CN113438319B - 一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，包括环境中的电采暖设备、电采暖设备上的各类传感器、被编程的单片微控制器、单片微控制器数据中心节点、云平台以及含有电脑客户端、手机客户端及网页的控制节点；其中电采暖设备上的各类传感器与被编程的单片微控制器有连接，被编程的单片微控制器与单片微控制器数据中心节点有连接，单片微控制器数据中心节点与云平台和控制节点有连接。本发明结构紧凑，成本低廉，可行性高，容易实现，可以很好解决大范围电采暖设备难以有效集中监控的难题。

Description

一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法
技术领域
本发明属于采暖设备监控技术领域，具体涉及一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法。
背景技术
电采暖设备形式多种多样。以集中供暖的电采暖设备为例，其传感器采集到的设备状态参数与运行参数经处理与加工后显示在设备的显示屏上，在其上可以了解水温、压力、功率等信息(比如锅炉，比如单纯的电采暖设备)，工作状态只能人工进行更改；现有技术(专利号202011507131.0)提出了基于物联网思路对电采暖设备控制柜中HMI进行远程控制，进而间接实现对电采暖设备工作状态的更改。但该方法没有明确提出实施思路且可行性差。当电采暖设备数量增多、供暖区域范围增大时，难以对整体工作状况进行实时监测与控制，从而快速帮助云平台完成能耗统计、能耗评估、大数据分析、定额管理等任务。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于电采暖设备实时监控系统的数据发送/接收装置和云平台数据传输方法，以解决大范围电采暖设备难以有效集中监控的难题。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，包括某环境中的电采暖设备、连接在电采暖设备上的各类传感器、被编程的单片微控制器、单片微控制器数据中心节点、云平台以及含有电脑客户端、手机客户端及网页三支方式的控制节点；
该方法包含以下步骤：
步骤一：某环境中的电采暖设备有多个传感器(P01#、……、P0n#)连接在同一个微功率无线射频模块W01#上；
步骤二：步骤一中的某单个传感器连接在多个微功率无线射频模块(W01#、……、W0n#)上；
步骤三：任一微功率无线射频模块采集到电采暖设备的状态数据后，向多个附近的被编程的单片微控制器(S01#、……、S0n#)发生传感器数据；
步骤四：被编程的任一单片微控制器同时接受多个无线射频模块(W01#、……、W0n#)发送的传感器数据；
步骤五：数据中心节点的单片微控制器与被编程的单片微控制器有连接；同时，初始化时，数据中心节点的单片微控制器为每个被编程单片微控制器排序、编号，并分配地址，遍历每个被编程的单片微控制器使时间严格同步；
步骤六：数据中心节点的单片微控制器与云平台连接，初始化时为每个中心节点排序，编号并分配地址，遍历每个中心节点使时间严格同步，通过GPRS无线网络按预设策略进行云平台与中心节点单片微控制器的数据交互；
步骤七：云平台进行数据的一系列整理与加工任务，在云平台得到各监测点温度以及运行功率、换热功率、运行费用、时段限功和蓄热情况数据，进行能耗统计、能耗评估、定额管理、大数据分析以及电网需求侧负荷管理任务；
步骤八：在各控制节点上将电采暖设备工作状态提供给用户与各级管理人员，并且各级管理人员根据自身权限等级可实时监控电采暖系统的工作情况并进行远程控制。
本发明进一步的改进在于，步骤五中，包含以下逻辑：
每一组被编程的单片控制器通过PTR2000无线收发一体数传模块将数据按预设网络上传至一个数据中心节点的单片微控制器；
数据中心节点至少配置两个独立的单片微控制器，以提高系统安全冗余；即数据中心节点的任一单片微控制器与多个被编程的单片微控制器有连接；任一被编程的单片微控制器向数据中心节点的每个独立的单片微控制器发送数据，并接受每个独立的单片微控制器发出的指令。
