專利名稱：一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于節(jié)能領(lǐng)域的自動(dòng)控制技術(shù)，涉及一種主動(dòng)式節(jié)能管理方法，特別是一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法，該方法采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和程序化控制相結(jié)合的 技術(shù)手段，為供暖系統(tǒng)中住宅的分戶遠(yuǎn)程熱計(jì)量以及室內(nèi)區(qū)域溫度控制提供無線化解決方案。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，我國(guó)北方供暖區(qū)城鎮(zhèn)住宅的供暖系統(tǒng)，普遍采用雙管或單管熱水集中供暖 模式，存在室內(nèi)不可控、供暖能耗過大、計(jì)量系統(tǒng)架設(shè)困難等問題。據(jù)《2009中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告》有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方供暖區(qū)，每年 冬季在住宅供暖消耗的總能耗達(dá)到31260萬tce(噸標(biāo)煤)，占到了建筑總能耗的45. 3%。 國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料證明采用供熱計(jì)量技術(shù)后，不但提高了管理效率，而且可節(jié)能25%左 右。因此，住宅供暖的分戶熱計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并得到不斷地研究和應(yīng)用(供暖按各戶實(shí) 際用熱量收取費(fèi)用)。但是，隨著供暖系統(tǒng)覆蓋面的擴(kuò)大，熱計(jì)量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)的建設(shè) 在系統(tǒng)布線、信息融合、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)上存在很多問題?，F(xiàn)階段供暖系統(tǒng)缺乏室內(nèi)溫度控 制系統(tǒng)，不能獨(dú)立對(duì)區(qū)域進(jìn)行控制決策?；诖?，一套針對(duì)現(xiàn)行供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，滿足人們 舒適度要求以及國(guó)家節(jié)能方針的協(xié)調(diào)管理方法，具有極其重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)我國(guó)北方冬季供暖區(qū)住宅供暖的遠(yuǎn)程熱計(jì)量、測(cè)控系統(tǒng)布線困難和室內(nèi)區(qū)域 溫度不可控問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法，該方法集熱量 檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、溫度自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制于一體，通過對(duì)單戶供暖管道進(jìn)水流量及進(jìn)出水溫度 差值的檢測(cè)，計(jì)算熱量數(shù)據(jù)；采用無線遠(yuǎn)程通信技術(shù)進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)控制信息及能耗數(shù)據(jù)的有 效傳輸，進(jìn)而支持熱能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及遠(yuǎn)程抄表功能；使用Mesh型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲 取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)低功耗無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸溫度信息，裝置根據(jù)合適的控制策略，自 動(dòng)控制各閥門開度，以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，能夠滿足住戶舒適度要求和節(jié)省能源。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管 理方法，其特征在于，該方法在供暖系統(tǒng)入戶管道末端安裝集熱量檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、溫度自 動(dòng)及遠(yuǎn)程控制于一體的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，通過對(duì)單戶供暖管道進(jìn)水流量及進(jìn)出水溫度 差值的檢測(cè)，計(jì)算熱量數(shù)據(jù)；在各房間布置無線溫度傳感器組，以無線遠(yuǎn)程通信的方式進(jìn)行 內(nèi)外網(wǎng)控制信息及能耗數(shù)據(jù)的有效傳輸，進(jìn)而支持熱能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及遠(yuǎn)程抄表功能；使 用Mesh型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸溫度信息，住 宅供暖智能協(xié)調(diào)器自動(dòng)控制各閥門開度，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，以滿足住戶舒適度要求。