CN102313316A - 集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统 - Google Patents

Abstract

一种集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统，属于自动化和环保节能领域。包括无线温度传感器、无线遥控电磁阀系统、无线中继器、无线网关、USB检测模块、Web服务器、中央监控系统；无线温度传感器安装在各个住户，无线遥控电磁阀系统安装在供暖系统的各个电磁阀上，都通过无线通信链接到无线中继器，无线中继器再通过无线通信链接到无线网关，无线网关通过以太网链接到Web服务器，中央监控系统与Web服务器要在同一个网段上。USB检测模块作为工具连接在计算机上主要用于各种模块的参数设置和测试。优点在于，实现对小区各个房间温度的实时监测和实时的控制和管理，确保各个房间的温度在规定的范围之内。

Description

集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统

技术领域

本发明属于自动化和环保节能领域，提供了一种集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统，应用于城市集中供暖的小区温度监控，并可以通过Web实现对整个城市房屋的实时温度监控和管理，对于促进低碳环保、构建和谐社会有积极的意义。

背景技术

分户计量供热理论上是促进人们节能的一种有效措施，通过热计量来达到节能的目的，但是，要达到节能和合理供热的目的，必须解决好把原有的单管顺流式系统改为具有共用立管的双管系统，并装有各种锁闭阀，这种做法改造费用很高，但实际上并没有解决建筑节能问题，而且热计量是比水计量、电计量复杂的多的问题，不同的住宅热密性差距很大，不同的住户开窗通风的时间和习惯也不一样，热计量表的精度也不准，由此势必会造成不同居民区，甚至同居民区单位热量价格不一致的问题，而价格不一致的问题又很难用简单的语言跟居民解释清楚，由此，反而增加了收费的难度和计量表售后服务的难度。另外，分户计量供热必须具有共用立管、室内分户成环的供暖系统，需要安装了热量表，但大多没有安装散热器温控阀，因此在多层、高层住宅供暖运行中不可避免要出现垂直热力失调。

常用的热计量的方式有：(1)通过测量入户系统的供回水温度及流量的方法来测量用户的用热量，采用的仪表为热量计量仪表，其仪表由流量、温度传感器和积算器组成。这种方式安装复杂，其中的热水流量计的精度会受到水质的影响，水质不好会使测量精度降低，因此要保证测量的精确，应定期进行精度检测和维护，维护工作量大，另外热量表要求系统每户要独立成环，并且价格较高。(2)测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量，该方法是利用散热器平均温度与室内温度差值的函数关系来确定散热器的散热量。该方法采用的仪表为热量分配表，它并不能测量出每个散热器的具体散热量是多少，只能测量出散热器散热量与其他散热器散热量的相对多少，因此它要和热量表配合使用。它的使用方法是：在集中供热系统中，在每个测量单元的总入口处安装热量表，测量总的耗热量；在每个散热器上安装热量分配表，测量计算每个住户用热比例，然后根据热量表读数来计算每个散热器的散热量。根据测量原理的不同，热量分配表有蒸发式和电子式两种，但无论采用哪种方法，由于房屋保温性能和用户对室温要求的千差万别，而且总入口处的热量表同样存在受水质影响计量不准和维护量大的问题，这种方法会造成使用不同供热计量入口的用户，在保持同样室温的情况下，热量的消耗不一样，由此造成单位热量价格的巨大差异，由此更易造成收费困难。

低碳环保、可持续发展，是国家的长期战略；构建和谐社会，缓解社会矛盾，维持社会稳定是国家的长期战略。集中供暖，房间温度不均，局部过热，局部热量又不够，供暖费按照平米收费的制度，难以实现公平，由此造成居民抱怨情绪急剧上升，致使投诉、上访、集中群体事件时有发生，由此造成供暖公司无限制地提高供暖的热量，造成了局部过热，浪费了大量的能源。分户计量，无论是采用热计量表或热分配表，都需要面对对供暖系统的改造和计量不准确的问题。采用现有的方式计量方式，无论是对于节能，还是对于收费，实质性的意义并不大。如何减少改造的费用，又能达到节能的目的，还能实现平衡供热平衡民怨，一直是让政府和供暖单位头疼的问题，本发明提出了一种解决建筑节能、平衡供热的方法。

