基于STC单片机的温控热计费采暖阀门的设计

2.2 遥控器
2.2.1 控制模块和射频模块
遥控器的单片机和射频芯片同样采用STC89LE52和nRF2401，IC卡使用西门子的SLE4442[6]，其内部256 B的EEPROM足以满足用户ID号、金额、相关系数等信息的存储。另外，同样使用一片LM75作为室内温度的采集。
按键K1～K4实现控制操作，定义如下：
长按K1：开/关机；
短按K1：查询余额、流量；
长按K4：查询并调整档位；
短按K4：查询并设定温度；
K2：升高温度（设定温度时）、充值（IC卡插入时）；
K3：降低温度（设定温度时）、回写（IC卡插入时）。
2.2.2 显示模块
显示模块需显示室内温度、用户设定温度、IC卡内金额、阀门存储器内余额、当前流量等数据信息（当读取阀门档位时显示档位信息），并要显示插卡错误、温度设定过高、余额不足、电量不足、充值或回写成功等提示信息。单片机通过IO口控制LCD驱动芯片HT1621来实现对液晶屏的控制[7]，设计中液晶屏为26段段码屏，通过4-com线与22-seg线实现上述信息的显示，HT1621的控制为串行通信，节约了单片机的IO口。
3 单片机程序设计
3.1 数据格式
IC卡作为存储用户ID号、费用等信息的载体，系统对其数据格式的定义如表1所示。

金额采用浮点型数据，为管理中心购热后充入的费用。当取暖季结束后，用户如做金额回写操作，即可将温控阀门剩余费用回写至卡内，用于退费等需求。
用户ID号为5字节数据，为用户在管理中心数据库内相关信息的登记号，并在第一次购热操作时由管理中心设定，在第一次对阀门充值时将ID号写入遥控器和阀门的存储器内。此时，用户ID号亦作为IC卡、遥控器、阀门的唯一识别码，避免了IC卡的混用和无线通信的干扰。
供热系数3字节，包括热力系数、压力系数和效率系数（也可作其它定义），由管理中心根据实际情况确定后在用户购热时设定。
工程码是维护人员所持工程卡专用，可将阀门存储器内数据进行初始化操作。
校验码为金额数据的校验和，在写卡时避免数据错误。
读卡后，单片机将数据信息存入存储器，数据格式如表2。

标志位用作阀门是否第一次使用的标识，用来判断是否对阀门系统的ID号进行更新。
由于nRF2401集成的shockburstTM发射/接收模式仅需要用户配置好寄存器内发射频道、数据宽度、地址宽度、发射功率等信息后即可直接将数据写入寄存器发射，本系统选用5字节地址，12字节数据，地址即用户ID号。通信数据格式如表3。

其中命令字：
0：充值，1：回写，2：读取金额和流量，3：读取档位，4：更新温度，5：调整阀门档位，6：更新系数，7：余额不足，8：电量不足。
3.2 程序流程
3.2.1 遥控器程序设计
遥控器实现如下功能：用户设定温度、根据室温调控阀门流量、读写IC卡、读出当前阀门流量等，费用值、系数值等都存储在阀门的存储器上，遥控器只是在用户需要时通过无线读出阀门系统的信息。
3.2.2 控制系统程序设计
图3和图4为系统遥控器部分和阀门部分的主要程序流程图，遥控器通过4个按键实现了的温度设定、充值、回写以及阀门手动调节等功能，接收到阀门发出的欠费、电量不足等报警信息时能够予以警示，在定时器启动后则通过对比设定温度与室温的温差控制阀门调整流量。当用户插上IC卡，系统识别供热系数是否改变，如有改变则向阀门发送更新系数命令，而后等待用户的充值或回写操作。阀门部分实现了流量及供暖入户水温和出户水温的测量并定时计费，在定时器启动时根据遥控器发出的指令调整阀门流量。阀门同时响应遥控器所发出的查询余额、流量、调整阀门、更新系数等指令并做相应操作。

通过入户与出户水温的温度差与当时流量积分所计算的用户所消耗热量更接近于实际值。引入了供暖系数通过用户所持IC卡随供暖中心购热时即可更新，省去了系统后期的固件升级。由于使用唯一序列号作为用户ID，实现了IC卡、阀门、无线通信地址码的唯一性，避免了IC卡的混用以及无线通信的干扰。实验样机通过测试，阀门调节、温度控制等稳定可靠，无线通信距离超过100 m。
参考文献
[1] 国务院法制办建设部.民用建筑节能条例释义[M].北京：知识产权出版社，2008.
[2] 孙继红.分户热计量的应用和推广中遇到的问题[J].科技情报开发与经济，2008，18（34）：227-228.
[3] 周建国，曹炬，姚全斌.单片机与PC机实现的电动阀门控制系统设计[J].计算机自动测量与控制，2001，9（2）：33-34.
[4] 刘永亮，赵磊，甄鹏，等.分布式多点温度测量系统的设计与实现[J].微计算机信息，2008，24（9-1）：145-147.
[5] 刘立新，李国辉，郝云芳.基于nRF2401的无线自动抄表系统[J].微计算机信息，2006，22（9-1）：158-160.
[6] 陈建良，李玉谦.基于SLE4442的IC卡系统设计与实现[J].微计算机信息，2008，24（9-2）：247-248，254.
[7] 唐日泉，袁景淇，邱宪波.液晶驱动芯片HT1621及其在便携式血糖仪中的应用[J].微型电脑应用，2003，19(5)：22-24.