目前，智能 IC 卡水表的应用已经十分广泛。智能 IC 卡预付费水表集微电子技术、现代传感技术、智能 IC 卡技术于一体，以其独特的优势，逐渐取代了传统的机械式水表。智能水表的出现，不仅促进了水资源管理部门对水资源的科学管理，同时也提高了对水资源的利用率，增强了节水意识，彻底实现了“一户一表，按量收费”的计费管理模式，改变了之前先使用后交费、上门抄水电费、收费困难的情况。但是由于智能 IC 卡水表在计费过程中，只是简单计量了各用户使用流量，并按照流量多少来计费，忽略了热量问题，导致用户对热水供应企业的不满，笔者针对热水温度不足引起的问题，进行了论述，并提出了具体的解决方案。

　　1 智能水表热量计量理论

　　1.1 集中热水供应系统存在的问题

　　大多数集中热水供应系统，存在严重的资源浪费及计费不公的现象。这主要体现在开启热水配水装置后，不能及时获得满足使用温度的热水，而是要放掉一部分无效冷水之后，才能正常使用。放水时间不定，这就导致了热量计费的不合理性，引起用户不满;其次，20℃水和 40℃水其温度和热量是有很大差异的，也就是说，不同温度的水，携带热量是不一样的，而在计费时，智能表也只是按照流量来计费的，没有考虑热量问题，这就导致了热量计费的不公平性.

　　因此，要对传统流量表加以改进和创新，设计能够按照用户实际使用热量来计费的热量表。首先，要使出水温度在尚未达到某一限定值时，计费系统采用零计费或少计费;其次，由于温度不同，出水热量也就不同，费用也就有所不同。要实现这两个目的，就要对智能 IC 卡水表系统进行深入研究，设计出一套按热流量计费的智能计费系统。

　　1.2 智能水表的按热计费原理

　　热量计量直接关系到供需双方的经济利益，科学的热水计量方法，不仅能够更公平更合理地处理热水供应的收费问题，更能促进水资源管理部门对水资源的科学管理，提高广大用户对水资源的利用率，节约水资源，减少能源浪费，缓解能源匮乏的压力。

　　在居民供热系统中，常用的热量计量方式有[1]：

　　(1)蒸汽计量。此种计量方式是在换热器蒸汽进口处安装蒸汽流量表，热计量简单、准确，主要应用于一些统一结算热费的住宅小区;

　　(2)热水计量。是通过一定的方法，计算确定单位质量热水耗气量，以此为基础确定单位质量热水价格，这种方法可以简单易行，但对热量表的要求较高。当前的智能 IC 卡水表都是依据流体流量来计费的，其理论流量计量公式可表示为

　　其中，

　　QV———表示总流量;

　　qV———表示体积流量;

　　t ———表示时间。

　　智能表的流量计费原理，是通过流量计测得流经用户管道流量，然后通过数据总线将计量数据传送给微处理器，计费系统按使用流量的多少完成计费。

　　要实现智能水表的按热量计费，应预先在微处理器中设定按热量计费的计费模式，由温度传感器测量流体温度，在不同温度段，设置不同的收费标准，通过微处理器完成计费。热量计算及累积热量计量公式可表示为公式(2)和公式(3)[2]：

　　其中，

　　Cpm———表示流体平均比热，单位为 kJ/ (kg·K);

　　ΔT ———表示流体出口温度值;

　　T1———表示一段时间内的热水平均温度;

　　ΔTi———表示第 i 次测量时热媒的平均温度;

　　qvi———表示第 i 次测量时间段内的热媒流量。

　　由上面公式可以看出，只要能够间隔测量热水供应系统中流体(热水)的体积流量，流体在 ΔTi时间内的平均温度，以及两次测量的时间间隔，便可以计量用户所消耗的热量值了。随着用水时间的变化，累积用热多少也会变化，此种用热计量方式，给予用户和企业更合理更明确的收费依据，对热量表精度要求也相应较高。并且，一次用热总量也将由单片机记录并在显示屏显示，便于用户随时了解用热信息。

