基于無(wú)線射頻和GPRS網(wǎng)絡(luò)的室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

曹屹立，張洪源，梁 艷

（1.唐山市熱力總公司，河北唐山，063000；2.唐山現(xiàn)代工控技術(shù)有限公司，河北唐山，063020）

基于無(wú)線射頻和GPRS網(wǎng)絡(luò)的室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

曹屹立1，張洪源2，梁 艷2

（1.唐山市熱力總公司，河北唐山，063000；2.唐山現(xiàn)代工控技術(shù)有限公司，河北唐山，063020）

本文介紹使用無(wú)線射頻和GPRS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)北方冬季集中供熱達(dá)到室溫效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)用戶距離換熱站遠(yuǎn)、中、近進(jìn)行科學(xué)布點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)到的室溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心安裝上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、匯總，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，輔助制定供熱調(diào)度方案，從而達(dá)到節(jié)約熱能和科學(xué)調(diào)度熱能資源的效果。該系統(tǒng)既能避免因供熱溫度過(guò)低而引起的用戶投訴和糾紛，也能減少因供熱溫度過(guò)高而導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

室溫；分級(jí)監(jiān)測(cè)；射頻；GPRS

1　研究背景及思路

集中供熱是我國(guó)北方城市冬季采暖的主要形式，各地?zé)崃倦S著熱網(wǎng)的不斷擴(kuò)容，隨之也帶來(lái)供熱冷熱不均、能源分配不合理，能源浪費(fèi)等新的問(wèn)題。我國(guó)北方地區(qū)冬季集體供暖要求是終端用戶室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)值為16℃～24℃ （不同的城市的要求有所不同），而供熱方大多沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶家中的取暖溫度，往往只是采用一些經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)當(dāng)?shù)貞敉鉁囟葋?lái)調(diào)節(jié)換熱站供水管的供水溫度及流量，以滿足用戶對(duì)取暖的要求?？拷?jīng)驗(yàn)數(shù)值來(lái)調(diào)控?fù)Q熱站，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)供暖溫度達(dá)不到要求的情況，以至于供熱方會(huì)被用戶投訴，給熱力公司造成極大的麻煩，而供熱溫度過(guò)高又會(huì)造成能源浪費(fèi)，給供熱公司帶來(lái)?yè)p失。

為了實(shí)現(xiàn)熱力公司能夠完整掌握用戶的室內(nèi)溫度情況并輔助分析指導(dǎo)，本文設(shè)計(jì)了基于無(wú)線射頻和GPRS網(wǎng)絡(luò)的室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)監(jiān)測(cè)用戶典型房間的室內(nèi)溫度并將監(jiān)測(cè)溫度數(shù)值通過(guò)射頻通訊方式發(fā)送給監(jiān)測(cè)主機(jī)，由監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)測(cè)軟件根據(jù)室溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)中近、邊中頂、上中下、陰陽(yáng)面區(qū)分用于監(jiān)測(cè)最終的供暖效果，為調(diào)節(jié)熱網(wǎng)使之舒適節(jié)能，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供依據(jù)。及時(shí)調(diào)整管網(wǎng)平衡，從而保證供熱效果，提高服務(wù)質(zhì)量，減少能源損耗和人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低運(yùn)行管理成本，創(chuàng)造供需和諧，使熱力公司利益最大化。

2　系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)、無(wú)線室溫分級(jí)主機(jī)和室溫遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件構(gòu)成，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下：

圖1　室溫分級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.1無(wú)線室溫分機(jī)監(jiān)測(cè)分機(jī)

無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)采用超低功耗芯片作單片機(jī)與2.4G射頻發(fā)射模塊，DS18B20作測(cè)溫傳感器。采用最新的無(wú)線和超低功耗技術(shù)，在一個(gè)極小封裝中集成了包括2.4GHz無(wú)線傳輸，增強(qiáng)型51 Flash高速單片機(jī)，豐富外設(shè)及接口等的單片F(xiàn)lash芯片。

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以連接多個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20特點(diǎn)：只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信；在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)；實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫；測(cè)量溫度范圍在-55℃到+125℃之間；數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；內(nèi)部溫度上、下限告警設(shè)置。將采集到的溫度傳給無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)。

室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)可放在室內(nèi)的任何地方同時(shí)監(jiān)測(cè)一所房子里不同房間如：南北屋或把邊、把角房間里的溫度，室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)通過(guò)2.4G射頻與室溫監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊，單臺(tái)室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)可與7臺(tái)室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)分機(jī)通訊，通訊距離：隔墻10米。

2.2無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)

無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)采用低功耗芯片作單片機(jī)與2.4G射頻接收模塊，DS18B20作測(cè)溫傳感器，并設(shè)計(jì)了GPRS通訊模塊來(lái)設(shè)計(jì)的。無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)原理如圖所示：

圖2　無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)原理圖

無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)采用低功耗芯片和高性能處理器，內(nèi)置2.4G收發(fā)器和低功耗藍(lán)牙，電壓范圍為1.8V-3.6V，使用片內(nèi)的DCDC轉(zhuǎn)換器，峰值電流10mA。無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)具有以下功能特點(diǎn)：

