CN109118658A - 一种无线智能锁控阀管理系统设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线智能锁控阀管理系统，包括无线智能锁控阀、采集器、集中器和供热管理部门；无线智能锁控阀由无线收发芯片、微控制器、电机、阀体和多个功能模块组成；采集器配有采集器ISM频段无线通信模块；集中器配有集中器ISM频段无线通信模块和联通4G无线通信模块；供热管理部门管理人员可以足不出户，对用户家中的无线智能锁控阀进行诸如远程开关阀、查看阀门状态等操作，提高了供热行业的现代化管理水平，同时方便了用户的使用，具有较好的经济和社会效益。

Description

一种无线智能锁控阀管理系统设计方法
技术领域
一种无线智能锁控阀管理系统，可实现远程控制阀门开关，欠费自动关闭，并实时对阀门状态进行监控，适用于供热行业的现代化管理。
背景技术
无线智能锁控阀管理系统结合大型云计算数据服务技术、多模态跨网络无缝数据集成技术、先进的多链路自适无线智联技术、128位动态数据加密，无值守信息自我管理修正技术、顶级140db无线ISM穿墙信道、24小时无间断4G无线通信网络和智能射频卡等技术，为供热管理部门对用户收费管理提供了一整套解决方案；
供热管理部门管理人员可以足不出户，对用户家中的无线智能锁控阀进行诸如远程开关阀、查看阀门状态等操作，用户缴费后无需用供热管理部门下发的用户卡进行开关阀操作，极大地方便了供热管理部门和用户；
但目前关于无线智能锁控阀管理系统的研究较少，而且大部分成果均处于国外，国内在无线智能锁控阀领域的进展较少。
发明内容
有鉴于此，为了达到上述方案的效果，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种无线智能锁控阀管理系统设计方法：
步骤一：无线智能锁控阀的设计
所述无线智能锁控阀由阀体、电机、无线收发芯片、序列号模块、防盗模块、测温模块、电源模块、刷卡模块、阀体反馈模块、微控制器组成；所述低功耗的无线收发芯片，通过ISM频段无线通信接收来自供热管理部门的信号，微控制器发出控制指令，控制电机的运转，驱动阀体进行开关动作，反馈模块将阀体的开度实时反馈给无线收发芯片和微控制器；
所述无线收发芯片与采集器之间通过ISM频段进行无线通信；所述序列号模块将该无线智能锁控阀的状态信息打包命名加以区分；所述防盗模块增加了远程防盗报警功能；所述电源模块采用大容量锂电池供电；所述刷卡模块保留原有非接触射频卡功能；
步骤二：采集器的设计
所述采集器处于集中器与无线智能锁控阀之间，用于管理一定数量的无线智能锁控阀；所述采集器配有采集器ISM频段无线通信模块；通过所述采集器ISM频段无线通信模块实现将无线智能锁控阀的上行数据通过采集器转发给集中器，同时实现将集中器的下行数据通过采集器转发给无线智能锁控阀；所述采集器采用一体化金属铸铝外壳，防水防潮，并且具有屏蔽功能，保护无线通信不受外界干扰；
步骤三：集中器的设计
所述集中器配备高性能低功耗的32G固态硬盘，配有集中器ISM频段无线通信模块和联通4G无线通信模块；采用所述集中器ISM频段无线通信模块实现所述集中器与所述采集器之间的通信；采用所述联通4G无线通信模块实现所述集中器与供热管理部门的服务器之间的通信；一个小区只需要安装一个所述集中器，用于管理该小区的多个采集器；
步骤四：环境测试
对于无线智能锁控阀管理系统，通过调节阀体的开度，达到最佳经济节能效果是其最重要的参考指标；在正常缴费状态下，无线智能锁控阀管理系统根据介质温度、介质压力与周围环境温度、环境温度目标值之间的差值来调节阀体的开度；在进行环境测试中，所实验区域一般较小，最重要的一步就是阀体的开度与环境温度之间关系的转换；
无线智能锁控阀采用连续PID控制系统，设t为时间常数，为正实数，微控制器的输出量u(t)、目标函数r(t)、实际反馈值y(t)、偏差值e(t)均为关于时间t的连续时间函数；系统偏差e(t)＝r(t)-y(t)；一般实验区域较小，当所测温度都是精确值时，阀体的开度转换公式如下：
其中，在PID控制器中，K代表比例调节参数，为正实数；i代表积分，Ti代表积分时间常数，为正实数；d代表微分，Td代表微分时间常数，为正实数；在供热环境下，j代表介质，Tj为供热介质温度，为正实数；h代表环境，Th为环境温度；m代表目标，Tm为目标环境温度；介质温度Tj大于环境温度Th和目标环境温度Tm，目标环境温度Tm大于环境温度Th；P为介质压力，kPa为压力单位，101.3kPa为标准大气压力值；π为圆周率，约等于3.14；当目标环境温度Tm大于环境温度Th时，无线智能锁控阀根据介质温度Tj和介质压力P通过微控制器控制阀体的开度M；阀体的开度M与介质温度Tj和介质压力P成负相关；当目标环境温度Tm与环境温度Th相等时，阀体的开度M为0；智能锁控阀根据环境温度Th和目标环境温度Tm的大小关系确定阀体的开度。
附图说明
图1为无线智能锁控阀管理系统结构图：
无线智能锁控阀1、无线收发芯片11、序列号模块12、防盗模块13、测温模块14、电源模块15、刷卡模块16、反馈模块17、微控制器18
阀体2、电机3、供热管理部门4、集中器5、集中器ISM频段无线通信模块51、联通4G无线通信模块52、采集器6、采集器ISM频段无线通信模块61
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例1：一种无线智能锁控阀管理系统设计方法的具体成果为：
(1)采集器ISM频段无线通信模块、集中器ISM频段无线通信模块、联通4G无线通信模块使智能锁控阀实现了无线通信，实现阀门的远程开关管理；
(2)具有远程防盗报警功能，用户私拆阀门或强烈振动都会触发防盗报警功能，实时反馈给供热管理部门；
(3)可以在客户端通过远程查看阀门状态、电池电压和环境温度等参数，方便管理人员及时发现阀门故障并进行维修；
(4)通过阀门开度转换公式的给出，提出了一种对于所设计的产品的模拟与测试。