　　1.3 智能水表的收费标准设置

　　在本课题设计的单片机计费系统中，将热水温度划分成数个区间段，如：

　　0℃≤ΔT ≤ 25℃时，S = F1/ m-3;

　　25℃<ΔT ≤ 40℃时，S = F2/ m-3;

　　40℃<ΔT ≤ 55℃时，S = F3/ m-3;

　　55℃<ΔT ≤ 70℃时，S = F4/ m-3。

　　(其中：S 表示费用，F1/ m-3表示在对应温度下，每立方米水流量的价格为 F1)

　　若用户用水期间，水温有较大波动，则总热量可能会有两种甚至两种以上计费标准，这就要求在进行软件系统设计时，要充分考虑各种情况的发生，合理设置参数。供热公司应与用户达成协议，预先设定好按热量计价的范围，另外，由于南北部气候不同，冬夏温度差异，这就要求供热系统应灵活设置，并且需要考虑气候问题。

　　2 智能水表硬件系统结构

　　2.1 智能 IC 卡水表工作原理图

　　本系统设计的智能 IC 卡水表的机械结构包括：微型处理器、流量检测、温度测量、射频卡读写器、阀门控制及电源装置。读写器与智能卡之间，通过高频接口完成对智能卡的认证，并进行数据的传输和交换。流量及温度传感器，将数据信号传送给单片机，由单片机完成数据采集、计算、积算及显示，并控制阀门的开启和关闭，电源电池为系统进行提供电源。智能水表系统结构如图 1 所示。

　　2.2 微处理器的选择

　　本系统采用 MSP430 系列单机。MSP430FW427是专门用于水表、气表、热量表的 16 位单片机，其工作电压为 1.8～3.6 V，具有 5 种低功耗工作模式，并且各种低功耗模式与活动模式之间可实现快速切换，活动模式时工作电流为 200 μA，待机模式时为0.7 μA，关闭模式时为 0.1 μA，保证了其低功耗的特点。在进行温度测量时，不用外接 A / D 转换器，由通用比较器 A 及部分外接电容的充电和放电电路，可实现 A / D 转换，简化了系统结构，降低了功耗。同时，其内部有 32 kB 的 FLASH 存储器，可满足热量表大量数据的存储需要。

　　2.3 温度传感器的选型

　　温度是热量计量的重要参数之一，温度测量的精确与否，直接关系到热量计量的精度。铂电阻是目前广泛使用的一种温度传感器，PT1000 元件较PT100 和 PT500 其测量电阻增加了 2～10 倍，有测量范围大、测量精度高、可靠性好、长期稳定性好及在0～100 ℃线性度较好等优点。在 0～850 ℃范围内PT1000 热电阻的计算公式为[3]：

　　式中，

　　A 为常数 3.968×10-3;

　　B 为常数 -5.847×10-7。

　　因此，在 0～100 ℃范围内，采用 PT1000 能够很好地完成温度实时高精度测量。通过采集进水温度对应的电压信号，就可以计算出对应的电阻阻值，再根据式(4)，即可求得对应的温度，温度范围为0～100℃。

　　2.4 流量计的选择

　　本系统采用叶轮式流量计，进行流量采集。流量计用于计量流过管道中流体的体积，并将流量信号发送给单片机，当计数器脉冲达到一定值时，产生一次中断，单片机进行一次数据采集、计算、积算和计费，之后处于休眠状态，直到下一个中断产生[4]。

　　3 智能水表软件设计

　　智能水表系统的硬件结构，必须要有软件的支持，才能进行正常使用和合理运行。智能水表不仅要选出精度高、能耗低、可靠性好的硬件部件，还要设计出功能明确，调试方便，条理清晰的软件程序，来配合硬件部件的工作。系统主程序流程图可设计为如图 2 所示。

　　4 结束语

　　作为水表的一种新的计费模式，按热量计费模式的智能水表，无疑会带来更大的经济和社会效益，具有明显的节能效果。该系统为供热公司和广大用户提供一个良好的沟通计费平台，并能促进供热事业的发展，该新型热量表有着广阔的发展应用前景。