所述的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器包括一控制管理單元，該控制管理單元通過串行SPI 口連接內(nèi)、外網(wǎng)通信模塊，其中，內(nèi)網(wǎng)通信模塊與各房間供暖管路上設(shè)置的無線電動(dòng)閥門、 各房間設(shè)置的無線溫度傳感器實(shí)現(xiàn)無線通訊，外網(wǎng)通信模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程抄表主機(jī)通訊；控制管理單元還連接各房間內(nèi)的供暖管路上設(shè)置的無線電動(dòng)閥門、管道入戶 端上的溫度、流量傳感器，以及入戶端總電動(dòng)閥門；所述的控制管理單元采用ARM9架構(gòu)的 ARM處理器，所述的內(nèi)外網(wǎng)通信模塊采用CC2430射頻芯片和MC35i GPRS無線通訊模塊。該方法的控制流程是無線溫度傳感器組監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度信息，通過無線方式，將溫 度信息上傳至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器內(nèi)的CC2430射頻芯片，控制管理單元通過對(duì)溫度數(shù)據(jù) 的計(jì)算和分析生成控制決策，對(duì)各個(gè)無線電動(dòng)閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)，由CC2430射頻 芯片獲取流量及管內(nèi)溫度信息，通過SPI總線接口送入ARM處理器，ARM處理器解析數(shù)據(jù)， 采用熱計(jì)量公式運(yùn)算得熱量使用數(shù)據(jù)，并通過MC35i GPRS無線通訊模塊上傳至GPRS網(wǎng)絡(luò)， 在此基礎(chǔ)上架設(shè)虛擬個(gè)域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅熱量的遠(yuǎn)程分戶計(jì)量。本發(fā)明的各個(gè)帶來的技術(shù)效果體現(xiàn)在1、分戶計(jì)量本發(fā)明在集中供暖系統(tǒng)的進(jìn)戶 端加裝住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，住宅供暖智協(xié)調(diào)器通過接收溫度、流量傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算熱量 消耗值，從而形成單戶數(shù)據(jù)。采用GPRS通信方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分戶計(jì)量，使得計(jì)量結(jié)果更精 確，收費(fèi)更科學(xué)。2、住宅溫度的區(qū)域控制本發(fā)明通過采用室內(nèi)溫度傳感網(wǎng)絡(luò)獲取住宅空間各區(qū)域 的溫度分布信息，通過對(duì)溫度信息進(jìn)行融合處理，形成空間獨(dú)立的控制策略，以調(diào)節(jié)住宅的 區(qū)域溫度，解決區(qū)域溫度控制的問題。通過對(duì)住宅空間的溫度進(jìn)行分散控制，為每個(gè)房間選 擇合適的溫度，既滿足舒適度的要求，又起到節(jié)約能耗的效果。3、節(jié)約能源本方法根據(jù)住戶對(duì)區(qū)域溫度的要求，對(duì)供暖流量進(jìn)行自動(dòng)控制，以減 少不必要的熱能損耗。同時(shí)，測(cè)控設(shè)備采用低功耗軟硬件設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的低能耗運(yùn)行。4、簡(jiǎn)化設(shè)備安裝本方法采用全無線通信方式，省去傳統(tǒng)設(shè)備安裝的布線環(huán)節(jié)，使 設(shè)備安裝過程得以簡(jiǎn)化，特別適用于對(duì)現(xiàn)有住房供暖系統(tǒng)的改造過程。5、低廉的設(shè)備成本住宅供暖智能協(xié)調(diào)器采用了 ZigBee技術(shù)的CC2430射頻芯片、 MC35ii GPRS無線通訊模塊以及ARM9架構(gòu)的S3C2410等主流芯片，批量生產(chǎn)價(jià)格低廉，易于 市場(chǎng)接受與推廣。6、實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)本方法通過采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、住宅供暖智能協(xié)調(diào)器、遠(yuǎn)程 無線傳輸通道和遠(yuǎn)程應(yīng)用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)采集；建立了能耗數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控管一體化，發(fā)揮了信息技術(shù)在節(jié)能降耗的作用。通過采用ZigBee與GPRS技 術(shù)相結(jié)合的方法，構(gòu)建近、遠(yuǎn)程無線通信平臺(tái)，使能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，充分保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 確性，實(shí)時(shí)性。7、具有高可擴(kuò)展能力本方法采用了具有自組織、自愈合的Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu) 建住宅內(nèi)環(huán)境無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)及基于其他拓?fù)湫蜔o線網(wǎng)絡(luò)相比，系統(tǒng)的 擴(kuò)展性和安裝隨意性得到增強(qiáng)。高可擴(kuò)展能力和安裝的隨意性能夠充分滿足各類家庭的需要。8、數(shù)據(jù)直觀齊全易操作本方法將采集到的能耗信息，由上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸 通道傳至各個(gè)主控計(jì)算機(jī)，各個(gè)主控計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)能耗數(shù)據(jù)，并采用人機(jī)界面，便 于操作。