Claims (1)

1.一种无线智能锁控阀管理系统设计方法，其特征在于，包含以下步骤:
步骤一：无线智能锁控阀(1)的设计
所述无线智能锁控阀(1)由阀体(2)、电机(3)、无线收发芯片(11)、序列号模块(12)、防盗模块(13)、测温模块(14)、电源模块(15)、刷卡模块(16)、阀体反馈模块(17)、微控制器(18)组成；所述低功耗的无线收发芯片(11)，通过ISM频段无线通信接收来自供热管理部门(4)的信号，微控制器(18)发出控制指令，控制电机(3)的运转，驱动阀体(2)进行开关动作，反馈模块(17)将阀体(2)的开度实时反馈给无线收发芯片(11)和微控制器(18)；
所述无线收发芯片(11)与采集器(6)之间通过ISM频段进行无线通信；所述序列号模块(12)将该无线智能锁控阀(1)的状态信息打包命名加以区分；所述防盗模块(13)增加了远程防盗报警功能；所述电源模块(15)采用大容量锂电池供电；所述刷卡模块(16)保留原有非接触射频卡功能；
步骤二：采集器(6)的设计
所述采集器(6)处于集中器(5)与无线智能锁控阀(1)之间，用于管理一定数量的无线智能锁控阀(1)；所述采集器(6)配有采集器ISM频段无线通信模块(61)；通过所述采集器ISM频段无线通信模块(61)实现将无线智能锁控阀(1)的上行数据通过采集器(6)转发给集中器(5)，同时实现将集中器(5)的下行数据通过采集器(6)转发给无线智能锁控阀(1)；所述采集器(6)采用一体化金属铸铝外壳，防水防潮，并且具有屏蔽功能，保护无线通信不受外界干扰；
步骤三：集中器(5)的设计
所述集中器(5)配备高性能低功耗的32G固态硬盘，配有集中器ISM频段无线通信模块(51)和联通4G无线通信模块(52)；采用所述集中器ISM频段无线通信模块(51)实现所述集中器(5)与所述采集器(6)之间的通信；采用所述联通4G无线通信模块(52)实现所述集中器(5)与供热管理部门(4)的服务器之间的通信；一个小区只需要安装一个所述集中器(5)，用于管理该小区的多个采集器(6)；
步骤四：环境测试
对于无线智能锁控阀管理系统，通过调节阀体(2)的开度，达到最佳经济节能效果是其最重要的参考指标；在正常缴费状态下，无线智能锁控阀管理系统根据介质温度、介质压力与周围环境温度、环境温度目标值之间的差值来调节阀体(2)的开度；在进行环境测试中，所实验区域一般较小，最重要的一步就是阀体(2)的开度与环境温度之间关系的转换；
无线智能锁控阀(1)采用连续PID控制系统，设t为时间常数，为正实数，微控制器(18)的输出量u(t)、目标函数r(t)、实际反馈值y(t)、偏差值e(t)均为关于时间t的连续时间函数；系统偏差e(t)＝r(t)-y(t)；一般实验区域较小，当所测温度都是精确值时，阀体(2)的开度转换公式如下：
其中，在PID控制器中，K代表比例调节参数，为正实数；i代表积分，Ti代表积分时间常数，为正实数；d代表微分，Td代表微分时间常数，为正实数；在供热环境下，j代表介质，Tj为供热介质温度，为正实数；h代表环境，Th为环境温度；m代表目标，Tm为目标环境温度；介质温度Tj大于环境温度Th和目标环境温度Tm，目标环境温度Tm大于环境温度Th；P为介质压力，kPa为压力单位，101.3kPa为标准大气压力值；π为圆周率，约等于3.14；当目标环境温度Tm大于环境温度Th时，无线智能锁控阀(1)根据介质温度Tj和介质压力P通过微控制器(18)控制阀体(2)的开度M；阀体(2)的开度M与介质温度Tj和介质压力P成负相关；当目标环境温度Tm与环境温度Th相等时，阀体(2)的开度M为0；智能锁控阀根据环境温度Th和目标环境温度Tm的大小关系确定阀体(2)的开度。
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