和接地之间。

所述微处理器IC1的RST脚连接有一复位电路，因为阀门中有一超级电容，上电后若干秒内充电电流较大，5V电压是由0V缓慢上升至5V的，为了电路可靠启动，由RST脚连接到一三极管Q6的集电极，其基极通过一稳压二极管ZD1连接到电源。当电压低于3.6V时，保持复位状态，电压达到3.6V后，复位完成，系统启动，开始工作。

所述电源模块包括一市电接口J1，是220V市电接口，市电接口J1连接有一变压器T 1将220V交流电变为9V交流电，再连接一整流桥BRG将9V交流电变为直流电，再经过电容滤波，再经过稳压器LS1稳压得到稳定的5V直流电，再经过二极管和磁珠Z1、Z2浆数字电路与模拟电路隔离以避免干扰，作为电源5V。此电源模块一般适用于有一个阀门接口的情况。

当有多个阀门接口时，上诉电源模块功率不够，此时，电源模块包括一市电接口J1，市电接口J1连接有一开关电源模块AC-DC，再经过二极管和磁珠Z1、Z2将数字电路与模拟电路隔离，作为电源5V。

所述温度传感器包括一温度传感器芯片IC2及其外围电路，当温度变化时，热敏电阻的阻值会随之改变，其振荡电路的CWD脉冲输出频率也会相应改变，热敏电阻的阻值与这个频率有稳定、固定的对应关系，此频率传输给微处理器IC1进行处理，得到当前温度，这是温度传感器的普通用法，是容易实现的。

时钟包括一时钟芯片IC4，1HZ脚以1赫兹的频率送出振荡信号，供微处理器IC1计时用。

微处理器IC1连接有至少一阀门接口，5V和GND向阀门提供工作电源。

用于显示信息的显示装置一般为液晶显示器，还可以连接有IC卡读写模块，将现有的IC卡读写技术融入其中，达到付费计时的目的。

还可以设置有蜂鸣器，作为报警器使用，是容易实现的。

还可以设置有按键接口，以便输入相关数据。

还设置有非易失性存储器，用于保存工作参数和IC卡中的费用余额，断电后数据不丢失。

这样，电源模块为整个装置提供5V电源，微处理器IC1连接有时钟、温度传感器、液晶显示器、按键、至少一阀门接口、存储器、蜂鸣器、复位电路等。

电源模块供电，复位电路启动装置，时钟提供即时信号，存储器存储相关信息，显示器显示信息，IC卡读写模块读出IC卡的费用信息，显示在显示器上并传输给微处理器IC1，微处理器IC1控制阀门开和关，温度传感器监测周围温度，并将信息传输给微处理器IC1，微处理器根据温度信息控制阀门的开和关，达到设定温度的目的。断电后，阀门中的超级电容E1继续为阀门提供电源，带动电机关闭阀门。

本发明提供的暖气智能节能计量装置具有以下优点：

1.实现了分户计量，一个控制器可以控制多个用户或多个阀门，控制更加精确、有效。

2.采用超级电容代替电源，普通做法都是采用现有电池，由于容量限制，需要经常更换，增加了成本和作业频率。

3.用户可以自由开关暖气阀，房间无人时可以关闭，停止计费，实现自动节能，比现有各种计费方式都节能。

4.由于有了温控系统，用户可以自由设置室内温度，可缩小室内与室外温差，当室内温度达到设定值时，暖气阀可以自动关闭，停止计费，节约能源，降低用户成本。

5.当室内温度设定值低时，会在较短时间内达到这一设定值，暖气阀自动关闭，并停止计费。

6.IC卡预付费方式，解决了收费难的问题，方便管理。

7.由其制作的阀门安装方便，接口和现有接口类似。

8.可以采用“两部制收费法“：国家发改委、建设部2007年6月3日联合发布的《城市供热价格管理暂行办法》，规定采暖收费实行固定热价和计量热价相结合的“两部制热价”(也称“两部制收费法”)。固定热价按照总热价30％-60％的标准确定，计量热价按用户的实际使用量计算，用户所要交纳的采暖费是固定热价和计量热价之和。

