無(wú)線室溫采集系統(tǒng)的技術(shù)研究與應(yīng)用

孫秀坤

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古赤峰024076)

平莊煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱平莊煤業(yè)）切實(shí)加強(qiáng)數(shù)字熱力建設(shè)，致力于無(wú)線室溫采集系統(tǒng)的技術(shù)研究并實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用。該系統(tǒng)可幫助熱力公司遠(yuǎn)程在線了解所有用戶室內(nèi)溫度情況，定制合理的自動(dòng)化運(yùn)行方案，調(diào)節(jié)熱源運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)溫度的可控性，降低能耗。

1 系統(tǒng)組成

1.1 室溫監(jiān)測(cè)

由于采暖建筑的差異、同一建筑內(nèi)部各房間朝向和位置的差異，采暖住戶的室溫會(huì)有較大不同，因此室溫監(jiān)測(cè)必須選取有代表性的采暖房間，以其室內(nèi)溫度作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

在監(jiān)測(cè)房間中的合適位置放置室溫采集裝置，實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度，數(shù)據(jù)經(jīng)由內(nèi)置的GPRS設(shè)備定時(shí)上傳至調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中監(jiān)控。

溫度采集裝置的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

*GPRS制式，外型美觀、小巧

*內(nèi)置高精度數(shù)字溫度傳感器

*低功耗設(shè)計(jì)，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠，更省電

*主動(dòng)上報(bào)溫度數(shù)據(jù)，無(wú)需一直在線，有效降低GPRS流量費(fèi)

*帶液晶顯示屏，溫度、工作狀態(tài)一目了然

*支持遠(yuǎn)程修改工作參數(shù)，使用方便、靈活

*內(nèi)置大容量非易失性存儲(chǔ)器2M，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)永不丟失

*內(nèi)置高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘，而且定期自動(dòng)與數(shù)據(jù)中心校準(zhǔn)，以保證每個(gè)溫度數(shù)據(jù)都帶有準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)識(shí)

*具有溫度報(bào)警數(shù)據(jù)即時(shí)上傳功能，適用于對(duì)溫度敏感的場(chǎng)合

*軟、硬件抗干擾設(shè)計(jì)，可適應(yīng)電磁環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合

*數(shù)據(jù)上傳時(shí)采用基于IP連接的TCP協(xié)議，確保數(shù)據(jù)的有效性、可靠性

*數(shù)據(jù)中心服務(wù)軟件和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行穩(wěn)定

*客戶端軟件功能豐富，能生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表、歷史溫度曲線等

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

本項(xiàng)目涉及的數(shù)據(jù)傳輸方式為遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸（GPRS）方式。

遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸采用GPRS數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡(jiǎn)稱，它是一種以全球手機(jī)系統(tǒng)(GSM)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是上網(wǎng)方式比較多；覆蓋范圍也最廣；上網(wǎng)資費(fèi)較適宜；容易實(shí)現(xiàn)定時(shí)發(fā)送功能；設(shè)備連接及傳輸容易實(shí)現(xiàn)和保持；必要時(shí)可配備本地液晶顯示器，可通過(guò)顯示器顯示采集和設(shè)定的各種參數(shù)，使整個(gè)設(shè)備操作方便、反映直觀。

實(shí)際工作時(shí)，GPRS終端接收采集來(lái)的室溫?cái)?shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后集中轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)測(cè)中心的GPRS接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。該技術(shù)既可以保證室溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的充分性，以真實(shí)反映采暖建筑的室溫水平，又對(duì)居民身體健康和正常生活無(wú)影響。

2 整體技術(shù)方案

2.1 整體技術(shù)方案流程如下：

*室溫采集裝置采集室溫；

*室溫?cái)?shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理發(fā)送到GPRS終端；

*GPRS終端開(kāi)機(jī)后自動(dòng)搜索GPRS網(wǎng)絡(luò)，等待得到GPRS信號(hào)后，GPRS終端會(huì)啟動(dòng)PPP撥號(hào)并連接至移動(dòng)企業(yè)專線網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)分配該企業(yè)專用IP地址；

*由于遠(yuǎn)程終端利用GPRS撥號(hào)分配的這個(gè)地址一般是內(nèi)部地址，能直接訪問(wèn)企業(yè)內(nèi)部的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器，所以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)專線，直接發(fā)到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器中。

*終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，主動(dòng)上報(bào)至監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器，服務(wù)端軟件解析數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶端通過(guò)軟件或Web頁(yè)面訪問(wèn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢最新數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)溫度、溫度曲線等。本方案流程示意如圖1所示。

圖1 方案流程示意圖

2.2 方案特點(diǎn)

*用戶可簡(jiǎn)單分布和安裝自己的室內(nèi)溫度采集點(diǎn)：無(wú)須擔(dān)心線路維護(hù)導(dǎo)致的通訊中斷，建設(shè)新的數(shù)據(jù)收集點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行拉線、埋線等工作，設(shè)備安裝方便；

*運(yùn)行費(fèi)用低：充分利用GPRS資源，1個(gè)數(shù)據(jù)流最多可傳輸254個(gè)數(shù)據(jù)；

*安全可靠性強(qiáng)：簡(jiǎn)單移動(dòng)無(wú)線溫度采集器不影響設(shè)備正常工作，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)斷線自動(dòng)重連，無(wú)需分布點(diǎn)人工操作維護(hù)通信線路；

*維護(hù)性好：采集裝置和GPRS集合一體，便于巡檢和維修；

*網(wǎng)絡(luò)覆蓋好：全國(guó)各大中小城市及主要交通路線，基本都有GPRS覆蓋。

2.3 小結(jié)

