CN102507022A - 油田集中供热用户室温远程测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田集中供热用户室温远程测量系统及方法。主要由多个测温表、多个温度集中器、局域网和数据中心服务器组成，通过在每个用户室内安装一块测温表，实时采集室内温度，再发射到温度集中器，温度集中器安装在小区内的换热站中，集中收发小区内所有测温表的数据，并通过局域网传输到热电联供中心的数据中心服务器，进行统一的查询和分析；有益效果是：该系统可帮助运行管理者实时掌握用户室内温度情况；增加了测温表之间的路由功能，测温表之间可以互为中继，完全可以覆盖整个小区内的所有用户，为供热单位提供更全面、更科学的用户室内温度，同时制定合理的自动化运行方案，调节热源运行，使能耗降低8%-15%。

Description

油田集中供热用户室温远程测量系统及方法

技术领域：

本发明涉及一种油田集中供热测温系统，特别涉及一种油田集中供热用户室温远程测量系统及方法。

背景技术：

    无线室温采集是近些年来兴起的测温方式，主要用在集中供暖、集中供冷等领域，也可以用在工业领域。随着计算机技术、电子技术和通讯技术的不断发展，各个行业的自动化进程正在逐渐加快，以至于在温度采集中对数据采集的实时性、可靠性、信息量提出了更高的要求。

用户室温无线测量的优势是以在无法布线的现有楼宇之间，集中监控多路环境温度，控制空调和暖气，达到节能增效的目的。热力公司通过参考温度数据来进行能量调节。以保证供热质量，同时节约能源。而目前众多的物业公司在供热期间按温度采集靠人工上门测量方式，工作量大，数据不及时，数据无法与自动化设备连接。另外还有电话线测温，GPRS方式测温等，这两种方式都存在各自的弊端，电话线测温表需要占用用户家的电话，给用户日常生活带来不便，GPRS方式测温，需要借助中国移动的GPRS网络，通过流量计费，给用户的后续维护带来不便。

近年来，随着无线射频技术的发展，自动抄表技术的成熟，采用无线射频方式进行数据传输成为应用的主流，射频传输借助免费的频段，无需申请，即可方便快捷的在某区域内进行数据传输，且没有后续费用，一次投资，终身受益，越来越受到客户的青睐。我们基于射频技术，开发的无线射频温度集中器，通过射频模块和用户家的测温表建立连接，进行数据传输，方便简单，传输可靠。但是，射频传输由于受到小区内楼房、墙壁的阻挡，在传输过程中信号会受到干扰，减弱，影响传输距离，一般在小区内的传输距离只有100-200米左右，但油田单位和生活区一般都在400-500米之间，因此不能覆盖整个小区内的用户。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种油田集中供热用户室温远程测量系统及方法，用于采集供暖期用户室内温度，并上传到热力公司，为其提供准确及时的温度数据，增加了测温表之间的路由功能，测温表之间可以互为中继，把路由数据接力传输，有效增加了传输距离；协助热力公司对供热管网进行合理调节，起到节能降耗的作用。

本发明的一种油田集中供热用户室温远程测量系统，主要由多个测温表、多个温度集中器、局域网和数据中心服务器组成，通过在每个用户室内安装一块测温表，实时采集室内温度，再发射到温度集中器，温度集中器安装在小区内的换热站中，集中收发小区内所有测温表的数据，并通过局域网传输到热电联供中心的数据中心服务器，进行统一的查询和分析；其中，小区内各测温表之间可以建立路由连接，互为中继，把温度数据进行接力传输，有效提高测温表在小区内的传输距离；集中器可以对测温表进行发送指令，远程设置参数等，把温度数据进行集中存储和处理。

上述的测温表主要由用户室温测量部分、温度采集及处理模块、无线射频传输模块、控制模块、温度及日期显示模块、电源模块组成，用户室温测量部分与温度采集及处理模块连接，所述的温度采集及处理模块用来采集并处理温度传感器的数据，且可以接收指令或者通过指令控制，把温度数据送到无线射频传输模块；所述的无线射频传输模块负责接收集中器发来的指令，把该指令数据传送到用户室温测量部分，同时把用户室温测量部分的数据返回给集中器，所述的控制模块用于接收温度处理及采集模块的数据，并控制在温度及日期显示模块显示相关内容。

