CN202206429U - 中央空调计费数据传输网络及管理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于网络平台设计的无线区域管理器以及一种中央空调计费数据传输网络。所述管理器包括核心CPU模块，外围电路模块，功能控制模块，外围电路包括存贮模块和调试编程接口，功能控制模块包括温度采集、显示模块和通讯模块，所述通讯模块中的上行通讯模块和下行通讯模块至少有一个采用无线通讯模块。所述中央空调计费数据传输网络由所述管理主机和一定数量的无线区域管理器组成一级通讯网络，由每一个无线区域管理器和其区域内一定数量的现场计量控制装置组成二级通讯网络。改变了过去单一的有线网络布线，使网络的架构更具多样化，使设备的施工安装更具灵活性，方便性；解决了以往系统中安装施工成本高，难度大，稳定可靠性差的问题。

Description

中央空调计费数据传输网络及管理器

技术领域

本实用新型涉及一种基于网络平台（无线网络、有线网络以及无线网络与有线网络混合平台）设计的无线区域管理器，以及一种基于所述区域管理器所组建的中央空调计费数据传输网络。

背景技术

在中央空调的分户计量及收费的应用领域，当前市场上出现的各种中央空调计费系统，普遍有线的现场总线，譬如RS485，CAN,M_BUS等。缺陷是：首先，完成计费系统的网络需要大量的电源和通讯线，在当前物质成本越来越高的情况下，增加了系统的整体投资；其次，由于大量的有线网络，系统结构复杂，降低了系统运行的可靠性，稳定性，出现问题的可能性较大。再次，大量的有线网络增加了施工的难度，增加了大量的施工成本，也成为计费系统应用的一个瓶颈问题，影响计费系统的市场推广应用。

随着当前无线通讯技术的发展，由于其具有施工方便、建设成本低的特点，逐渐被广泛的应用到各个行业。无线通讯技术的实施减少了大量的电源和通讯电缆，不仅降低了使用方的建设成本，同时也节约了社会资源，这在当前的社会资源日益紧张的环境下，非常值得应用推广。而在当前的中央空调计费领域，空调计费的管理和数据传输，仍然停留在导线传输的阶段，施工不方便，成本高，及时有无线数据传输技术的应用，也只是在很小的局域内。无助于现有计费系统的改进，无助于资源的节约。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提出一种无线区域管理器，改变了过去单一的有线网络布线，使网络的架构更具多样化，使设备的施工安装更具灵活性，方便性；同时，本实用新型还提出一种基于前述无线区域管理器的中央空调计费数据传输网络，解决了以往系统中安装施工成本高，难度大，稳定可靠性差的问题。

本实用新型所采用的技术方案：

一种中央空调计费数据传输网络区域管理器，包括核心CPU模块，外围电路模块，电源模块，功能控制模块，所述外围电路模块包括存贮模块和调试编程接口，功能控制模块包括温度采集模块、温度显示模块和通讯模块，所述通讯模块包括上行通讯模块和下行通讯模块，其中上行通讯模块和下行通讯模块中至少有一个采用无线通讯模块，所述通讯模块通过相应的数据端口和控制端口连接核心CPU模块中CPU的相应数据和控制端口。

所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，上行通讯模块和下行通讯模块均采用无线通讯，通讯模块采用GSM、蓝牙、Wi-Fi或ZIGBEE无线通讯电路；所述核心CPU模块包括核心主CPU模块和核心从CPU模块，核心主CPU模块和核心从CPU模块交互通讯连接，上行通讯模块与核心主CPU模块连接；下行通讯模块和温度采集模块和温度显示模块和核心从CPU模块连接。

所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，含有调试编程接口，核心CPU模块中CPU的复位端（RST），调试接口DD、DC，SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX，MOSI/TX与调试编程接口（J4）的对应端口进行连接。

所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，CPU与调试编程接口（J4）相连接的SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX，MOSI/TX同时组成第二SPI接口（第二功能接口J2，用于使用双CPU时进行双机通讯）或USART接口（在使用单CPU时进行有线通讯）进行数据传送；CPU的端口MISO，MOSI，CSS，SCK1与第一SPI接口（J5）的对应端口相连接组成第一SPI接口。

