CN201368783Y - 基于ZigBee无线网络的无磁热量表 - Google Patents

Abstract

一种基于ZigBee无线网络的热量表，包括进、回水温度传感器、无磁流量传感器、积分计算显示器、ZigBee无线数传模块、电源模块和上位机抄表系统，进、回水温度传感器分别安装在进、回水管道处，无磁流量传感器与积分计算显示器的流量采集接口连接，ZigBee无线数传模块与积分计算显示器的通信接口连接，积分计算显示器内置型号为MSP430FW427的单片机，该单片机可以对采集到的温度和流量脉冲信号进行积分运算，计算出瞬时流量、累积流量、瞬时热量、累积热量等信息并显示在液晶显示模块上，当接收到上位机的抄表信号后可以将当前的累积热量等信息无线传送给上位机。上位机软件使用Visual C++6.0编写，并具有数据库支持，可以对用户所用热量等数据进行管理。

Description

基于ZigBee无线网络的无磁热量表

(一)技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体是一种基于ZigBee无线网络的无磁热量表，属于计量领域。

(二)背景技术

集中供热是我国北方城市生活中的大事，其大规模实施为提高城市的现代化水平，改善城市的空气质量做出了突出贡献。但城市集中供热的能源浪费以及按住宅面积收费不合理的问题日益突出，已经制约了城市集中供热的进一步发展。采取按供热用户所用热量收费，取代按采暖面积均摊供热费的方法也成为供热收费发展的趋势，因此热量计量仪表正在得到日益广泛的应用。热量计量一般是以流量测量为基础的，传统的流量测量一般采用干簧管式或韦根式流量传感器，干簧管流量传感器与韦根流量传感器有一个共同点，它们的叶轮上都镶嵌有一个环形磁铁，叶轮转动时，变化的磁场会产生电信号，并以脉冲的形式传输给积分仪，从而得到流量信号。目前国内供热系统热载体传输主管道多采用铁质镀锌管，使用时间较长的系统，其管道内壁的镀锌层会被破坏，失去镀锌保护层的管道壁与水接触后会氧化产生很多铁锈杂质。因此不能用传统的有磁流量的计量方法，而要利用一种新型的计量技术来排除较差水质中铁锈等杂质的影响。另外，传统抄表方式大多采用人工抄表或IC卡预付费方式，费时费力。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的问题，对现有的热量计进行了改造，采用新型的无磁流量测量技术、ZigBee无线网络技术，建立远程抄表系统。

本实用新型的目的可通过以下技术方案实现：一种基于ZigBee无线网络的无磁热量表，包括进水温度传感器、回水温度传感器、无磁流量传感器、积分计算显示器、ZigBee无线数传模块、电源模块和上位机抄表系统。进水温度传感器输入口安装在进水管道处，回水温度传感器输入口安装在回水管道处，进、回水温度传感器的输出口分别与积分计算显示器的进、回水温度采集接口连接，流量传感器与积分计算显示器的流量采集接口连接，ZigBee无线数传模块与积分计算显示器的通信接口连接，电源模块与积分计算显示器的电源接口连接。积分计算显示器包括中央控制模块、液晶显示模块。

中央控制模块内置有可对采集到的流量脉冲信号和进、回水温度信号进行积分热量运算的单片机；

上位机抄表系统采用Visual C++6.0编写，并有后台数据库支持，可以远程控制无磁热量表的中央控制模块，获取热量信息，弥补了传统人工抄表费时费力的不足；

液晶显示模块主要有控制屏幕显示不同内容的液晶片构成。

无磁流量传感器不同于传统的干簧管式、韦根式等有磁流量传感器，他的叶轮上镶嵌的是一个没有任何磁性的金属片，因此不会吸附水中的铁锈等杂质，克服了传统有磁流量传感器容易吸附水中铁锈杂质造成叶轮旋转阻力增大导致叶轮停转、不能保证流量传感器正常工作计量的弊端。