上述的温度集中器主要由单片机、CPLD控制器、网络模块、RF射频模块、存储器模块和日历管理模块组成，所述的单片机的上行方向通过网络模块以太网方式实现与数据管理中心进行远程无线传输；下行方向通过RF射频模块以无线射频传输方式实现与测温表之间进行短距离无线通讯；所述的CPLD控制器负责各种接口类型之间的转换控制和各个模块的时序控制，存储器模块在单片机和CPLD控制单元的管理下，实现数据的周期性集中冻结存储；日历管理模块管理系统时间和产生周期存储触发信号。

本发明的一种油田集中供热用户室温远程测量方法，由以下步骤组成：

（1）、室内温度测量：温度计量以3s为间隔，定时读取温度传感器数据；温度数据采集进行了BCD码和二进制方式的保留处理，对BCD格式，精度为0.1摄氏度，对二进制方式，精度为0.0625摄氏度；

（2）、温度数据传输：数据传输通过内嵌UART接口实现，底层硬件层由串口中断驱动，包括接收缓冲区不空中断、发送缓冲区空中断，一旦接收缓冲区有数据，则使能串口事件标志，主程序循环检测到该事件，进入缓冲区取得数据；数据抄取仅为实时数据，命令字为04H或06H；

（3）、路由功能：通讯帧路由方式：

a、下行：

下行帧由集中器或数据中心为起点，帧方向标志为0，下行帧路由表指针初值为1 指向N0 节点，每经过一个节点路由表指针加1，指向下一个节点，直到路由表最右一项；路由表长度1...10，最少1 项；Nn 为路由表项，从左到右为下行帧通过的终端节点，通讯方式为接力方式，最右一项为目标节点；

b、上行：

上行帧为目标节点的应答帧，帧方向标志为1，每经过一个节点路由表指针减1，指向下一个节点，直到路由表指针为0，回到集中器/主站，配序号命令应答时将路由表最右一项由0xFF 替换为实际序号值；

（4）温度集中器集中收发小区内所有测温表的数据，温度集中器安装在小区内的换热站中；上行方向通过网络模块接口单元以GPRS/CDMA网络方式实现与数据管理中心的远程无线传输、或以RF射频无线接口与手抄机短距离无线通讯；下行方向通过RFID射频模块接口以无线射频传输方式实现与采集器的短距离无线通讯或有线传输；

（5）数据冻结：数据冻结的过程即定时时间中断服务执行的过程，在预先设定的冻结时间时刻，日历芯片产生中断触发信号，软件系统获得中断申请后，执行中断服务程序，完成数据冻结工作；

（6）数据上传：温度集中器定时冻结数据后，通过局域网把温度数据传输到热电联供监控中心数据服务器，进行统一的查询和分析，为供热管网调节提供决策依据。

本发明的有益效果是：该系统可帮助运行管理者实时掌握用户室内温度情况，供暖公司足不出户，即可及时看到远端用户室内温度的实时值；增加了测温表之间的路由功能，测温表之间可以互为中继，把路由数据接力传输，有效增加了传输距离，经过测试，增加路由功能后，传输距离能达到400-600米左右，完全可以覆盖整个小区内的所有用户，为供热单位提供更全面、更科学的用户室内温度。同时制定合理的自动化运行方案，调节热源运行 , 实现温度的可控性 , 从而使能耗降低8%-15% 。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的测温表的内部原理框图；

附图3是本发明的测温表的电路接线图；

附图4是本发明的温度集中器的内部原理框图；

附图5是本发明的温度集中器单片机模块的电路接线图。

具体实施方式：

    结合附图1-5，对本发明作进一步的描述：

本发明的系统提出了一种先进的测温系统和方法，可同时监测供暖区域所有小区用户家的室温情况。系统通过在每个用户家里安装一块测温表，实时采集室内温度，再发射到集中器，集中器安装在小区内的换热站中，集中收发小区内所有测温表的数据，并通过局域网传输到热电联供中心数据服务器，进行统一的查询和分析。

小区内各测温表之间可以建立路由连接，互为中继，把温度数据进行接力传输，有效提高测温表在小区内的传输距离。集中器可以对测温表进行发送指令，远程设置参数等，把温度数据进行集中存储和处理。

本发明的测温系统的方法如下：

第一步 温度测量

温度计量以3s为间隔，定时读取温度传感器数据。温度数据采集进行了BCD码和二进制方式的保留处理。对BCD格式，精度为0.1摄氏度。对二进制方式，精度为0.0625摄氏度。

