CN103021086A - 一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备 - Google Patents

Abstract

本发明一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备，针对户内冷热量的采集、显示、预付费及管理，管理系统包含通讯模块、存储模块、数据处理模块和数据显示模块；硬件系统包含外部设备连接接口、存储器和显示接口；管理系统通过通讯模块读取外接设备的数据，同时通过数据处理模块处理数据，将处理后的数据通过数据显示模块数据显示，通过存储模块存储。程序管理模块通过数据处理模块判断数据的内容，根据条件判断数据，通过控制模块控制外接的控制设备。程序管理模块通过刷卡模块读取用户的数据信息，通过存储存储模块存储信息，通过处理处理模块判断及处理数据。根据不同的需求通过程序管理模块，管理，监视及安排户内所有能量设备运行及控制。

Description

一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备

技术领域

本发明是关于能量节能管理领域中自动抄表系统的一个配套产品，具体地讲是涉及一种冷热量采集、控制、监视及预付费功能的设备。

背景技术

我国政府在“十一五规划”中提出了“建设节约型社会”的明确目标。

《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005中5.5.12提到的“集中空调系统的了能量和热量计量和我国北方地区的采暖热计量一样，是一项重要的建筑节能措施。当实际情况要求并且具备相应条件时，推荐按不同的楼层、不同室内区域、不同用户或房间设置冷、热计量装置的做法。”

《湖南省居住建筑节能设计标准》DBJ 43/001-2004中提到“居住建筑采用集中采暖、空调时，应设计分室(户)温度控制及分户热(冷)量计量设施。”

《深圳市中央空调系统节能运行维护管理暂行规定》深贸工源(2005)36号中第六十二条提到的“应推广中央空调系统能量分户计量收费的技术，改中央空调按用户建筑面积平摊收费的传统方法为分户计量，使用户的经济利益与节能要求一致。

国内冷热能量计量市场刚刚起步，目前的计量收费方式：按面积计量计费，热分配计计量计费，冷热表人工抄表结算。抄表系统中无控制，预付费及分时段计量计费等功能兼容的系统及相关产品。我国的同方股份有限公司、宁波水表股份有限公司、沈阳航发机电设备有限公司等单位较早涉入冷热能量表、水表等智能仪表及其自动抄表系统的研发、生产和工程领域，是目前我国这一行业的典型单位。这些单位大都自产智能仪表，采用自定义的通信协议。其系统通常只能实现热量、温度、用水量等基本数据的自动抄表，无控制、预付费及分时段计量计费等功能，并且存在系统规模受限、通信协议专用而不能与其它厂家的热量表或系统实现互操作等问题。

国外涉入冷热能量表、水表等智能仪表及其自动抄表系统的研发、生产和工程领域公司较多且较早，并且采用国际标准的通信协议。典型的国外公司有瑞士的兰吉尔、德国的荷德鲁美特、丹麦的卡姆鲁普、瑞典的MetrimaAB(SVM)等公司，并且在中国有较好的业务。这些公司的自动抄表系统组成相似，系统主要由智能仪表(smartmeter)、M-BUS集中器、中心计算机及M-BUS通信网络等组成，采用相同的国际标准的通信协议。

国外的产品主要存在以下缺点：

1、无分时段计量计费功能；

2、无控制功能；

3、无预付费功能；

4、无用户数据显示终端；

发明内容

本发明的目的在于：有效的改善了现有全球“管理节能”领域的技术空白，是实现″可实时监视数据、可实时控制，可预付费，数据综合显示″的科学综合管控的一个重要的设备。

本发明采用的技术方案为：一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备，其与户内能量计量设备连接，包含管理系统和硬件系统，其中：

管理系统包含通讯模块、存储模块、数据处理模块和数据显示模块；

硬件系统包含外部设备连接接口、存储器和显示接口；

数据处理模块包含能量表通讯协议处理模块，该对能量表通讯协议处理模块对不同协议的仪表自动辨别，将不同协议转换为系统协议；通讯模块通过外部设备连接接口读取能量计量设备中的能量数据，并将取得的能量数据传送至存储模块，由存储模块存储至设备的存储器内；

数据显示模块，读取存储器内的能量数据，并将能量数据通过显示接口显示。

其中，所述管理系统还包含内部时钟模块，内部时钟模块通知通讯模块，通讯模块通过外部设备连接接口直接读取能量计量设备的时钟，由存储模块存储至设备的存储器内，内部时钟模块读取存储器内的时间信息，并通过数据显示模块显示。