积分计算显示器上的中央控制模块中的单片机采用MSP430FW427；

进水温度传感器和回水温度传感器采用PT1000铂电阻；

无磁流量传感器使用LC振荡电路配合MSP430FW427单片机内部的SCANIF模块构成；

ZigBee无线数传模块主要由移植了简化版ZigBee协议栈的CC2430单片机构成；

所述的电源模块可采用内置电池或外接电源。

(四)附图说明

图1是基于ZigBee无线网络的无磁热量表的安装示意图；

图2是基于ZigBee无线网络的无磁热量表的控制系统结构图；

图3是基于ZigBee无线网络的无磁热量表上位机抄表系统截图。

图1中1是积分计算显示器 2是ZigBee无线数传模块 3是无磁流量传感器 4是进水温度传感器 5是回水温度传感器 6是上位机抄表系统 7是无磁热量表基表

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型基于ZigBee无线网络的无磁热量表作进一步说明。

如图1所示，基于ZigBee无线网络的无磁热量表主要包括进水温度传感器4、回水温度传感器5、无磁流量传感器3、积分计算显示器1、ZigBee无线数传模块2、无磁热量表基表7和上位机抄表系统6。进、回水温度传感器均采用PT1000铂电阻，分别安装在用户的进水管道和回水管道，分别用来采集用户进水管道和回水管道内的水温。如图2所示，采集到的温度信号通过温度采集接口传入中央控制模块。无磁流量传感器3由LC振荡电路和单片机内部的SCANIF模块构成，无磁热量表基表7中有一可旋转的带叶轮的圆盘，当管道中有水流动时，推动圆盘转动，圆盘的转动可被LC振荡电路感测到，无磁流量传感器检测到圆盘转动后发出脉冲信号给中央控制器。

如图2所示，基于ZigBee无线网络的无磁热量表的控制系统主要包括中央控制模块、液晶显示模块、温度传感器、无磁流量传感器、ZigBee无线数传模块、电源模块构成；

中央控制模块内置一单片机，型号为MSP430FW427，该单片机可以对采集到的温度和流量脉冲信号进行积分运算，计算出瞬时热量并显示在液晶显示模块上，当接收到上位机的抄表信号后可以将当前的累积热量等信息无线传送给上位机抄表系统。如图3所示：上位机抄表系统使用Visual C++6.0编写，并具有数据库支持，可以对用户所用热量等数据进行管理。

液晶显示模块由液晶片构成，可滚动显示当前时间的进水温度、回水温度、进回水温差、瞬时流量、累积流量、累积热量、累积工作时间等信息。

ZigBee无线数传模块由移植简化版ZigBee协议栈的CC2430单片机构成，该模块功耗极低，可自动组网，使用非常方便。

本实用新型具体工作过程如下：管道中的水流动带动无磁热量表基表中的圆盘旋转，圆盘的旋转信息被无磁流量传感器捕捉并发送给中央控制模块，中央控制模块计算每20秒的瞬时流量，同时中央控制模块读取当前的进、回水温度传感器，获得进、回水的温度值。根据进、回水温度通过自动查表可以得到当前水的密度值和焓值，通过公式 $Q={\∫}_{t_0}^{t_1}\mathrm{\ρ}{q}_v\mathrm{\Δhdt}$ (公式1)可计算出每20秒的瞬时热量，并可通过不断累加得到累积热量。上位机抄表系统设有“抄表”按钮，通过鼠标点击上位机抄表系统的“抄表”按钮后上位机将无线发送抄表指令给本实用新型所述的无磁热量表，无磁热量表收到该指令后将当前累积热量无线发送给上位机抄表系统，上位机抄表系统得到数据后显示并存储到数据库中。

公式1中：

Q——释放或吸收的热量；

Qv——流经热量表的水的体积流量；

ρ——流经热量表的水的密度；

Δh——在热交换系统的入口和出口温度下，水的焓值差；

t——时间。

本实用新型主要对以下几个方面进行了新的设计：

1、使用LC振荡电路配合单片机内部的SCANIF模块构成无磁流量传感器，可以克服国内供热系统水质差对热量表造成的干扰，而且功耗更低。

2、扩展了ZigBee无线数传模块，使用普通电脑作为上位机抄表系统，可远程控制得到中央控制模块的数据，客服了传统人工抄表费时费力的缺陷。

3、中央控制模块采用的单片机为MSP430FW427，该单片机运行稳定，功耗极低。

Claims (5)

1、一种基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于包括进水温度传感器、回水温度传感器、无磁流量传感器、积分计算显示器、ZigBee无线数传模块、电源模块和上位机抄表系统，进、回水温度传感器的输入口分别安装在进、回水管道处，进、回水温度传感器的输出口分别与积分计算显示器的进、回水温度采集接口连接，流量传感器与积分计算显示器的流量采集接口连接，ZigBee无线数传模块与积分计算显示器的通信接口连接，电源模块与积分计算显示器的电源接口连接。

2、根据权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于：所述的积分计算显示器包括中央控制模块、液晶显示模块。

3根据权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于：所述的中央控制模块内置有可对采集到的流量脉冲信号和进、回水温度信号进行积分热量运算的单片机；

4、根据权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于：所述的液晶显示模块主要有控制屏幕显示不同内容的液晶片构成。

5、根据权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于：所述的无磁流量传感器使用LC振荡电路配合MSP430FW427单片机内部的SCANIF模块构成。

6、根据权利要求1所述的基于ZigBee无线网络的热量表，其特征在于：所述的积分计算显示器上的单片机采用MSP430FW427。

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