温度传感器、无线数据发送接收装置、Web服务器、电磁阀都属于成熟技术，为实现小区房屋多点温度实时监测、实时监控、实时控制管理提供了可能。传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化，正经历着一个从传统传感器(DumbSensor)→智能传感器(Smart Sensor)→嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)的内涵不断丰富的发展过程。与传统传感器相比，基于Internet的嵌入式Web传感器更加可靠、便宜、扩展性好。这种传感器经过内部数据处理，通过Internet和外界实现数据交换，从而实现传感器的微型化、智能化、信息化、网络化。利用管理者已有的Internet网络，利用内嵌的Web服务器改变传感器的功能，可以减少系统维护费用和二次组网布线的费用。目前，国内厂家还处于智能传感器研发阶段，还没有基于无线传输和Internet网络的管理系统在小区房间温度监测和控制管理的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统，实现对小区各个房间温度的实时监测和实时的控制和管理，确保各个房间的温度在规定的范围之内。

本发明包括无线温度传感器、无线遥控电磁阀系统、无线中继器、无线网关、USB检测模块、Web服务器、中央监控系统。无线温度传感器安装在各个住户，无线遥控电磁阀系统安装在供暖系统的各个电磁阀上，都通过无线通信链接到无线中继器，无线中继器再通过无线通信链接到无线网关，无线网关通过以太网链接到Web服务器，中央监控系统与Web服务器要在同一个网段上，如图1所示。USB检测模块作为工具连接在计算机上主要用于各种模块的参数设置和测试。

本发明的原理是利用无线温度传感器将室温数据经无线发射传送到无线中继器，再由无线网关将数据传送到嵌入式的Web服务器，通过Intenet与中央监控系统相连接，组成温度监测的网络系统。无线温度传感器内设房间温度的控制范围，在超出设定的温度范围时，无线温度传感器通过无线中继器和无线网关向嵌入式的Web服务器发出报警的温度数据，并通知中央监控系统，控制管理者可根据需要通过无线中继器向无线遥控电磁阀系统发出指令，当温度低于控制范围时，命令无线遥控供热电磁阀交流接触器闭合，打开电磁阀或管道助力泵，扩大热水流孔径或增加水流的速度，增加热水流的流量，在温度达到设定温度的上限时，命令无线遥控电磁阀交流接触器断开，使电磁阀或管道助力泵恢复到原来预设的开口孔径，恢复预设计的流量。

整个系统的逻辑连接图：如图2所示。

同时系统中还设有非供暖期和无人房的温度控制处理，对于非供暖期和无人房温度控制范围，上限用于预防火灾，下限用于防止管道冻裂事故的发生，这样还提高了电池的使用周期，可以从原来的两年提高到4-5年。

1、本发明的无线温度传感器由无线模块、温度传感器模块、电池、天线构成。电池提供无线模块、温度传感器模块的供电，温度传感器模块将采集到的温度数据传给无线模块，无线模块通过天线将数据发射出去。如图3所示，具有如下特点：

低功耗：休眠电流2.5微安；深度睡眠60纳安

电源管理：电池使用更持久

有多种参数可设置：

1)唤醒周期：无线模块的休眠时间周期；

2)自动接收时长：在一个休眠周期内，模块正常运行的时间，此时间内可以接收数据；

3)重传次数：数据发送失败时，重传的次数；

4)唤醒时长：上一级模块向无线温度传感器发送唤醒帧的时间长度，该时间要大于无线温度传感器的唤醒周期；

5)通信信道：多信道，0-63可设；

6)无线频率：支持固定和调频模式，425-440MHZ可设；

7)无线速率：多种速率通信，2.0-256kbps可设；

8)功率可调：1dbm～20dbm

9)传感器采样周期：传感器自动采样的周期，以一个休眠周期为基本单位；

10)主动上报时间：传感器主动上报温度数据的周期时间，以一个采样周期为基本单位；

11)报警上报时间：报警上报周期，以一个休眠周期为基本单位；

12)报警发送次数：报警信息的连续报警次数；

13)电池低压报警：电压值小于次电压时即发送电压报警信息；

14)温度补偿：用来修正温度的偏差值；

15)温度上限：在-50℃--+150℃间设置温度上限，高于此上限则触发报警上报；

16)温度下限：在-50℃--+150℃间设置温度下限，低于此下限则触发报警上报；

17)温度变化：温度变化最大容许值，若每个采样周期内温度变化值超出此范围则触发报警上报；

18)主动上报ID：传感器主动上传的设备地址；

19)参数修改密码：修改各种参数时，设置密码权限，确保参数正确。

传输距离远：空旷距离测试达2400米

接口：1路UART；2路IO或4路IO或4路AD

2、本发明的无线中继由无线模块、存储器、电源、天线构成。电源提供无线模块和存储器的供电，无线模块连接天线可接收和发射数据，存储器可缓存接收到的数据。如图4所示，具有如下特点：