   第二步：温度数据传输

在硬件设计上，满足UART提供无线射频通路。数据传输通过内嵌UART接口实现。底层硬件层由串口中断驱动，包括接收缓冲区不空中断、发送缓冲区空中断。一旦接收缓冲区有数据，则使能串口事件标志。主程序循环检测到该事件，进入缓冲区取得数据。

数据抄取仅为实时数据，命令字为04H或06H。

第三步：路由功能

通讯帧路由方式：

1、下行：

下行帧由主站（集中器或数据中心）为起点，帧方向标志为0。下行帧路由表指针初值为1 指向N0 节点，每经过一个节点路由表指针加1，指向下一个节点，直到路由表最右一

项。路由表长度1..10，最少1 项；Nn 为路由表项，从左到右为下行帧通过的终端节点，通讯方式为接力方式，最右一项为目标节点。如为广播命令或配序号命令，最右一项为0xFF；路由表为可变长。

2、上行：

上行帧为目标节点的应答帧，帧方向标志为1。每经过一个节点路由表指针减1，指向下一个节点，直到路由表指针为0，回到集中器/主站。配序号命令应答时将路由表最右一项由0xFF 替换为实际序号值。

说明2：

分组：为同一小区中每一集中器分配一个单字节唯一编码，用于区分不同的主站及其下属终端。通过终端配序号命令为同一集中器的所有下属终端赋予同一分组编码，在一地理区域内通过分组编码和终端序号就可唯一确定终端地址。

说明3：

终端配序号命令：路由表最后一项为0xFF，终端地址、分组号、序号放用户数据区。

*说明4：

错误处理：集中器发送下行帧后，可定时监听响应，如超时无应答，则重发或启用备用路径。

识别路由命令的思路：

1）根据同步字符6BH、6CH识别出协议类型；

2）如果是6BH，则分离到路由协议中，且接收帧索引号增1，直向第2字节。

3）第2字节（组号）：判断组号是否匹配，若匹配，索引号指向第3字节。否则，复位索引号；

4）第3字节（路由长度和路由指针）：赋值操作，索引号直向第4字节。

5）第4字节至第n字节（路由表）：赋值操作，且判断在路由指针指向的位置处，节点号和本采集器序号是否匹配，若匹配则索引号指向第二同步字符6BH所在字节，若不匹配，复位索引号。

6）判断第二同步字符6BH，数据域长度，校验和，结束字符，若其中之一不匹配则复位索引号。

7）若帧结构正确则根据帧命令字执行操作。

第四步：集中器设计：

根据附图4-5，无线测温集中器由ATMega单片机、CPLD控制单元、网络模块接口单元、RF射频模块接口单元、存储器单元模块和日历管理模块组成。ATMega单片机是数据管理控制中心，系统上行方向通过网络模块接口单元以GPRS/CDMA网络方式实现与数据管理中心的远程无线传输、或以RF射频无线接口与手抄机短距离无线通讯。下行方向通过RFID射频模块接口以无线射频传输方式实现与采集器的短距离无线通讯或有线传输。ATMega单片机是系统的管理控制中心，分析解释各种信号命令。CPLD控制单元负责各种接口类型之间的转换控制和各个单元模块的时序控制。存储器单元模块在ATMega单片机和CPLD控制单元的管理下，实现数据的周期性集中冻结存储。日历管理模块管理系统时间和产生周期存储触发信号。

主要技术指标的实现：

u      小区内的覆盖范围：400-600米

u      供电方式：220V交流

u      无线模块频率：免费频段（433-480MHZ）

u      网络传输方式：透明数据传输

u      工作温度：-25-80度

u      工作湿度：10%-90%无

第五步：数据冻结

数据冻结的过程即定时时间中断服务执行的过程。在预先设定的冻结时间时刻，日历芯片产生中断触发信号，软件系统获得中断申请后，执行中断服务程序，完成数据冻结工作。

中断服务程序内第一项工作即需要保护现场，包括可能涉及改变的变量参数，退出之前必须完成恢复现场工作。冻结数据按照集中器存储器的所辖采集器号（即地址），轮训式依次抄取各个采集器数据，并保存到本地铁电存储器内。

