基于GPRS和DSP技術(shù)的熱網(wǎng)終端溫度采集系統(tǒng)

寧夏電投西夏熱電有限公司 魚鳳萍

基于GPRS和DSP技術(shù)的熱網(wǎng)終端溫度采集系統(tǒng)

寧夏電投西夏熱電有限公司 魚鳳萍

在熱網(wǎng)運(yùn)行過程中，通過收集用戶終端溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合閉環(huán)控制技術(shù)，及時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)換熱站換熱量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的熱網(wǎng)控制。傳統(tǒng)監(jiān)測方法是分別通過鋪設(shè)電纜，預(yù)設(shè)溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測；或者通過人工抽樣采集用戶終端溫度數(shù)據(jù)。本文針對(duì)某熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種基于GPRS和DSP技術(shù)的熱網(wǎng)終端溫度采集器，具備檢測精度高、響應(yīng)速度快、組網(wǎng)便捷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可節(jié)省大量電纜。

DSP；GPRS；熱網(wǎng)；溫度

1 概述

熱網(wǎng)在運(yùn)行過程中，往往需要采集用戶終端的室內(nèi)溫度，并以此為依據(jù)，進(jìn)行熱網(wǎng)的換熱調(diào)節(jié)。各級(jí)換熱站也可依據(jù)大量的終端用戶溫度數(shù)據(jù)，靈活管控制一二級(jí)換熱站換熱量。針對(duì)于終端用戶的溫度采集，本文采用基于GPRS和DSP技術(shù)的溫度采集方案，在終端用戶室內(nèi)、室外分別安裝測溫探頭；采用DSP為主控芯片；系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，并通過GPRS將測得的數(shù)據(jù)傳輸至控制中心；控制中心設(shè)置數(shù)據(jù)處理器，將熱網(wǎng)內(nèi)所有溫度測點(diǎn)的數(shù)據(jù)就行歸類于預(yù)處理，為后續(xù)的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)提供原始數(shù)據(jù)。該溫度采集器的CPU

采用高速DSP處理器，具備多路測溫通道，具備測溫補(bǔ)償?shù)裙δ?，此外，基于GPRS的無線通信技術(shù)，可全面覆蓋熱網(wǎng)所涉及區(qū)域。所使用的室內(nèi)測溫傳感器具有良好的外觀，滿足終端用戶對(duì)采集器美觀要求。所采用室外傳感器，具備良好的防護(hù)等級(jí)，具備十年以上的使用壽命?？刂破鞑捎玫凸脑O(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更換一次電池，連續(xù)使用5年的技術(shù)指標(biāo)。

2 系統(tǒng)說明

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理中心（上位機(jī)監(jiān)測）、就地?zé)峋W(wǎng)終端溫度控制箱及相關(guān)附件組成。主控部分設(shè)在熱電廠熱網(wǎng)控制中心，就地?zé)峋W(wǎng)終端溫度控制箱安裝在用戶室內(nèi)。就地?zé)峋W(wǎng)終端溫度控制箱通過GPRS通信單元，將測得的溫度數(shù)據(jù)，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至熱電廠熱網(wǎng)控制中心。此外，配套的上位機(jī)監(jiān)測軟件，可實(shí)現(xiàn)全部監(jiān)測點(diǎn)的溫度顯示，具備溫度歷史曲線查詢、報(bào)警閥值設(shè)定、故障定位等功能；后臺(tái)服務(wù)器可將測得數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，最終將數(shù)據(jù)提供給閉環(huán)控制器。

2.1 主控部分

由GPRS通信網(wǎng)關(guān)和計(jì)算機(jī)組成，其中GPRS網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)返回?cái)?shù)據(jù)的匯總，并通過TCPIP協(xié)議，上傳至計(jì)算機(jī)監(jiān)測軟件。

2.2 就地?zé)峋W(wǎng)終端溫度采集器

就地?zé)峋W(wǎng)終端溫度采集器安裝在終端用戶室內(nèi)。它由熱網(wǎng)終端溫度采集器、GPRS通信卡、室內(nèi)測溫探頭、室外測溫探頭、防浪涌接頭及相關(guān)附件組成。所使用溫度傳感器功耗低，靈敏度高，同時(shí)具有良好的外觀，滿足終端用戶的美學(xué)要求。