所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，温度采集模块采用单总线数字温度传感器，显示模块采用数码管，CPU的一个I/O端口（DQ）与温度采集模块的接口（J1）的对应端口相连接，用于温度的采集，CPU的SEN，SDA，SCK，SCR，SLK与数码管的驱动芯片相连接，通过CPU来控制数码管的显示。

一种中央空调计费数据传输网络，包括所述的无线区域管理器，管理主机以及现场计量控制装置，由所述管理主机和一定数量的无线区域管理器组成一级通讯网络，由每一个无线区域管理器和其区域内一定数量的现场计量控制装置组成二级通讯网络，其中组成一级通讯网络的管理主机和无线区域管理器采用有线或无线通讯方式连接，组成二级通讯网络的无线区域管理器和现场计量控制装置采用有线或无线通讯方式连接。

所述的中央空调计费数据传输网络，含有分区通讯中继设备，所述管理主机通过分区通讯中继设备和无线区域管理器连接，形成多级通讯网络。

所述的中央空调计费数据传输网络，管理主机，分区管理设备和现场计量控制装置都含有无线通讯模块或有线通讯模块；无线通讯采用ZIGBEE无线通讯电路，网络拓扑结构采用树形、星型、网状或线性结构。中央空调计费数据传输网络整个系统实现采用无线和有线相结合的方式。网络采用无线通讯时，根据不同无线技术采用相应的频段。网络采用的zigbee无线通讯技术，构成的网络的节点设备具备自动路由功能，可以对偏远的孤岛节点有效的联网和控制。

所述的中央空调计费数据传输网络，现场计量控制装置包括核心CPU模块、外围电路和功能控制模块：包括编程接口、风机档位检测模块、阀门检测模块、阀门控制模块、监时存贮模块、运行指示及显示模块、通讯模块（有线通讯模块与无线通讯模块）、电源模块。网络系统中，管理设备节点和现场控制设备节点都有预先内置的地址码。管理器实时监控现场控制设备的运行状态，并通过网络及时向现场控制设备发送控制、传递数据等信息。现场计量控制装置实现中央空调的计量，根据预置的参数进行计量，执行上位机指令并动作，把现场的温度，风机状态等信息上传。对于网络中过于偏远的节点，通过节点的自动路由功能可以转传信息接入网络。

本实用新型的有益积极效果：

1、本实用新型针对现有技术不足，基于网络平台（无线网络、有线网络以及无线网络与有线网络混合平台）提出一种无线区域管理器，电路设计合理，简单实用，成本低，容易维护，具有极好的推广应用价值。改变了过去单一的有线网络布线，使网络的架构更具多样化，使设备的施工安装更具灵活性，方便性。

2、本实用新型中央空调计费数据传输网络及无线区域管理器，减少了大量的布线，也避免了网络布线不合理造成的干扰，增强了系统运行的稳定性和可靠性；由于网络连接是无线方式，避免了因布线失误，线路老化不良引起的不稳定的情况；通过设置计费网络中各个节点（包括管理设备，现场控制设备）的地址码，实现整个网络各级中间任意指定节点间的可靠通讯。

3、本实用新型中央空调计费数据传输网络的实施减少了大量的电源和通讯电缆，采用就近取电和电池双供电，对安装位置有更大的选择余地，有利于计费系统的实际安装实施，使设备的施工安装更具有灵活性，方便性。不仅降低了使用方的建设成本，同时也节约了社会资源，这在当前的社会资源日益紧张的环境下，此系统非常值得应用推广。

4、采用此实用新型的计费系统，出现通讯目标节点距离太远时，网络中的节点具有自动路由功能，通过其它节点可将目标节点的通讯信息转传。采用基于公用频段的ZIGBEE无线技术网络系统的数据通讯采用加密措施，保证了通讯的可靠性、稳定性和保密性。zigbee网络通讯技术具有低功耗、低成本、低复杂度，短延时，高容量的特点。