用于无线温度传感器信号传递的中继处理。

组网：无线中继模块可以级联，深度高达256级

设备标识：可修改，更换简单、便捷；

有多种参数可设置：

1)通信信道：多信道，0-63可设；

2)无线频率：支持固定和调频模式，425-440MHZ可设；

3)无线速率：多种速率通信，2.0-256kbps可设；

4)功率可调：1dbm～20dbm

5)主动上报ID：无线中继上传的信息的上一级设备的地址；

6)主动下行ID：无线中继下传命令的下一级设备的地址；

数据记录：每个无线中继有数据缓存功能，最多记录65536(网络故障(433MHZ)，数据不丢失)

传输距离远：空旷距离测试达2400米

扩展：UART/RS485/RS232/CAN/USB/网络

3、本发明的无线网关由无线模块、存储器、网络模块、电源、天线构成。电源提供无线模块、存储器和网络模块的供电，无线模块连接天线可接收和发射数据，存储器可缓存接收到的数据，网络模块将无线的数据转换成以太网数据，进入以太网。如图5所示，具有如下特点：

用于无线网络与以太网的连接。

组网：可实现多个无线网络到以太网的组网

设备标识：可修改，更换简单、便捷；

具有路由器功能

数据存储功能：无线网关也有数据缓存功能，最多记录1万个用户2年的数据(网络故障(Internet)，数据不丢失)

有多种参数可设置：

1)通信信道：多信道，0-63可设；

2)无线频率：支持固定和调频模式，425-440MHZ可设；

3)无线速率：多种速率通信，2.0-256kbps可设；

4)功率可调：1dbm～20dbm

5)主动下行ID：系统下传命令的下一级无线中继的地址；

6)无线网关上报IP：该IP应指向嵌入Web服务器的IP地址；

无线传输距离远：空旷距离测试达2400米

扩展：UART/RS485/RS232/CAN/USB/网络

4、本发明的无线USB模块由无线模块、USB转RS232模块、天线构成。无线模块连接天线，将无线数据通过USB转RS232模块传送到计算机，进行各种参数设置和测试。如图6所示，具有如下特点：

用于各种模块的点对点测试和参数设置。

设备标识：可修改，更换简单、便捷；

有多种参数可设置：

1)通信信道：多信道，0-63可设；

2)无线频率：支持固定和调频模式，425-440MHZ可设；

3)无线速率：多种速率通信，2.0-256kbps可设；

4)功率可调：1dbm～20dbm

传输距离远：空旷距离测试达2400米

扩展：UART/RS485/RS232/CAN/USB/网络

5、本发明的嵌入Web服务器由SQL SERVER 2000数据库服务器构成，如图7所示，具有如下特点：

用于无线温度监控整个系统的数据库支持。

支持数据存储

支持故障诊断功能

支持故障自启动

支持多服务器组网

Web共享：数据查看、数据修改等

6、本发明的中央监控系统由一台授权的安装了数据库和监控软件的计算机构成。该中央控制计算机与Web服务器连接到同一个网段上。如图8所示。采用Windowserver2003，具有如下特点：

1)支持SQL数据库：数据库数据的访问修改；

2)用户登录/注销：只对授权管理者；

3)添加、修改、删除温度监控点：凡是安装了无线温度传感器的住家进行数据库的建档。

4)参数读取与更新：对所有已建档的无线温度传感器进行各种参数的处理。

5)温度数据的显示：矩形方块式的单元温度、时间数据显示；温度的曲线坐标显示。

6)历史数据查看：可查看任意监控住宅某时间段内的温度数据。

7)管理控制操作：

供暖监控处理：低于供暖范围控制打开电磁阀工作；高于供暖范围控制关闭电磁阀。

低温防爆裂处理：在无人居住的房屋，超低温报警监控管道爆裂。

高温防火处理：在非供暖期超高温报警监控防火。

7、本发明的无线遥控电磁阀或管道助力泵系统由无线模块、正/反向交流接触器、延时电路、电源、天线构成。电源提供无线模块、正/反向交流接触器、延时电路的电源供电。正/反向交流接触器的接触开关连接到供暖系统的控制电磁阀上，无线模块连接天线，接收控制命令，控制正/反向交流接触器的接触开关，从而控制供暖电磁阀的工作，达到供暖温度的目的。如图9所示，具有如下特点：