本发明进一步的改进在于，步骤八中，控制节点包括电脑软件客户端、手机APP、Web浏览器。
本发明进一步的改进在于，微功率无线射频模块采用STR-36型微功率无线射频模块。
本发明进一步的改进在于，一个电采暖设备单元的传感器包括温度传感器和压力传感器。
本发明进一步的改进在于，被编程的单片微控制器内设置有一项目表，用于记录、设置于传感器编码对应的编号信息。
本发明进一步的改进在于，被编程的单片微控制器与所属电采暖设备单元工作状态控制系统使用PTR2000无线收发一体数传模块进行通信，被编程的单片微控制器将指令发送至电采暖控制系统用以调整电采暖单元工作状态。
本发明进一步的改进在于，指令的一种来源是人工操作单片机调整电采暖单元工作状态；另一种来源是单片机接收到云平台或者控制节点的指令下发至电采暖系统控制电采暖单元工作状态。
本发明进一步的改进在于，中心节点的单片微控制器与云平台有连接，通过GPRS无线网络按预设策略将所述中心节点的单片微控制器接收到的数据上传至云平台进行数据的一系列整理与加工任务，并且云平台按预设的协调原则调整电采暖系统工作状态发送指令至所述中心节点的单片微控制器。
相较于现有技术，本发明至少具有如下技术效果：
(A)本发明为电采暖设备集中监测提供了可行性非常高的办法，即任一电采暖系统采用上述方法都能实现对该系统的有效监控。
(B)本发明所采用的单片微控制器成本非常低廉，无线射频模块STR-36以及PTR2000无线收发一体模块成本非常低廉，装置小巧。
(C)本发明所采用的网状拓扑结构能够极大程度的提供电采暖设备监控系统的安全冗余性，即使某一个传感器或者微型控制器故障，也能保证系统正常运行；
(D)考虑到各种无线射频模块与单片微控制器之间的通讯难题，本发明明确了一种可行性非常高的STR-36无线射频模块，已落实到具体设备上；
(E)考虑到众多单片微控制器与云平台之间的通讯难题，本发明明确了一种可行性非常高的PTR2000无线收发一体模块，已落实到具体设备上。
(F)本发明方案合理，结构简单，占用面积非常小，极易实现。
附图说明
图1是本发明的示意图。
其中：1-位于某环境中的电采暖设备，2-安装在电采暖设备上的各类传感器，3-被编程的单片微控制器，4-数据中心节点的单片微控制器，5-云平台，6-各类控制节点。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明提供的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法。包括设置于某环境中的电采暖设备、安装在电采暖设备上的各类传感器、被编程的单片微控制器、数据中心节点的单片微控制器、云平台以及含有电脑客户端、手机客户端与网页三种方式的控制节点。该方法包含以下步骤：
步骤一：某环境中的电采暖设备有多个传感器(P01#、……、P0n#)连接在同一个微功率无线射频模块W01#上；
步骤二：步骤一中的某单个传感器连接在多个微功率无线射频模块(W01#、……、W0n#)上。步骤一和步骤二的目的是提高电采暖传感器与微功率无线射频模块数据传输的可靠性，提供安全冗余，避免因为某一个传感器或者微功率无线射频模块损坏导致对电采暖设备的监测失败。
步骤三：任一微功率无线射频模块采集到电采暖设备的状态数据后，向多个附近的被编程的单片微控制器(S01#、……、S0n#)发生传感器数据。
步骤四：被编程的任一单片微控制器可以同时接受多个无线射频模块(W01#、……、W0n#)发送的传感器数据；步骤三和步骤四的目的是提高被编程单片微控制器与微功率无线射频模块数据传输的可靠性，提供安全冗余，避免因为某一个单片微控制器或者微功率无线射频模块损坏导致对电采暖设备的监测失败。
步骤五：数据中心节点的单片微控制器与被编程的单片微控制器有连接；同时，初始化时，数据中心节点的单片微控制器为每个被编程单片微控制器排序、编号，并分配地址，遍历每个被编程的单片微控制器使时间严格同步。
本发明进一步改进的地方在于步骤五中提出了非常明确的可行的技术方案，包含以下逻辑：
每一组被编程的单片控制器通过PTR2000无线收发一体数传模块将数据按预设网络上传至一个数据中心节点的单片微控制器；