其中，所述数据处理模块还包含分时段计量模块，该分时段计量模块读取存储器内某一特定时间段内能量数据，反馈该时段的能量增量，并通过数据显示模块显示。

其中，所述数据处理模块还包含分时段计费模块，其根据某一时段的能量增量和该时段的时段费率计算出该时段的消费金额。

其中，硬件系统还包含非接触IC卡感应接口，管理系统还包含IC卡信息处理模块，IC卡信息处理模块通过读取用户IC卡内的信息，由存储模块将用户预存金额存入存储器内，由余额显示模块计算余额，并通过数据显示模块显示。

其中，管理系统还包含控制模块，硬件系统还包含电动球阀，电动球阀与户内能量计量设备，控制模块监测到余额为0时，开启电动球阀，阻断能量。

其中，所述户内能量计量设备为能量表、电表、水表或煤气表或所述仪表的任意组合。

其中，所述硬件系统还包含蜂鸣报警器，所述管理系统与能量表及电动球阀通讯异常时记录事件并启动蜂鸣报警器。

其中，所述硬件系统还包含由触摸按键，所述管理系统还包含由参数设置模块，用户通过触摸按键对管理系统存储器内存储的各项参数进行设置。

其中，所述管理系统还包含有定时中断模块，定时中断模块根据设定的时间，对设备进行中断。

管理系统通过通讯模块读取对下外接设备的数据(外接设备冷热量表及其他智能设备)，同时通过数据处理模块处理数据，将处理后的数据通过数据显示模块数据显示，通过存储模块存储数据。程序管理模块通过数据处理模块判断数据的内容，根据条件判断数据，通过控制模块控制外接的控制设备(继电器，电动阀及其他控制设备)。程序管理模块通过刷卡模块读取用户的数据信息，并通过存储存储模块存储信息，通过处理处理模块判断及处理数据。用户根据不同的需求通过程序管理模块，管理，监视及安排户内所有能量设备运行及控制。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：本设备将同一用户内的多种能量数据集中采集并直观显示，使得使用者对于家庭种使用的各种能量有着实时，清晰的了解。例如：目前，每一个家庭的用户只能通过交电费、交水费、交燃气费来了解日常使用各种能源支付的费用对于消耗能量的数值没有任何概念，其仅仅限于对金额的初步了解。目前的使用方式，并不利于现今社会对节能环保的要求。只有使用者对于自身消耗能量有了科学的认识，才能更进一步的节能环保做出参考。

本发明突破现有的计量方式，通过一个设备实现户内的所有能量的计量、显示、监测和管理。并提供定时读取、分时段计量、分时段计费、IC卡预付费功能、数据存储功能、控制功能、时钟功能、提示功能、协议转换功能、异常记录报警提示等功能，使得户内多种能量的管理得以具体实现。

本发明提高了用户对能量设备的管理和使用，保证了用内能量设备正常、安全稳定的运行，通过实时的知情权及实时的管理权合理安排能量的使用，合理的安排能量的使用，提倡节能环保。

附图说明

图1为本发明硬件系统的结构组成的示意图。

图2为本发明管理系统的功能框架构成图。

图3为本发明参数设置模块的工作示意图。

图4为本发明串口1发送流程图。

图5为本发明串口2接收及发送流程图。

图6为本发明时段图。

具体实施方式

本发明实施例是一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备，具体的说是一种自动抄表系统中用户冷热量数据采集和管理的设备。为了能够更清晰的描述该发明的实现方案，现结合各个附图具体描述如下：

本发明一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备，其与户内能量计量设备连接，包含管理系统和硬件系统，请参见图1所示，其为本发明硬件系统结构组成的示意图，本发明的硬件系统包含CPU模块1(MCU)、存储器2、外部设备连接接口3(通讯接口)、非接触IC卡感应接口4和显示接口5、控制电动球阀接口6、蜂鸣报警器7、非接触触摸按键8和电源。