附图说明

图1：本实用新型无线区域管理器原理图之一；

图2：本实用新型无线区域管理器原理图之二；

图3：本实用新型无线区域管理器原理图之三；

图4：核心CPU模块主或从CPU模块和上下行通讯模块原理图；

图5：编程调试接口；

图6：CPU引脚的第二功能SPI/USART接口；

图7：串行存储模块；

图8：CPU的第二功能引脚SPI接口；

图9：温度传感器采集模块；

图10：温度显示模块；

图11：电源模块；

图12：本实用新型中央空调计费数据传输网络系统构成示意图之一；

图13：本实用新型中央空调计费数据传输网络系统构成示意图之二（一级通讯采用有线方式）；

图14：无线通讯网络自动路由功能示意图；

图15：多级通讯网络系统构成示意图；

图16：现场控制设备功能模块图。

具体实施方式

实施例一：参见图1或图2。本实用新型中央空调计费数据传输网络区域管理器，包括核心CPU模块，外围电路模块，电源模块，功能控制模块，所述外围电路模块包括存贮模块和调试编程接口，功能控制模块包括温度采集模块、温度显示模块和通讯模块，所述通讯模块包括上行通讯模块和下行通讯模块，其中上行通讯模块和下行通讯模块中至少有一个采用无线通讯模块，所述通讯模块通过相应的数据端口和控制端口连接核心CPU模块中CPU的相应数据和控制端口。各组成模块可以一体化或分开组合，实现计费设备的分区管理和控制。

其中，有线通讯模块可以采用BUS总线、RS485总线、LONWORK总线或CAN总线通讯电路；无线通讯模块可以采用GSM、蓝牙、Wi-Fi或ZIGBEE无线通讯电路。

实施例二：参见图3。本实施例的中央空调计费数据传输网络区域管理器，与实施例一不同的是：上行通讯模块和下行通讯模块均采用无线通讯，通讯模块采用GSM、蓝牙、Wi-Fi或ZIGBEE无线通讯电路；所述核心CPU模块包括核心主CPU模块和核心从CPU模块，核心主CPU模块和核心从CPU模块交互通讯连接，上行通讯模块与核心主CPU模块连接；下行通讯模块和温度采集模块和温度显示模块和核心从CPU模块连接。

本实施实例采用的是纯粹的无线通讯，上、下行通讯方式都采用无线通讯方式，由于zigbee网络通讯技术具有低功耗、低成本、低复杂度，短延时，高容量的特点，因此，可以采用Zigbee技术的无线通讯方式。无线收发芯片可采用兼容Zigbee协议栈的无线收发芯片，这样在芯片的选择设计上更加具有灵活性。

参见图4～图11，图11为电源模块，为整个设备提供工作电源。图9为温度采集模块，图10为温度显示模块，实现温度的采集和现场显示。由于无线芯片的无线收发机在通讯模式中采用的是半双工的通讯模式，所以实现的方法上采用上下行通讯各采用一个无线通讯模块，在无线通讯中，通讯部分采用不同的信道，这样在上下行通讯中能够时刻响应通讯命令，且不相互干扰。

图4为本实用新型无线区域管理器的主或从CPU模块和上下行通讯模块原理图，其中U1为内嵌MCU的无线片上系统（SOC），具有CPU和无线收发装置的功能，在本设计中采用TI（Chipcon）CC2430/CC2431或与其兼容的芯片，在应用当中也可以采用MCU+无线收发芯片的方式，同样可以实现相同功能。在MCU+无线收发芯片的方式中，MCU可以采用具有8051内核系列MCU，德州仪器的MSP430系列MCU，美国微芯公司的PIC系列MCU，以及具有ARM内核的微处理器等具有兼容功能的MCU，无线收发芯片可采用兼容Zigbee协议栈的无线收发芯片。

图5为芯片的编程调试接口，用于芯片的调试和在系统编程。CPU的复位端RST，调试接口DD、DC，SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX，MOSI/TX与编程接口J4的对应端口连接，组成仿真调试接口，主要用芯片的仿真调试和系统编程。此外CPU与调试编程接口J4相连接的SSN/CTS、SCK/RTS、MISO/RX、MOSI/TX组成第二SPI功能接口J2，用于使用双CPU时进行双机通讯或USART接口（使用单CPU时）进行数据传送，上述描述见图6。本设计为双机相互传送的接口，可以采用SPI,USART或中断的方式中的任意一种进行数据传送。将有线和无线进行混合使用，这样在施工当中更加具有其灵活性。若在实际的应用当中采用全部的无线通讯，则可以省略其中具有通讯功能的第二功能接口J2，若采用有线和无线的混合布线，则第二功能接口J2可以采用有线网络的BUS总线，RS485总线、LONWORK总线、CAN总线中任意一种，通过该模块可以实现联网功能。