数据中心节点至少配置两个独立的单片微控制器，以提高系统安全冗余；即数据中心节点的任一单片微控制器与多个被编程的单片微控制器有连接；任一被编程的单片微控制器可以向数据中心节点的每个独立的单片微控制器发送数据，并接受每个独立的单片微控制器发出的指令。
步骤六：数据中心节点的单片微控制器与云平台有连接，其特征在于初始化时为每个中心节点排序，编号并分配地址，遍历每个中心节点使时间严格同步，通过GPRS无线网络按预设策略进行云平台与中心节点单片微控制器的数据交互。
步骤七：云平台进行数据的一系列整理与加工任务，其特征为在云平台可得到各监测点温度以及运行功率、换热功率、运行费用、时段限功、蓄热情况等数据，可以进行能耗统计、能耗评估、定额管理、大数据分析以及电网需求侧负荷管理等任务。
步骤八：控制节点包括电脑软件客户端、手机APP、Web浏览器；在各控制节点上可以将电采暖设备工作状态提供给用户与各级管理人员，并且各级管理人员根据自身权限等级可实时监控电采暖系统的工作情况并进行远程控制。
所述某环境中电采暖设备的各传感器与被编程的单片微控制器有连接，数据发送与接收单元采用微功率无线射频模块，通过网状拓扑结构将温度等数据上传至被编程的单片微控制器，微功率无线射频模块可采用STR-36型微功率无线射频模块；一个电采暖设备单元的传感器(温度、压力等)将监测参数发送至某一个被编程的单片微控制器，所述传感器有对应于所述被编程的单片微控制器的放置区域的唯一编码，所述被编程的单片微控制器内设置有一项目表，用于记录、设置于所述传感器编码对应的编号信息；
所述被编程的单片微控制器与所属电采暖设备单元工作状态控制系统有连接，使用PTR2000无线收发一体数传模块进行通信，被编程的单片微控制器将指令发送至电采暖控制系统用以调整电采暖单元工作状态。指令的一种来源是人工操作单片机调整电采暖单元工作状态；另一种来源是单片机接收到云平台或者控制节点的指令下发至电采暖系统控制电采暖单元工作状态。
所述被编程的单片微控制器与数据中心节点的单片微控制器有连接，被编程的单片微控制器按区域进行分组，每一组被编程的单片控制器PTR2000无线收发一体数传模块将数据按预设网络上传至一个数据中心节点的单片微控制器。所述被编程的单片处理器有对应于所述中心节点单片微控制器的唯一编码，所述中心节点的单片微控制器内设置有一项目表，用于记录、设置于所述被编程的单片处理器编码对应的编号信息。
所述中心节点的单片微控制器与所述云平台有连接，通过GPRS无线网络按预设策略将所述中心节点的单片微控制器接收到的数据上传至云平台进行数据的一系列整理与加工任务，并且云平台按预设的协调原则调整电采暖系统工作状态发送指令至所述中心节点的单片微控制器。所述的中心节点的单片微控制器将工作状态参数传输至云平台的数据传输策略，其特征在于初始化时为每个中心节点排序，编号并分配地址，遍历每个中心节点使时间严格同步。所述中心节点的单片微控制器与云平台的数据传输策略，其特征在于初始化时为每个中心节点排序，编号并分配地址，遍历每个中心节点使时间严格同步。以5分钟为一个循环周期，每隔五分钟遍历每个中心节点一次。比如，在0:01时刻中心节点A发送数据，0:03时刻中心节点B发送数据，此后以前一个中心节点开始发送数据时间为起始，每隔2秒钟按照规定顺序下一个中心节点开始发送，其间时间用于数据的传输与网络的休整。从而将电采暖系统的各项数据参数上传至云平台。
所述云平台将调整电采暖系统工作状态指令发送至所述中心节点的单片微控制器的数据传输策略，其特征在于当指令发送的目标中心节点唯一时，指令直接发送；当指令发送目标中心节点不唯一时，按照初始化时中心节点的排序进行发送。下发指令间隔为2s。
所述云平台可进行数据的一系列整理与加工任务，例如，在云平台可得到各监测点温度以及运行功率、换热功率、运行费用、时段限功、蓄热情况等数据，可以进行能耗统计、能耗评估、定额管理、大数据分析以及电网需求侧负荷管理等任务。
所述云平台调整电采暖系统工作状态发送指令至所述中心节点的单片微控制器遵从预设的协调原则。其特征为按照环境温度与能耗统计尽可能利用谷电，调节电网负荷。