用于控制供暖电磁阀或管道助力泵的工作。

组网：通过无线遥控的方式向各个无线遥控电磁阀系统发送指令控制供暖电磁阀或管道助力泵的工作。

设备标识：可修改，更换简单、便捷；

有多种参数可设置：

1)通信信道：多信道，0-63可设；

2)无线频率：支持固定和调频模式，425-440MHZ可设；

3)无线速率：多种速率通信，2.0-256kbps可设；

4)功率可调：1dbm～20dbm

无线传输距离远：空旷距离测试达2400米

当无线遥控电磁阀系统接到由中央监控系统通过中继器发送的开关信号时，由无线遥控电磁阀系统控制交流接触器的断开和闭合，实现对管道电磁阀或管道助力泵的打开和复位的控制。

在供暖系统中，电磁阀未通电时，管道的孔径是开通的，开通的孔径是按照正常供热水温可以达到室内最低室内温度设计的孔径。

当温度低于室内设计温度时，中央监控系统通过无线中继器发送打开信号，由无线遥控电磁阀系统控制正向交流接触器工作，使电磁阀正向通电，电磁阀打开，开口孔径扩大，水流的阻力降低，水流速度增快，输送热量增加，室温提高。

当温度高于室内设计温度时，再由中央监控系统通过无线中继器发送关闭信号，由无线遥控电磁阀系统控制反向交流接触器工作，使电磁阀反向通电，电磁阀关闭，开口孔径降低到最小的设计孔径，水流阻力加大，水流速度降低或停止，室内温度降低。

当达到室内设计温度时，再由中央监控系统通过无线中继器发送开启信号，由无线遥控电磁阀系统控制正/向交流接触器断电，使电磁阀恢复到原位。

在供暖系统中，管道泵未通电时，管道的孔径是开通的，开通的孔径是按照正常供热水温可以达到室内最低温度设计的孔径。

当室内温度低于设计温度时，中央监控系统通过无线中继器发送打开信号，由无线遥控电磁阀系统控制正向交流接触器工作，管道泵正向通电，管道助力泵按照水流方向正向旋转，入口水压增大，水流速度加快，输送热量增加，室温提高。

当温度高于室内设计温度时，再由中央控制系统通过中继器发送关闭信号，由无线遥控电磁阀系统控制反向交流接触器工作，管道泵反向通电，管道助力泵按照水流方向反向旋转，入口水压减少，水流速度减慢，输送热量较少，室温降低。

降低到室内设计温度最低值时，再由中央监控系统通过无线中继器发送开启信号，由无线遥控电磁阀系统控制正/向交流接触器断电，使管道泵停止运转，复位到原来的进水口和出水口得的压差，按设计正常供热。

本发明的优点在于，有效地克服了分户计量老楼改造费用高、新楼管道费用高、热表售后费用高，以及由于楼宇保温性能差异和热表测量误差导致的单位热量售价不一而引起的矛盾，对于改善供热平衡也有极大低改善作用，不仅可以实现低碳节能的目的，而且还可以节省人员巡视的费用。

附图说明：

图1为本发明整体组成方框图。系统包括：无线温度传感器、无线遥控电磁阀系统、无线中继器、无线网关、USB检测模块、Web服务器、中央监控系统组成。

图2为本发明整体系统逻辑连接图。

图3为本发明无线温度传感器模块组成方框图。由无线模块、温度传感器模块、电池、天线构成。

图4为本发明无线中继模块组成方框图。由无线模块、存储器、电源、天线构成。

图5为本发明无线网关模块组成方框图。由无线模块、存储器、网络模块、电源、天线构成。

图6为本发明无线USB模块组成方框图。由无线模块、USB转RS232模块、天线构成。

图7为本发明嵌入式Web服务器功能方框图。

图8为本发明中央监控系统功能方框图。

图9为本发明无线遥控电磁阀系统组成方框图。由无线模块、正/反向交流接触器、延时电路、电源、天线构成。

具体实施方式：

图1～图9为本发明的一种具体实施方式。

本发明包括无线温度传感器、无线遥控电磁阀系统、无线中继器、无线网关、USB检测模块、Web服务器、中央监控系统。无线温度传感器安装在各个住户，无线遥控电磁阀系统安装在供暖系统的各个电磁阀上，都通过无线通信链接到无线中继器，无线中继器再通过无线通信链接到无线网关，无线网关通过以太网链接到Web服务器，中央监控系统与Web服务器要在同一个网段上；如图1所示。USB检测模块作为工具连接在计算机上主要用于各种模块的参数设置和测试。

本发明的是通过用无线温度传感器将室温数据经无线发射传送到无线中继器，再由无线网关将数据传送到嵌入式的Web服务器，通过以太网或Intenet与中央监控系统相连接，组成温度监测的网络系统。无线温度传感器内设房间温度的控制范围，在超出设定的温度范围时，无线温度传感器通过无线中继器和无线网关向嵌入式的Web服务器发出报警的温度数据，并通知中央监控系统，控制管理者可根据需要通过无线中继器向无线遥控电磁阀系统发出控制指令。