CPU模块1(MCU)为本发明的系统核心，其功能是调控及分配所有硬件系统的工作状态及工作方式。

存储器2是系统重要的数据存储设备，其功能是存储用户显示终端的运行数据及采集的数据。存储的数据，存在存储器的缓存中，存储的数据内容如下：

显示终端地址、表地址、对能量表读数数据的间隔时间、余额不足提示金额、关闭电动阀最小金额、剩余金额、冷量工作计量时间及截止时间、热量工作计量开始时间及截止时间、冷量加班计量时间及截止时间、热量加班计量开始时间及截止时间、冷量计量工作及加班表底数、热量计量工作及加班表底数、冷热量计量方式、电动阀定时动作时间、电动阀工作模式、维修状态、定时保存数据时间、公共假日数、周修日状态字、公共假日日期、读取上次冷热表保存数据、抄表失败次数、最近一次成功和失败的时间、冷量工作能量、热量工作能量、冷量加班能量、热量加班能量、能量的小数部分、冷量工作费率、热量工作费率、冷量加班费率、热量加班费率、抄表失败次数、失读比例分配。

外部设备连接接口3是本设备的通信接口，具体来讲，本设备使用3种接口，(1)、上行接口31(RS-485接口/串口)，其功能是提供上行通讯通道，读取用户显示终端数据。(2)、下行M-BUS接口32，其功能是读取M-BUS通讯接口设备的数据。(3)、下行RS-485接口33，其功能是读取RS-485通讯接口设备的数据。

非接触IC卡感应接口4，提供用户刷卡充值及用户数据查询。

液晶显示接口5，显示用户能量数据及设备运行参数数据，通常采用液晶显示屏幕。

控制电动球阀接口6，其功能是使用磁保持继电器控制自保持带反馈电动球阀，在一定条件范围内控制用户能量的使用。

蜂鸣报警器7，管理系统与能量表及电动球阀通讯异常时记录事件并启动蜂鸣报警器7。

非接触触摸按键8，其功能是提供用户数据查询功能及设备参数查询功能。

请参见图2所示，其为本发明管理系统的功能框架构成图。其中，管理系统10包含参数设置模块101、通讯模块102、存储模块103、数据处理模块104、数据显示模块105、内部时钟模块106、IC卡信息处理模块107、控制模块108、非接触按键模块109、定时中断模块110和系统初始化模块111。

其中，数据处理模块104为管理系统10的数据处理核心，其包含对上行通讯协议处理模块141、对能量表通讯协议处理模块142、分时段计量模块143、分时段计费模块144、余额处理模块145和内部时钟设置模块146。

而，上行通讯协议处理模块141的功能是对上行接口31的接收缓存协议解析处理，处理的内容包含设置参数及参数返回。

而，对能量表通讯协议处理模块142，对能量表通讯数据进行解析，根据ENERGE-INT6能量表通讯协议(符合EN-1434-3)，处理能量表的数据。其目的是对不同协议的能量表自动辨别及协议转换。根据不同协议模式的不同，自动辨别协议，转换为可互相通讯的系统协议。例如：国外表计通讯选择欧洲EN-1434-3Heat Meters Part 3：Dataexchange and interfaces。通信格式：

国内电表采用DL/T645-2007多功能电表通信协议通信格式：

EN-1434-3的格式要求：

第一个字节和第四个字节是68H；

长度LEN：从第二个68H开始(不包含68H)到CS截止的数据字节数；

校验码CS：从第二个68H开始(不包含68H)到CS之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超出256的溢出值；

结束符16H。

DL/T645-2007的格式要求：

第一个字节和第八个字节是68H；

长度LEN：数据域的字节数；

校验码CS：从第一个帧起始符开始到CS之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超出256的溢出值；