（1）具有心跳喚醒功能，采暖期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)始工作。并能在首次通信時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間。能夠自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣既解決設(shè)備節(jié)電問(wèn)題又解決熱力公司采暖期開(kāi)始及結(jié)束時(shí)需要收發(fā)設(shè)備而導(dǎo)致工作量繁重的問(wèn)題。

（2）設(shè)備在新采暖季開(kāi)始會(huì)自動(dòng)清除內(nèi)部?jī)?chǔ)存信息。

（3）通過(guò)GPRS無(wú)線通信公網(wǎng)，遠(yuǎn)程采集并傳輸數(shù)據(jù)。因網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器故障或其他原因造成通信阻礙時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)不丟失，能夠自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，并在通信正常時(shí)，上傳數(shù)據(jù)。

（4）采用低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，待機(jī)耗電電流為微安級(jí)，通訊電流毫安級(jí)；采用容量型電池，使用壽命長(zhǎng)（1000mAh支持GPRS通信500余次）；采用鋰電池保護(hù)電路，避免發(fā)生過(guò)放、短路等狀況。

（5）每個(gè)設(shè)備都有唯一的編碼，用來(lái)區(qū)分；通過(guò)室溫監(jiān)測(cè)軟件可對(duì)數(shù)據(jù)采集時(shí)間、記錄時(shí)間、上報(bào)時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)置。

（6）室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)主機(jī)也帶有室內(nèi)溫度傳感器它將接收到的分機(jī)溫度和自身采集到的溫度按設(shè)定要求通過(guò)GPRS通訊上傳到監(jiān)測(cè)軟件上。室溫監(jiān)測(cè)主機(jī)可放置在陽(yáng)臺(tái)、窗口等通訊信號(hào)較強(qiáng)的地點(diǎn)。

2.3室溫遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件

室溫監(jiān)測(cè)軟件構(gòu)建在.NET軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用以B/S模型為主，部分通過(guò)C/S模型程序輔助的開(kāi)發(fā)方案，并綜合運(yùn)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式計(jì)算、地理信息系統(tǒng)、多媒體、基于Ajax的B/S模式實(shí)時(shí)信息處理、COMET等技術(shù)開(kāi)發(fā)，為用戶提供了強(qiáng)大而靈活的使用功能，豐富而友好的人機(jī)界面。

它能完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、 歷史曲線分析、 歷史報(bào)表與實(shí)時(shí)報(bào)表、 硬件檢測(cè)、曲線分析、自動(dòng)報(bào)警和報(bào)警記錄分析等功能。

3　結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)創(chuàng)新采用了分級(jí)測(cè)量的采集方式，能將戶內(nèi)每個(gè)典型環(huán)境情況清楚的反饋到監(jiān)控中心，采用的分機(jī)的方式大大減少了室溫主機(jī)的應(yīng)用數(shù)量，由原來(lái)的8點(diǎn)需要8個(gè)主機(jī)的情況下，調(diào)整到7個(gè)分機(jī)和1個(gè)主機(jī)，既降低了成本，又實(shí)現(xiàn)了室溫的監(jiān)測(cè)的更準(zhǔn)備、更真實(shí)。

目前，無(wú)線室溫分級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在天津，河北，黑龍江等地采暖自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息化工程中得到了實(shí)際的使用和驗(yàn)證，該系統(tǒng)的應(yīng)用使熱力公司能夠及時(shí)準(zhǔn)確的采集到供暖季室溫效果的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了熱力公司集中供熱的調(diào)控能力，進(jìn)一步提高了能源的合理利用率，具有很好的使用和推廣前景。

［1］馬月坤，于樹(shù)利.基于ARM和無(wú)線傳感器技術(shù)的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（10）：77.

［2］馬月坤，于樹(shù)利，李志昕等.智能樓宇終端控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.信息系統(tǒng)工程，2014（12）：17.

［3］閆秋會(huì) 趙建會(huì) 張聯(lián)英供熱工程［M］北京：科學(xué)出版社，2008

［4］于海生.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

曹屹立；1964/09；男；工作單位：唐山市熱力總公司；籍貫：唐山；職稱：高級(jí)工程師；學(xué)歷：本科；研究方向：工業(yè)自動(dòng)化及儀表

Room temperature classification monitoring system based on wireless radio frequency and GPRS network

Cao Yili1，Zhang Hongyuan2，Liang Yan2
（Tangshan City thermal power company，Tangshan Hebei，063000；2.Tangshan modern industrial control technology Co.，Ltd.Tangshan Hebei，063000）

This paper describes the use of radio and GPRS technology to realize of north central heating in winter to reach room temperature effect were monitored in real time by the user from the heat exchange station far，，scientific distribution，to monitor the room temperature data through the wireless communication network transmission to the monitoring center.Monitoring center to install the monitor system software，the collected data statistics，summary，and carries on the data analysis，support the development of heating scheduling scheme，so as to achieve the effect of heat energy and scientific control of energy resources conservation.The system can avoid caused by low heating temperature of user complaints and disputes， but also to reduce the energy waste caused by the heating temperature is too high，the monitoring system has good social benefits，environmental benefits and economic benefits.

room temperature；hierarchical monitoring；radio frequency；GPRS