9.电机功率低，即可以采用小电机，其功率为2W左右即可，耗能少。

10.能存储各种信息，便于以后查阅。

11.具有显示装置和输入按键，能够设定信息并显示。

附图说明

图1为本发明实施例的结构原理图；

图2为本发明实施例的电路原理图；

图3为本发明实施例中阀门的电路原理图。

具体实施方式

下面将对本发明的实施方式进行详细说明。

一种暖气智能节能计量装置，如图1所示，包括包括一微处理器IC1，微处理器连接有时钟、温度传感器、显示装置和至少一个阀门接口，并有电源模块供电，显示装置还连接有IC卡读写模块；

微处理器IC1用于接收信号、处理数据、控制外围设备工作；

时钟提供计时信号，即提供振荡信号，供微处理器计时用；

温度传感器用于检测温度，并传输给微处理器；

显示装置用于显示信息，IC卡读写模块用于读出相配合的IC信息，通过显示装置显示并传输给微处理器；

阀门接口用于连接阀门，阀门接收微处理器信号，进行开和关。

具体来说，如图2所示，本实施例中微处理器IC1采用AT89S52，时钟芯片IC4采用PCF8563，温度控制器芯片采用555，存储器采用AT24C02。而阀门如图3所示，微处理器IC采用AT89S53。

具体来说，AT89S52的10脚(即RST脚)连接有复位电路，复位电路即RST脚连接到一三极管Q6的集电极，其基极通过一稳压二极管ZD1连接到电源，还包括其外围电路。当电压低于3.6V时，保持复位状态，电压达到3.6V后，复位完成，系统启动，开始工作。

时钟芯片PCF8563的1脚和2脚之间有一晶振Y2，其7脚作为1HZ输出脚连接到AT89S52的14脚，输出1赫兹振荡信号，作为IC1的计时使用。

非易失性存储器AT24C02，其7脚连接AT89S52的29脚作为WP脚，用于保存工作参数和IC卡中的费用余额，断电后数据不丢失。

本例中电源采用普通电源，即包括一市电接口J1，是220V市电接口，市电接口J1连接有一变压器T1将220V交流电变为9V交流电，再连接一整流桥BRG将9V交流电变为直流电，再经过电容滤波，再经过稳压器LS1稳压得到稳定的5V直流电，再经过二极管和磁珠Z1、Z2浆数字电路与模拟电路隔离以避免干扰，作为电源5V。

J2、J6、J7、J8为阀门接口，分别连接有阀门，阀门电路如图3所示，包括：一电机M1，用于控制开关的开和关，一微处理器IC，微处理器采用AT系列，如本例采用AT8PS53，用于接收信号并驱动电机M1转动，一超级电容E1，存储电能，断电后为电机M1提供电能。

微处理器IC的P63脚接高电位，并通过下拉电阻R2接地，接地线还连接有并联的开限位开关S1和关限位开关S2，微处理器IC的P65脚和P64脚分别作为ON脚和OFF脚，P60脚连接温控器控制线。

ON脚和OFF脚之间为电机驱动电路，包括一电机M1、两个三极管Q1和Q2(采用8550型号)、两个场效应管Q3和Q4(采用NDS335N型号)，三极管Q1的集电极和场效应管Q3的漏极共同连接到电机M1的一端，三极管Q2的集电极和场效应管Q4的漏极共同连接到电机M1的另一端，两场效应管的源极接地，两三极管的发射极接高电位VDD，场效应管Q3的栅极与三极管Q1的基极共同连接到OFF脚，效应管Q的栅极与三极管Q2的基极共同连接到ON脚。