结束符16H。

根据缓存区接收所有数据，根据协议的区别判断协议，自动转换为系统协议。

举例：

欧洲EN-1434-3Heat Meters Part 3：Data exchange and interfaces

68 A4 A4 68 08 00 72 45 16 85 35 24 23 2B 0C 0B 00 00 00

0C 05 05 10 00 00             热能量代码    数据

8C 10 05 00 01 01 00          冷量代码      数据

8C 20 05 00 00 00 00

0C 12 35 18 00 00             流量          数据

0C 2A 36 78 31 00             瞬时功率      数据

0B 3A 58 17 14                瞬时流量      数据

0A 5A 49 03                   进水温度      数据

0A 5E 69 02                   回水温度      数据

0A 62 79 00                   温差          数据

0B 26 40 75 01 04 6D 21 09 41 18 4C 05 00 00 00 00 4C 12 13 00

00 00 CC 10 05 00 00 00 00 CC 20 05 00 00 00 00 42 6C 41 16 42

EC 7E 61 16 8C 01 05 00 00 00 00 8C 01 12 13 00 00 00 8C 11 05

00 00 00 00 8C 21 05 00 00 00 00 82 01 6C 3F 1C 82 01 EC 7E 5F

1C 8C 40 14 00 00 00 00 8C 80 40 14 00 00 00 00 54 16

缓存区接收所有数据，根据协议的区别判断是能量表的协议，自动转换为系统协议：

68 59 59 68 08 01 01 02 00

07 F0 30 00 11 00 14 F0 00 15 F0 16 25 23 01 01 00 16 F0 01

17 F0 05 10 00 00        热量     数据

18 F0 00 00 00 00 19 F0 01

1A F0 00 00 00 00        冷量     数据

1B F0 35 18 00 00         流量      数据

1C F0 00 00 00          瞬时流量    数据

1D F0 36 78 31 00       瞬时功率    数据

1E F0 49 03             进水温度    数据

1F F0 69 02             回水温度    数据

20 F0 79 00             温差        数据

27 F0 05 00 00 01 01 00 14 01 01 01 01 11 A7 16

将处理完的协议，转发到下一级通信。所述的系统协议，是系统初始定义的，具有固定的协议格式，上述实施举例，只是其中的一个案例。对能量表通讯协议处理模块读取不同的协议，将其中系统协议所需要字段信息，重组形成统一的系统协议，完成不同能量表的通信。

而，分时段计量模块143，读取存储器内某一时间段内的能量数据，反馈该时段的能量增量。

例如：一年分三种工作模式：供热模式、供冷模式、维修/暂停模式。一天分两个时段：上班时段和加班时段。分时段计量模块，根据缓存的能量数据返回的时间，判断属于哪种能量工作模式并判断属于哪个时段的数据，分时段计量。

而，分时段计费模块144，其根据某一时段的能量增量和该时段的时段费率计算出该时段的消费金额。

通讯模块102是外部设备与管理系统交互的执行模块，其进一步包含，上行接口(相当于串口2)通讯发送模块121、下行接口(相当于串口1)通讯发送模块122、上行接口接收中断模块123和下行接口接收中断模块124。

通讯模块102，通过外部设备连接接口3读取能量计量设备(能量表)的能量数据，并将取得的能量数据传送至存储模块103，由存储模块103存储至设备的存储器2相应字段内。

数据显示模块105，其功能是读取存储器内的数据信息，并将数据通过显示接口显示，该数据内容，可以是存储器内任意信息值，例如：工作热量、加班热量、工作冷量、加班冷量和剩余金额等设定信息。

内部时钟模块106，通讯模块102通过外部设备连接接口直接读取能量计量设备的时钟，由存储模块存储至设备的存储器内，内部时钟模块106读取存储器内的时间信息。

IC卡信息处理模块107，IC卡信息处理模块通过读取用户IC卡内的信息，由存储模块将用户预存金额存入存储器内，由余额计算模块145计算余额，设备通过数据显示模块显示。

控制模块108，电动球阀与户内能量计量设备，控制模块监测到余额为0时，开启电动球阀，阻断能量。检测自保持带反馈电动阀的反馈线，判断电动阀的状态，显示在缓存中。

非接触按键模块109，其功能是控制设备非接触触摸按键8对信息显示。而非接触触摸按键8，使用电容式按键，防止按键由于其他干扰导致，误判断。使用循环队列方式判断，非接触按键信号正确70％以上，按键有效，否则为无效信号。

初始化模块111，其功能是初始化CPU参数及显示终端运行参数，初始化CPU参数包含：晶振、中断、IO、内部时钟、串口。显示终端的运行参数初始化包含读取存储器存储的数据放入对应的缓存中。这些内容，全部为基础内容，在此不再赘述。

以下，对通讯模块的工作进行详细说明，请参见图3，其为参数设置模块参数设置图。串口2(上行接口)的接收缓存输入数据到接收参数数据协议解析，将解析完的数据，放入对应的缓存中及存储器中，设置及读取对应的数据，数据内容是显示终端的运行参数。

请参见图4所示，其为串口1发送流程图，定时中断程序110中终端间隔读取能量表的时间间隔等于“0”时，系统主循环判断串口1发送对能量表通讯的协议，并将重新恢复初始间隔时间。

请参见图5所示，其为串口2接收和发送流程图，串口2中断接收成功，将数据存入串口2的缓存中，串口2的接收缓存输入数据到接收参数数据协议解析，将解析完的数据，放入对应的缓存中及存储器中。