本項(xiàng)目通過(guò)室溫監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度信號(hào)并傳送給GPRS終端，再由后者通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心的GPRS接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采暖室溫的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3 項(xiàng)目實(shí)施方案

3.1 測(cè)溫點(diǎn)的選擇

由于采暖建筑的差異、同一建筑內(nèi)部各房間朝向和位置的差異，采暖住戶的室溫會(huì)有較大不同，因此室溫監(jiān)測(cè)必須選取有代表性的采暖房間，以其室內(nèi)溫度作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

3.2 測(cè)溫點(diǎn)位置的選取

為了便于更全面的了解不同樓棟、不同樓層、不同住戶的室內(nèi)溫度情況，在供熱區(qū)域總的供熱面積上，按照不同面積放置相應(yīng)的測(cè)溫模塊，并且選擇不同建筑性質(zhì)的居民住宅進(jìn)行放置。

3.3 典型建筑的選取

在供熱小區(qū)內(nèi)，根據(jù)供熱管線的分布和各建筑距離供熱站的遠(yuǎn)近，分別在兩路主要的供熱干管上，選擇遠(yuǎn)距、中距和近距不同距離的建筑作為典型樓棟進(jìn)行室溫采集，這樣得到的采樣數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)小區(qū)來(lái)說(shuō)具有典型性和代表性。

3.4 典型居住房間的選取

在典型居住房間的選取上，板式建筑和塔式建筑有所不同。在同一棟板式建筑內(nèi)西面單元的頂層、底層及中間層上，選取每層的陰面和陽(yáng)面共6個(gè)房間進(jìn)行室溫監(jiān)測(cè)。對(duì)于同一棟塔式建筑，則應(yīng)分別在高區(qū)、低區(qū)系統(tǒng)的頂層、底層及中間層上，選取西北面共6個(gè)房間進(jìn)行室溫監(jiān)測(cè)。

采取以上方式測(cè)得的采樣數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)樓棟來(lái)說(shuō)具有典型性和代表性。

3.5 測(cè)溫點(diǎn)數(shù)

按照以下原則根據(jù)不同面積放置不同數(shù)量的點(diǎn)數(shù)：

面積在3-5萬(wàn)m26個(gè)

面積在6-15萬(wàn)m212個(gè)

面積在16-25萬(wàn)m216個(gè)

面積在26-35萬(wàn)m220個(gè)

面積在36-50萬(wàn)m225個(gè)

3.6 設(shè)備安裝

從滿足測(cè)溫功能和不影響室內(nèi)美觀的原則出發(fā)，對(duì)本項(xiàng)目所安裝的無(wú)線溫度采集器應(yīng)遵循如下原則：

(1)采集裝置可準(zhǔn)確探測(cè)室內(nèi)溫度，并帶有液晶顯示；

(2)溫度采集裝置應(yīng)能確定室溫上、下限；當(dāng)室溫在限值范圍內(nèi)時(shí)，定時(shí)采集室溫；當(dāng)室溫超過(guò)限值范圍（室溫過(guò)高或過(guò)低）時(shí)，立刻發(fā)送報(bào)警信號(hào)；

(3)溫度采集裝置的傳輸頻率可進(jìn)行設(shè)置（出廠傳輸時(shí)間設(shè)置為2小時(shí)/次，可根據(jù)用戶自身要求進(jìn)行設(shè)置）；

(4)溫度采集裝置應(yīng)布置在距地面2米以上不易被人觸動(dòng)的位置，安裝在遠(yuǎn)離外墻的一側(cè)內(nèi)墻面上，裝置與內(nèi)墻面之間必須采取隔熱措施；

(5)溫度采集裝置的固定方式可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用雙面膠、固定卡環(huán)、固定支架、打孔等方式；該裝置為自備電池供電設(shè)備；

(6)由于整個(gè)無(wú)線溫度采集器的體積非常小，因此在有條件的情況下可以考慮將其安裝在室內(nèi)畫框的背面或家具頂端，既可以滿足準(zhǔn)確測(cè)溫的要求，又不會(huì)影響室內(nèi)美觀；

(7)安裝位置需有手機(jī)信號(hào)。

3.7 設(shè)備調(diào)試

設(shè)備安裝完畢后必須進(jìn)行調(diào)試，以達(dá)到最好的工作狀態(tài)，獲得最佳的監(jiān)測(cè)效果。調(diào)試期間，經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的調(diào)試人員應(yīng)根據(jù)調(diào)試需要入戶進(jìn)行室溫采集和對(duì)比，以保證設(shè)備正常工作和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

監(jiān)測(cè)用戶室溫狀況是供熱企業(yè)實(shí)現(xiàn)按需供熱的重要手段。供熱單位既要保證用戶室溫達(dá)標(biāo)，又要防止超標(biāo)供熱造成能源浪費(fèi)，同時(shí)還要杜絕欠供造成的室溫不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。可見(jiàn)：遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸（GPRS）消除了供熱中“冷熱不均情況”，實(shí)現(xiàn)了“按需供熱”和降低能源消耗的目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)服務(wù)與節(jié)能環(huán)保兩大目標(biāo)。

[1]李根強(qiáng)，匡泓，文志成編著.《射頻和無(wú)線技術(shù)》，2009

[2]沙占友編著.《溫度傳感器技術(shù)應(yīng)用》，2002

[3]《基于定向擴(kuò)散路由協(xié)議的改進(jìn)[X]》，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2007