圖1為本發(fā)明的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理框圖；圖2為住宅供暖智能協(xié)調(diào)器應(yīng)用安裝分布圖；圖3為住宅供暖智能協(xié)調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為住宅供暖智能 協(xié)調(diào)器的一種硬件結(jié)構(gòu)實(shí)施例框圖；圖5為無線電動(dòng)閥門和無線溫度傳感器硬件框圖。以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明的技術(shù)方案，在供暖系統(tǒng)入戶管道末端設(shè)計(jì)一種集熱量檢測(cè)、數(shù)據(jù) 輸、溫度自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制于一體的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，該住宅供暖智能協(xié)調(diào)器包括控制 單元、內(nèi)外網(wǎng)通信模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(管道入戶端溫度及流量傳感器和入戶端電動(dòng)閥門)， 三個(gè)單元。其中，控制模塊采用ARM9架構(gòu)的處理器芯片，通過串行SPI 口連接MC35i GPRS 無線通訊模塊及ZigBee技術(shù)的CC2430射頻芯片。同時(shí)，采用ADC功能引腳連接溫度及流 量傳感器；采用PW功能引腳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閥門。住宅供暖智能協(xié)調(diào)器不但是家庭內(nèi)網(wǎng)的全功能 設(shè)備(FFD)，亦是系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)及主控管單元。其主要作用是控制家庭內(nèi)部的測(cè)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn) 內(nèi)外網(wǎng)的信息交互以及提供遠(yuǎn)程抄表功能。在供暖系統(tǒng)管道出水口設(shè)置無線溫度監(jiān)測(cè)裝置。該裝置包括ZigBee技術(shù)的 CC2430射頻芯片以及溫度傳感器，是家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的半功能節(jié)點(diǎn)(RFD)。在住戶各房間內(nèi)的供暖管路上設(shè)置無線電動(dòng)閥門。無線電動(dòng)閥門是該溫度控制系 統(tǒng)的分散控制單元，是在標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)閥門的基礎(chǔ)上，增設(shè)無線射頻模塊實(shí)現(xiàn)的，用以根據(jù)室內(nèi) 溫度數(shù)據(jù)控制管內(nèi)流量。無線電動(dòng)閥門與無線溫度監(jiān)測(cè)裝置類似，同屬家庭內(nèi)網(wǎng)RFD。在各房間布置無線溫度傳感器組。傳感器組采用Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線組網(wǎng)，無線溫 度傳感器組用于監(jiān)測(cè)各房間溫度。各電動(dòng)閥門均采用手動(dòng)與自動(dòng)控制結(jié)合的控制方式，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；所有測(cè) 控節(jié)點(diǎn)都具有中斷報(bào)警程序，保證系統(tǒng)的可靠性。通過對(duì)單戶供暖管道進(jìn)水流量及進(jìn)出水溫度差值的檢測(cè)，計(jì)算熱量數(shù)據(jù)；采用無 線遠(yuǎn)程通信技術(shù)進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)控制信息及能耗數(shù)據(jù)的有效傳輸，進(jìn)而支持熱能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集 及遠(yuǎn)程抄表功能；使用Mesh型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)低功耗 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸溫度信息，裝置根據(jù)合適的控制策略，自動(dòng)控制各閥門開度，以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫 度，在滿足住戶舒適度要求的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能目的。