图9中，CPU的端口DQ与J1的对应端口相连接，进行温度采集。图10中，CPU的端口MISO，MOSI，CSS，SCK1与接口J5的对应端口相连接组成SPI接口（图8），CPU的SEN，SDA，SCK，SCR，SLK与显示模块的对应端口进行连接，通过CPU来控制数码管的显示，用于显示温度传感器采集过来的温度数据。温度采集模块采用单总线数字温度传感器，显示模块采用数码管。单总线数字温度传感器可以采用Dallas公司的DS18B20或具有其类似功能的芯片，采用数码管对温度传感器采集的数据进行显示，给人更加直观的感觉。

图7为外部存储模块。U5为具有SPI接口的串行EEPROM，用于对下位机返回来的数据进行存储，其大小的选用根据实际需要而定，可以采用的芯片有ATMEL公司的串口存储系列或Microchip公司的串口存储系列或具有类似功能的存储芯片。核心CPU的MISO，MOSI，CSS，SCK1与存储芯片U5的对应端口MISO，MOSI，CSS，SCK1连接，组成数据存储模块，通过CPU对其进行操作。存贮模块可以采用eeprom、flash或铁电存储器。

实施例三：本实施例的无线区域管理器，采用无线通讯与有线通讯的混合应用。将上位机通讯部分采用有线通讯，下位机通讯采用无线通讯，如图1所示。由于在上行通讯中采用了有线通讯，所以省略了一个CPU模块，第二功能接口J2将作为将作为有线通讯的接口，其有线通讯部分可采用有线网络的BUS总线，RS485总线、LONWORK总线、CAN总线中任意一种，通过该模块可以实现联网功能。其余的各个模块的功能基本一样。

实施例四：本实施例与实施例三不同的是，与上位机通讯采用的是无线通讯，与下位机通讯采用的是有线通讯，如图2所示，由于在下行通讯中采用了有线通讯，所以省略了一个CPU模块，第二功能接口J2将作为将作为有线通讯的接口，其有线通讯部分可采用有线网络的BUS总线，RS485总线、LONWORK总线、CAN总线中任意一种，通过该模块可以实现联网功能。

实施例五：本实用新型中央空调计费数据传输网络，包括前述实施例的无线区域管理器以及管理主机和现场计量控制装置，由所述管理主机和一定数量的无线区域管理器组成一级通讯网络，由每一个无线区域管理器和其区域内一定数量的现场计量控制装置组成二级通讯网络，其中组成一级通讯网络的管理主机和无线区域管理器采用有线或无线通讯方式连接，组成二级通讯网络的无线区域管理器和现场计量控制装置采用无线或有线通讯方式连接。

参见图12，本实施例中央空调计费数据传输网络，采用实施例二所述的区域管理器组建，区域管理器与管理主机及现场计量控制装置均采用无线通讯方式。其中一级通讯网络和二级通讯网络均采用ZIGBEE无线数据传输方式。

参见图16，现场计量控制装置包括核心CPU模块、外围电路和功能控制模块。所述外围电路和功能控制模块包括编程接口、风机档位检测模块、阀门检测模块、阀门控制模块、监时存贮模块、运行指示及显示模块、通讯模块（有线通讯模块与无线通讯模块）、电源模块。

本实用新型中央空调计费数据传输网络系统中，管理设备节点和现场控制设备节点都有预先内置的地址码。管理器实时监控现场控制设备的运行状态，并通过网络及时向现场控制设备发送控制、传递数据等信息。现场计量控制装置实现中央空调的计量，根据预置的参数进行计量，执行上位机指令并动作，把现场的温度，风机状态等信息上传。对于网络中过于偏远的节点，通过节点的自动路由功能可以转传信息接入网络。

实施例六：参见图13、图16，本实施例中央空调计费数据传输网络，与实施例五不同的是，一级通讯网络采用有线传输方式，二级通讯网络采用无线传输方式，如可采用GSM、蓝牙、Wi-Fi或ZIGBEE等无线传输方式。

实施例七：参见图15、图16，本实施例中央空调计费数据传输网络，与实施例五不同的是，含有分区通讯中继设备，所述管理主机通过分区通讯中继设备和无线区域管理器连接，形成多级通讯网络。