所述控制节点即电脑软件客户端、手机APP、Web浏览器，其特征在于在所述控制节点上可以将电采暖系统工作状态提供给用户与各级管理人员，并且可以通过控制节点实时监控电采暖系统的工作情况并进行远程控制。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，包括某环境中的电采暖设备、连接在电采暖设备上的各类传感器、被编程的单片微控制器、单片微控制器数据中心节点、云平台以及含有电脑客户端、手机客户端及网页三支方式的控制节点；
该方法包含以下步骤：
步骤一：某环境中的电采暖设备有多个传感器(P01#、……、P0n#)连接在同一个微功率无线射频模块W01#上；
步骤二：步骤一中的某单个传感器连接在多个微功率无线射频模块(W01#、……、W0n#)上；
步骤三：任一微功率无线射频模块采集到电采暖设备的状态数据后，向多个附近的被编程的单片微控制器(S01#、……、S0n#)发生传感器数据；
步骤四：被编程的任一单片微控制器同时接受多个无线射频模块(W01#、……、W0n#)发送的传感器数据；
步骤五：数据中心节点的单片微控制器与被编程的单片微控制器有连接；同时，初始化时，数据中心节点的单片微控制器为每个被编程单片微控制器排序、编号，并分配地址，遍历每个被编程的单片微控制器使时间严格同步；包含以下逻辑：
每一组被编程的单片控制器通过PTR2000无线收发一体数传模块将数据按预设网络上传至一个数据中心节点的单片微控制器；
数据中心节点至少配置两个独立的单片微控制器，以提高系统安全冗余；即数据中心节点的任一单片微控制器与多个被编程的单片微控制器有连接；任一被编程的单片微控制器向数据中心节点的每个独立的单片微控制器发送数据，并接受每个独立的单片微控制器发出的指令；
步骤六：数据中心节点的单片微控制器与云平台连接，初始化时为每个中心节点排序，编号并分配地址，遍历每个中心节点使时间严格同步，通过GPRS无线网络按预设策略进行云平台与中心节点单片微控制器的数据交互；
步骤七：云平台进行数据的一系列整理与加工任务，在云平台得到各监测点温度以及运行功率、换热功率、运行费用、时段限功和蓄热情况数据，进行能耗统计、能耗评估、定额管理、大数据分析以及电网需求侧负荷管理任务；
步骤八：在各控制节点上将电采暖设备工作状态提供给用户与各级管理人员，并且各级管理人员根据自身权限等级可实时监控电采暖系统的工作情况并进行远程控制；控制节点包括电脑软件客户端、手机APP、Web浏览器。
2.根据权利要求1所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，微功率无线射频模块采用STR-36型微功率无线射频模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，一个电采暖设备单元的传感器包括温度传感器和压力传感器。
4.根据权利要求1所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，被编程的单片微控制器内设置有一项目表，用于记录、设置于传感器编码对应的编号信息。
5.根据权利要求1所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，被编程的单片微控制器与所属电采暖设备单元工作状态控制系统使用PTR2000无线收发一体数传模块进行通信，被编程的单片微控制器将指令发送至电采暖控制系统用以调整电采暖单元工作状态。
6.根据权利要求5所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，指令的一种来源是人工操作单片机调整电采暖单元工作状态；另一种来源是单片机接收到云平台或者控制节点的指令下发至电采暖系统控制电采暖单元工作状态。
7.根据权利要求1所述的一种用于电采暖系统的数据收发装置和数据传输方法，其特征在于，中心节点的单片微控制器与云平台有连接，通过GPRS无线网络按预设策略将所述中心节点的单片微控制器接收到的数据上传至云平台进行数据的一系列整理与加工任务，并且云平台按预设的协调原则调整电采暖系统工作状态发送指令至所述中心节点的单片微控制器。
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