熱網(wǎng)終端溫度采集器采用DSP處理芯片，DSP2812是TI公司新推出的功能強(qiáng)大的TMS320F2812的32位定點(diǎn)DSP，是TMS320LF2407A的升級(jí)版本，最大的特點(diǎn)是速度比TMS320LF2407A有了質(zhì)的飛躍，從最高40M躍升到TMS320F2812的150M，處理數(shù)據(jù)位數(shù)也從16位定點(diǎn)躍升到32位定點(diǎn)。最大的亮點(diǎn)是其擁有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD數(shù)據(jù)采集，使其對(duì)電機(jī)控制得心應(yīng)手。再加上豐富的外設(shè)接口，如CAN、SCI。將該設(shè)備與GPRS網(wǎng)關(guān)相連接，可實(shí)現(xiàn)就地控制器與遠(yuǎn)程熱電廠熱網(wǎng)控制中心的通信互聯(lián)。

2.2.1 測溫傳感器

采用貼片式DS18B20測溫探頭，該溫度探頭十分小巧，且具備較強(qiáng)的抗干擾能力。測溫范圍-45---125攝氏度，且防護(hù)等級(jí)較高。DS18B20溫度傳感器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。帶傳感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻；信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成.

2.2.2 GPRS通信單元

采用SIM900A作為GPRS通信模塊，該模塊功耗低，體積小；其自身具有串行接口，可方便實(shí)現(xiàn)與DSP處理器的讀寫訪問，DSP處理器只需要將采集到的數(shù)據(jù)，按照之前預(yù)設(shè)的協(xié)議打包，上傳至熱網(wǎng)控制中心。

2.2.3 高精度采樣單元

DSP處理器自帶AD采樣模塊，但其采樣精度無法滿足系統(tǒng)要求，本文采用CS8421采樣芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)終端用戶溫度的精確采集。DSP處理器通SPI接口對(duì)CS8421芯片進(jìn)行讀寫訪問，以實(shí)現(xiàn)32位的高精度采樣。

3 無線通信技術(shù)

相較于傳統(tǒng)無線技術(shù)GPRS技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

1)低功耗: 由于GPRS的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為3mW,而且本系統(tǒng)采用了休眠模式，采集器只需間隔工作，功耗低,因此GPRS設(shè)備非常省電。據(jù)計(jì)算分析，GPRS設(shè)備僅靠兩節(jié)5號(hào)電池就可以維持長達(dá)10個(gè)月到5年左右的使用時(shí)間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。

2)成本低：低成本對(duì)于GPRS也是一個(gè)關(guān)鍵的因素?，F(xiàn)如今，GPRS相關(guān)外設(shè)以及普及，在無線通信領(lǐng)域被大量使用，其價(jià)格也在逐漸下降。

3)時(shí)延長: 通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都略微長，因此GPRS技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求不是很敏感的領(lǐng)域。

4)網(wǎng)絡(luò)容量大： 利用現(xiàn)有的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸，這是其他無線通信方式無法比擬的。

本文采用了基于GPRS技術(shù)的無線通信模塊。該模塊集成了符合GPRS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器和微處理器，它具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性；可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸；可組成星型和 MESH型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

因熱網(wǎng)覆蓋范圍較廣，建筑物遮擋較為嚴(yán)重，有些無線節(jié)點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)可靠通信。GPRS技術(shù)利用現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，無需在中間設(shè)立中繼節(jié)點(diǎn)，就可以很好解決無線信號(hào)遮擋的問題。

4 小結(jié)

本文提出了一種以GPRS技術(shù)為基礎(chǔ)的輸煤皮帶機(jī)無線測溫測振技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)終端用戶的溫度數(shù)據(jù)采集，并采用GPRS技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸方式。該方案結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、數(shù)據(jù)更新快，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了大量人力物力。為智慧熱網(wǎng)建設(shè)作出了一定貢獻(xiàn)。