該系統(tǒng)的控制流程無線溫度傳感器組內(nèi)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度信息，通過無線方式， 將信息上傳至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器內(nèi)的CC2430射頻芯片的射頻模塊，協(xié)調(diào)器控制單元通 過對(duì)溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析生成控制決策，對(duì)各個(gè)無線電動(dòng)閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)，由 CC2430射頻芯片獲取流量及管內(nèi)溫度信息，通過SPI總線接口送入ARM處理器，ARM處理器 解析數(shù)據(jù)，采用熱計(jì)量公式運(yùn)算得熱量使用數(shù)據(jù)，并通過MC35i GPRS無線通訊模塊上傳至 GPRS網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上架設(shè)VPN(虛擬個(gè)域網(wǎng))實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅熱量的遠(yuǎn)程分戶計(jì)量。首先，對(duì)住宅供暖智能協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理描述如圖1所示，本發(fā)明的住宅供 暖智能協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理包括三個(gè)層面，分別是節(jié)點(diǎn)層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。節(jié)點(diǎn)層是用于檢測(cè)和控制的執(zhí)行單元，涵蓋所有的無線傳感器節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)層是通 信和傳輸部分，包括基于ZigBee技術(shù)的內(nèi)網(wǎng)通信部分、基于MC35i GPRS無線通訊模塊構(gòu)建 的GPRS外網(wǎng)通信部分以及內(nèi)外網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換單元——網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)層完成組網(wǎng)功能，建立內(nèi)外 網(wǎng)的通信機(jī)制，成為上層應(yīng)用和底層設(shè)備的交互介質(zhì)；應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)庫(kù)和遠(yuǎn)程管理組件，是對(duì)數(shù)據(jù)的匯聚、分析和實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。如圖2所示，以住戶A為例，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法是，在供暖系統(tǒng)進(jìn)戶端管道入口設(shè) 置一個(gè)住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，作為控制管理單元，并兼顧總閥流量的控制和無線網(wǎng)絡(luò)的組 建；管道出口設(shè)置無線溫度傳感器3，用于獲取溫度差，配合流量檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行供熱使用 量的計(jì)算；房間A1-A3供暖管路上設(shè)置無線電動(dòng)閥門(2. 1,2. 2和2. 3)，獨(dú)立控制各區(qū)域溫 度；在各房間內(nèi)分布設(shè)置用于采集室內(nèi)溫度的無線溫度傳感器3. 1. -3. 3，為控制中心提供 檢測(cè)數(shù)據(jù)，以形成一體化控制決策。
如圖3所示，住宅供暖智能協(xié)調(diào)系統(tǒng)包括——控制管理單元，該控制管理單元通過 串行SPI 口連接內(nèi)外網(wǎng)通信模塊，內(nèi)外網(wǎng)通信模塊采用無線方式連接各房間內(nèi)的供暖管路 上設(shè)置的無線電動(dòng)閥門、各房間設(shè)置的無線溫度傳感器(執(zhí)行單元2)；控制管理單元采用 芯片功能引腳直連管道入戶端上的溫度、流量傳感器，以及入戶端總電動(dòng)閥門(執(zhí)行單元 1)；所述的控制管理單元采用ARM9架構(gòu)的ARM處理器，所述的內(nèi)外網(wǎng)通信模塊采用CC2430 射頻芯片和MC35ii GPRS無線通訊模塊。如圖4所示，住宅供暖智能協(xié)調(diào)器安裝于供暖系統(tǒng)管道入口處，住宅供暖智能協(xié) 調(diào)器采用ARM9架構(gòu)的S3C2410處理器1作為住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的主控單元，以S3C2410 處理器1為中心，通過其兩個(gè)SPI引腳分別連接CC2430射頻芯片5和MC35i GPRS模塊6， 分別用于進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)通信和報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)；通過其ADC引腳連接溫度傳感器2及流量傳感器4， 用以檢測(cè)計(jì)算熱量必備數(shù)值；通過其PW引腳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閥門，控制管道流量。如圖5所示，為無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)。左圖為無線電動(dòng)閥門硬件框圖，包括 CC2430射頻芯片和電動(dòng)閥8，兩者通過CC2430射頻芯片的PW引腳與電動(dòng)閥8連接；右圖為 無線溫度傳感器單元硬件框圖，包括CC2430射頻芯片和溫度傳感器10，兩者通過CC2430射 頻芯片的ADC引腳相連。