当无线遥控电磁阀系统接到由中央监控系统通过中继器发送的开关信号时，由无线遥控电磁阀系统控制交流接触器的断开和闭合，实现对管道电磁阀或管道助力泵的打开和复位的控制。

在供暖系统中，电磁阀未通电时，管道的孔径是开通的，开通的孔径是按照正常供热水温可以达到室内最低室内温度设计的孔径。

当温度低于室内设计温度时，中央监控系统通过无线中继器发送打开信号，由无线遥控电磁阀系统控制正向交流接触器工作，使电磁阀正向通电，电磁阀打开，开口孔径扩大，水流的阻力降低，水流速度增快，输送热量增加，室温提高。

当温度高于室内设计温度时，再由中央监控系统通过无线中继器发送关闭信号，由无线遥控电磁阀系统控制反向交流接触器工作，使电磁阀反向通电，电磁阀关闭，开口孔径降低到最小的设计孔径，水流阻力加大，水流速度降低或停止，室内温度降低。

当达到室内设计温度时，再由中央监控系统通过无线中继器发送开启信号，由无线遥控电磁阀系统控制正/向交流接触器断电，使电磁阀恢复到原位。

同时系统中还设有非供暖期和无人房的温度控制处理，对于非供暖期和无人房温度控制范围，上限用于预防火灾，下限用于防止管道冻裂事故的发生。

Claims (8)

1.一种集中供暖的室内温度实时自动监测、监控、控制的系统，包括无线温度传感器、无线遥控电磁阀系统、无线中继器、无线网关、USB检测模块、Web服务器、中央监控系统；无线温度传感器安装在各个住户，无线遥控电磁阀系统安装在供暖系统的各个电磁阀上，都通过无线通信链接到无线中继器，无线中继器再通过无线通信链接到无线网关，无线网关通过以太网链接到Web服务器，中央监控系统与Web服务器要在同一个网段上；USB检测模块作为工具连接在计算机上用于各种模块的参数设置和测试；

利用无线温度传感器将室温数据经无线发射传送到无线中继器，再由无线网关将数据传送到嵌入式的Web服务器，通过Intenet与中央监控系统相连接，组成温度监测的网络系统；无线温度传感器内设房间温度的控制范围，在超出设定的温度范围时，无线温度传感器通过无线中继器和无线网关向嵌入式的Web服务器发出报警的温度数据，并通知中央监控系统，根据需要通过无线中继器向无线遥控电磁阀系统发出指令，当温度低于控制范围时，命令无线遥控供热电磁阀交流接触器闭合，打开电磁阀或管道助力泵，扩大热水流孔径或增加水流的速度，增加热水流的流量，在温度达到设定温度的上限时，命令无线遥控电磁阀交流接触器断开，使电磁阀或管道助力泵恢复到原来预设的开口孔径，恢复预设计的流量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线温度传感器由无线模块、温度传感器模块、电池、天线构成；电池提供无线模块、温度传感器模块的供电，温度传感器模块将采集到的温度数据传给无线模块，无线模块通过天线将数据发射出去。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线中继由无线模块、存储器、电源、天线构成；电源提供无线模块和存储器的供电，无线模块连接天线可接收和发射数据，存储器可缓存接收到的数据。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线网关由无线模块、存储器、网络模块、电源、天线构成；电源提供无线模块、存储器和网络模块的供电，无线模块连接天线可接收和发射数据，存储器可缓存接收到的数据，网络模块将无线的数据转换成以太网数据，进入以太网。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线USB模块由无线模块、USB转RS232模块、天线构成；无线模块连接天线，将无线数据通过USB转RS232模块传送到计算机，进行各种参数设置和测试。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的嵌入Web服务器由SQLSERVER 2000数据库服务器构成，用于无线温度监控整个系统的数据库支持。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的中央监控系统由一台授权的安装了数据库和监控软件的计算机构成；该中央控制计算机与Web服务器连接到同一个网段上，采用Window server2003。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无线遥控电磁阀或管道助力泵系统由无线模块、正/反向交流接触器、延时电路、电源、天线构成；电源提供无线模块、正/反向交流接触器、延时电路的电源供电。正/反向交流接触器的接触开关连接到供暖系统的控制电磁阀上，无线模块连接天线，接收控制命令，控制正/反向交流接触器的接触开关，从而控制供暖电磁阀的工作，达到供暖温度的目的。

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