上述高电位VDD通过二极管D1和限流电阻R1连接到电源，超级电容E1设置在高电位VDD和接地之间。

上述微处理器IC的P61脚作为OPN脚，P62作为CLS脚，并分别通过上拉电阻连接到电源VCC。

上述微处理器IC的VDD脚为电源VCC脚，电源VCC脚和P63脚之间还设置有稳压源电路，保证微处理器有稳定电源，具体为：电源VCC脚通过并联连接的法拉电容E2和电容C1接地，法拉电容E2的正极还通过二极管D2接P63脚高电位。

上述超级电容E1采用1F，所述法拉电容E2为0.22F。是为了保证断电后能关闭阀门，利用其存储的电能推动电机关阀，E1在关阀过程中随着电量消耗，电压会降低，这时，就需要E2作为稳压。并用二极管D1将E1与电源隔离，防止反向送点，确保IC监测电源掉电，R1作为限流电阻，防止向E1充电电流过大，损坏电源；二极管D2作为电容E2的保护。

J4为液晶显示模块接口，连接有液晶显示器，这是容易实现的。

J3为按键接口，其1-5脚作为5个按键分别连接到AT89S52的9脚、11脚、13脚、18脚、19脚。

J5为IC卡电路接口，与AT89S52连接，这是容易实现的。

Claims (5)

1.一种暖气智能节能计量装置，其特征在于：

包括一微处理器(IC1)，微处理器连接有时钟、温度传感器、显示装置和至少一个阀门接口，并有电源模块供电，显示装置还连接有IC卡读写模块；

微处理器(IC1)用于接收信号、处理数据、控制外围设备工作；

时钟提供计时信号，即提供振荡信号，供微处理器计时用；

温度传感器用于检测温度，并传输给微处理器；

显示装置用于显示信息，IC卡读写模块用于读出相配合的IC信息，通过显示装置显示并传输给微处理器；

阀门接口用于连接阀门，阀门接收微处理器信号，进行开和关。

2.根据权利要求1所述的暖气智能节能计量装置，其特征在于：所述阀门包括一电机(M1)，用于控制开关的开和关；

一微处理器(IC)，用于接收信号并驱动电机(M1)转动；

一超级电容(E1)，存储电能，断电后为电机(M1)提供电能；

微处理器的P63脚接高电位，并通过下拉电阻(R2)接地，接地线还连接有并联的开限位开关(S1)和关限位开关(S2)，微处理器的P65脚和P64脚分别作为ON脚和OFF脚，P60脚连接温控器控制线；

ON脚和OFF脚之间为电机驱动电路，包括一电机(M1)、两个三极管(Q1和Q2)、两个场效应管(Q3和Q4)，三极管(Q1)的集电极和场效应管(Q3)的漏极共同连接到电机(M1)的一端，三极管(Q2)的集电极和场效应管(Q4)的漏极共同连接到电机(M1)的另一端，两场效应管的源极接地，两三极管的发射极接高电位(VDD)，场效应管(Q3)的栅极与三极管(Q1)的基极共同连接到OFF脚，效应管(Q4)的栅极与三极管(Q2)的基极共同连接到ON脚；

上述高电位(VDD)通过二极管(D1)和限流电阻(R1)连接到电源，超级电容(E1)设置在高电位(VDD)和接地之间。

3.根据权利要求1所述的暖气智能节能计量装置，其特征在于：所述微处理器(IC1)的RST脚连接有一复位电路，即RST脚连接到一三极管(Q6)的集电极，其基极通过一稳压二极管(ZD1)连接到电源。

4.根据权利要求1或2或3所述的暖气智能节能计量装置，其特征在于：所述电源模块包括一市电接口(J1)，市电接口(J1)连接有一变压器(T1)，再连接一整流桥(BRG)，再经过电容滤波，再经过稳压器(LS1)稳压，再经过二极管和磁珠(Z1、Z2)作为电源(5V)。

5.根据权利要求1或2或3所述的暖气智能节能计量装置，其特征在于：所述电源模块包括一市电接口(J1)，市电接口(J1)连接有一开关电源模块AC-DC，再经过二极管和磁珠(Z1、Z2)作为电源(5V)。

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