参见图14，一级网络加中继设备进行网络扩容，二级网络中部分节点过于偏远，有邻近的节点启动路由功能，使得该节点联入网络中。即如图所示，设备b超出分区管理设备（区域管理器）的有效通讯距离，而设备a、b在相互的有效通讯范围内。

所述的中央空调计费数据传输网络，管理主机、分区管理设备和现场计量控制装置都含有无线通讯模块或有线通讯模块；无线通讯采用ZIGBEE无线通讯电路，网络拓扑结构采用树形、星型、网状或线性结构。整个系统实现采用无线和有线相结合的方式。网络采用无线通讯时，根据不同无线技术采用相应的频段。网络采用的zigbee无线通讯技术，构成的网络的节点设备具备自动路由功能，可以对偏远的孤岛节点有效的联网和控制。 

Claims (9)

1.一种中央空调计费数据传输网络区域管理器，包括核心CPU模块，外围电路模块，电源模块，功能控制模块，所述外围电路模块包括存贮模块和调试编程接口，功能控制模块包括温度采集模块、温度显示模块和通讯模块，其特征是：所述通讯模块包括上行通讯模块和下行通讯模块，其中上行通讯模块和下行通讯模块中至少有一个采用无线通讯模块，所述通讯模块通过相应的数据端口和控制端口连接核心CPU模块中CPU的相应数据和控制端口。

2.根据权利要求1所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，其特征是：上行通讯模块和下行通讯模块均采用无线通讯，通讯模块采用GSM、蓝牙、Wi-Fi或ZIGBEE无线通讯电路；所述核心CPU模块包括核心主CPU模块和核心从CPU模块，核心主CPU模块和核心从CPU模块交互通讯连接，上行通讯模块与核心主CPU模块连接；下行通讯模块和温度采集模块和温度显示模块和核心从CPU模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，其特征是：含有调试编程接口，核心CPU模块中CPU的复位端（RST），调试接口DD、DC，SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX，MOSI/TX与调试编程接口（J4）的对应端口进行连接。

4.根据权利要求3所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，其特征是：CPU与调试编程接口（J4）相连接的SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX，MOSI/TX同时组成第二SPI接口或USART接口进行数据传送；CPU的端口MISO，MOSI，CSS，SCK1与第一SPI接口（J5）的对应端口相连接组成第一SPI接口。

5.根据权利要求4所述的中央空调计费数据传输网络区域管理器，其特征是：温度采集模块采用单总线数字温度传感器，显示模块采用数码管，CPU的一个I/O端口（DQ）与温度采集模块的接口（J1）的对应端口相连接，用于温度的采集，CPU的SEN，SDA，SCK，SCR，SLK与数码管的驱动芯片相连接，通过CPU来控制数码管的显示。

6.一种中央空调计费数据传输网络，包括权利要求1所述的无线区域管理器，管理主机以及现场计量控制装置，其特征是：由所述管理主机和一定数量的无线区域管理器组成一级通讯网络，由每一个无线区域管理器和其区域内一定数量的现场计量控制装置组成二级通讯网络，其中组成一级通讯网络的管理主机和无线区域管理器采用有线或无线通讯方式连接，组成二级通讯网络的无线区域管理器和现场计量控制装置采用有线或无线通讯方式连接。

7.根据权利要求6所述的中央空调计费数据传输网络，其特征是：含有分区通讯中继设备，所述管理主机通过分区通讯中继设备和无线区域管理器连接，形成多级通讯网络。

8.根据权利要求6或7所述的中央空调计费数据传输网络，其特征是：所述的管理主机，分区管理设备和现场计量控制装置都含有无线通讯模块或有线通讯模块；无线通讯采用ZIGBEE无线通讯电路，网络拓扑结构采用树形、星型、网状或线性结构。

9.根据权利要求8所述的中央空调计费数据传输网络，其特征是：现场计量控制装置包括核心CPU模块、外围电路、电源模块和功能控制模块；所述外围电路和功能控制模块包括编程接口、风机档位检测模块、阀门检测模块、阀门控制模块、监时存贮模块、运行指示及显示模块、通讯模块，各功能模块通过相应的控制和数据端口与核心核心CPU模块连接。

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