设置命令，修改对应缓存及存储器的数据，并将对应的协议通过串口2发送应答命令。

读取命令，读取对应缓存的数据，将对应参数的协议通过串口2发送应答参数命令。

本设备的功能特点：

(1)、多时段多费率计量实现。设备加入实时时钟，可以编辑供热和供冷不同季节，不同时段的收费计算方式，由系统自动结算出能量表各个季节各个时段的冷热能量并通过设置的不同费率单价，直接结算用户使用的金额，并将数据显示给客户，清晰直观。

(2)、预付费功能的实现。通过IC卡信息处理模块，将IC卡内的储蓄金额写入用户显示终端中，用户显示终端根据已经编辑的计费计算公式，扣除用户使用的金额，在金额剩余一定值时，提示用户充值。在余额为“0”时，关断用户能量。

(3)、上位机实时监控功能。本设备通过上行接口与上位机连接，上位机可以实时监视用户使用的能量，保证用户正常使用能源，对不正常使用的用户，系统判别后，提示报警通知维护人员到现场查看用户是否异常使用能量表。

(4)、家庭用户实时监视功能。普通家庭用户可以实时监视用户水、电、气、能量的数据及表计运行状态。

(5)、用户户内显示功能，本设备使用点阵式液晶屏显示用户数据、用户剩余金额，在金额不足显示提示文字及用户显示终端内部运行参数。

(6)、非接触按键使得设备更加节能。户内显示终端的按键，使用电容式非接触按键，解决了与机械式按键相比具有更长的使用寿命。

(7)、磁保持继电器控制自保持电动阀实现能量自动通断功能。使用磁保持继电器及自保持电动阀设备正常待机的无功率消耗，在控制的瞬间损耗功率，控制结束无功率消耗重新断电磁保持继电器及自保持电动阀保持原有状态。降低功耗，在运行中。

(8)、发明提高了用户对能量设备的管理和使用，保证了用内能量设备正常、安全稳定的运行，通过实时的知情权及实时的管理权合理安排能量的使用，合理的安排能量的使用，提倡节能环保。

Claims (10)

1.一种实现户内多种能量计量、显示和管理的设备，其与户内能量计量设备连接，包含管理系统和硬件系统，其特征在于：

管理系统包含通讯模块、存储模块、数据处理模块和数据显示模块；

硬件系统包含外部设备连接接口、存储器和显示接口；

数据处理模块包含对能量表通讯协议处理模块，该对能量表通讯协议处理模块对不同协议的仪表自动辨别，将不同协议转换为系统协议；

通讯模块通过外部设备连接接口读取能量计量设备中的能量数据，并将取得的能量数据传送至存储模块，由存储模块存储至设备的存储器内；

数据显示模块，读取存储器内的数据信息，并将数据信息通过显示接口显示。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述管理系统还包含内部时钟模块，内部时钟模块通知通讯模块，通讯模块通过外部设备连接接口直接读取能量计量设备的时钟，由存储模块存储至设备的存储器内，内部时钟模块读取存储器内的时间信息，并通过数据显示模块显示。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于：所述数据处理模块还包含分时段计量模块，该分时段计量模块读取存储器内某一特定时间段内能量数据，反馈该时段的能量增量，并通过数据显示模块显示。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述数据处理模块还包含分时段计费模块，其根据某一时段的能量增量和该时段的时段费率计算出该时段的消费金额。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于：硬件系统还包含非接触IC卡感应接口，管理系统还包含IC卡信息处理模块，IC卡信息处理模块通过读取用户IC卡内的信息，由存储模块将用户预存金额存入存储器内，由余额计算模块计算余额，并通过数据显示模块显示。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：管理系统还包含控制模块，硬件系统还包含电动球阀，电动球阀与户内能量计量设备连接，控制模块监测到存储模块内存储的余额为0时，开启电动球阀，阻断能量。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述户内能量计量设备为能量表、电表、水表或煤气表或所述仪表的任意组合。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于：所述硬件系统还包含蜂鸣报警器，所述管理系统与能量表及电动球阀通讯异常时记录事件并启动蜂鸣报警器。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述硬件系统还包含由触摸按键，所述管理系统还包含由参数设置模块，用户通过触摸按键对管理系统存储器内存储的各项参数进行设置。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于：所述管理系统还包含有定时中断模块，定时中断模块根据设定的时间，对设备进行中断。

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