第六步：数据上传

集中器定时冻结数据后，通过局域网把温度数据传输到热电联供监控中心数据服务器，进行统一的查询和分析，为供热管网调节提供决策依据。

Claims (4)

1.一种油田集中供热用户室温远程测量系统，其特征是：主要由多个测温表、多个温度集中器、局域网和数据中心服务器组成，通过在每个用户室内安装一块测温表，实时采集室内温度，再发射到温度集中器，温度集中器安装在小区内的换热站中，集中收发小区内所有测温表的数据，并通过局域网传输到热电联供中心的数据中心服务器，进行统一的查询和分析；其中，小区内各测温表之间可以建立路由连接，互为中继，把温度数据进行接力传输，有效提高测温表在小区内的传输距离；集中器可以对测温表进行发送指令，远程设置参数等，把温度数据进行集中存储和处理。

2.根据权利要求1所述的油田集中供热用户室温远程测量系统，其特征是：所述的测温表主要由用户室温测量部分、温度采集及处理模块、无线射频传输模块、控制模块、温度及日期显示模块、电源模块组成，用户室温测量部分与温度采集及处理模块连接，所述的温度采集及处理模块用来采集并处理温度传感器的数据，且可以接收指令或者通过指令控制，把温度数据送到无线射频传输模块；所述的无线射频传输模块负责接收集中器发来的指令，把该指令数据传送到用户室温测量部分，同时把用户室温测量部分的数据返回给集中器，所述的控制模块用于接收温度处理及采集模块的数据，并控制在温度及日期显示模块显示相关内容。

3.、根据权利要求1所述的油田集中供热用户室温远程测量系统，其特征是：所述的温度集中器主要由单片机、CPLD控制器、网络模块、RF射频模块、存储器模块和日历管理模块组成，所述的单片机的上行方向通过网络模块以太网方式实现与数据管理中心进行远程无线传输；下行方向通过RF射频模块以无线射频传输方式实现与测温表之间进行短距离无线通讯；所述的CPLD控制器负责各种接口类型之间的转换控制和各个模块的时序控制，存储器模块在单片机和CPLD控制单元的管理下，实现数据的周期性集中冻结存储；日历管理模块管理系统时间和产生周期存储触发信号。

4.一种油田集中供热用户室温远程测量方法，其特征是由以下步骤组成：

（1）、室内温度测量：温度计量以3s为间隔，定时读取温度传感器数据；温度数据采集进行了BCD码和二进制方式的保留处理，对BCD格式，精度为0.1摄氏度，对二进制方式，精度为0.0625摄氏度；

（2）、温度数据传输：数据传输通过内嵌UART接口实现，底层硬件层由串口中断驱动，包括接收缓冲区不空中断、发送缓冲区空中断，一旦接收缓冲区有数据，则使能串口事件标志，主程序循环检测到该事件，进入缓冲区取得数据；数据抄取仅为实时数据，命令字为04H或06H；

（3）、路由功能：通讯帧路由方式：

a、下行：

下行帧由集中器或数据中心为起点，帧方向标志为0，下行帧路由表指针初值为1 指向N0 节点，每经过一个节点路由表指针加1，指向下一个节点，直到路由表最右一项；路由表长度1...10，最少1 项；Nn 为路由表项，从左到右为下行帧通过的终端节点，通讯方式为接力方式，最右一项为目标节点；

b、上行：

上行帧为目标节点的应答帧，帧方向标志为1，每经过一个节点路由表指针减1，指向下一个节点，直到路由表指针为0，回到集中器/主站，配序号命令应答时将路由表最右一项由0xFF 替换为实际序号值；

（4）温度集中器集中收发小区内所有测温表的数据，温度集中器安装在小区内的换热站中；上行方向通过网络模块接口单元以GPRS/CDMA网络方式实现与数据管理中心的远程无线传输、或以RF射频无线接口与手抄机短距离无线通讯；下行方向通过RFID射频模块接口以无线射频传输方式实现与采集器的短距离无线通讯或有线传输；

（5）数据冻结：数据冻结的过程即定时时间中断服务执行的过程，在预先设定的冻结时间时刻，日历芯片产生中断触发信号，软件系统获得中断申请后，执行中断服务程序，完成数据冻结工作；

（6）数据上传：温度集中器定时冻结数据后，通过局域网把温度数据传输到热电联供监控中心数据服务器，进行统一的查询和分析，为供热管网调节提供决策依据。

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