具體應(yīng)用方式1、遠(yuǎn)程抄表的實(shí)施方式以住戶A為例(圖1)，遠(yuǎn)程抄表主機(jī)發(fā)送 抄表信號(hào)，通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳送至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的MC35i GPRS無線通訊模塊6， 由住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的S3C2410處理器1對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，并產(chǎn)生內(nèi)網(wǎng)控制信號(hào)，根據(jù)控 制信息的目的地址，將控制信息發(fā)送至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器內(nèi)部的流量傳感器2和溫度傳 感器4，同時(shí)通過ZigBee技術(shù)的CC2430射頻芯片5將控制信息發(fā)送至無線溫度傳感器3。 傳感器根據(jù)控制要求采集所需信息，將信息回饋?zhàn)≌┡悄軈f(xié)調(diào)器中的S3C2410處理器 1，S3C2410處理器1計(jì)算溫度差，采用熱量計(jì)算公式，獲得熱量使用數(shù)據(jù)，通過MC35i GPRS 無線通訊模塊6構(gòu)成的GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息上傳至遠(yuǎn)程抄表主機(jī)。2、室內(nèi)供暖溫度智能協(xié)調(diào)管理的實(shí)施方式以住戶A為例(圖1)，住戶通過住宅 供暖智能協(xié)調(diào)器分別設(shè)置房間A1、A2、A3的溫度。當(dāng)房間Al內(nèi)無線溫度傳感器3. 1檢測(cè)到 室內(nèi)溫度在設(shè)定溫度的-0. 5°C值域時(shí)，無線溫度傳感器3. 1通過CC2430射頻芯片將數(shù)據(jù) 上傳至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的S3C2410處理器1接收CC2430射頻芯 片5的數(shù)據(jù)，并根據(jù)住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的S3C2410處理器1對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中前5時(shí)刻數(shù)據(jù)進(jìn) 行對(duì)比，計(jì)算溫度變化梯度，如梯度值超過60度，則通過CC2430射頻芯片5向無線電動(dòng)閥 門2. 1發(fā)送控制命令，無線電動(dòng)閥門2. 1縮減電動(dòng)閥8的開度，并根據(jù)梯度的減小和溫度升 高調(diào)節(jié)電動(dòng)閥8的開度值；如梯度值小于-60度，則增大電動(dòng)閥8開度，并根據(jù)梯度的增大 和溫度的升高調(diào)節(jié)電動(dòng)閥8的開度。當(dāng)房間Al內(nèi)無線溫度傳感器3. 1監(jiān)測(cè)到室內(nèi)溫度在設(shè)定溫度的+0. 5°C值域時(shí)，無線溫度傳感器3. 1通過CC2430射頻芯片5將數(shù)據(jù)上傳至住 宅供暖智能協(xié)調(diào)器，住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的S3C2410處理器1接收CC2430射頻芯片5的數(shù) 據(jù)，并根據(jù)住宅供暖智能協(xié)調(diào)器的S3C2410處理器1對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中前5時(shí)刻數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算溫 度變化梯度，如梯度值超過0度，則通過CC2430射頻芯片5向無線電動(dòng)閥門2. 1發(fā)送控制 命令，無線電動(dòng)閥門2. 1縮減電動(dòng)閥8的開度，并根據(jù)梯度的減小和溫度升高調(diào)節(jié)電動(dòng)閥8 的開度值；如梯度值超過45度，則關(guān)閉電動(dòng)閥8，并根據(jù)梯度的減小和溫度的升高調(diào)節(jié)電動(dòng) 閥8的開度?？梢哉f，本發(fā)明的住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法，是基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的分戶計(jì)量系統(tǒng)其表現(xiàn)在1、采用最新的ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ZigBee是一種 近年來才興起的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成本低，功耗低是其突優(yōu)勢(shì)。其網(wǎng)絡(luò)容量大，數(shù)據(jù) 交換量小，傳輸速率要求不高。在通信時(shí)，它的連接間短，可以大大減少通信數(shù)據(jù)碰撞的概 率。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，它對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，安全性高。因此，它完全滿足 供暖系統(tǒng)傳感器組網(wǎng)的要求。本實(shí)發(fā)明采用了最新的ZigBee無線通信技術(shù)的CC2430射頻 芯片，構(gòu)建起基于ZigBee的住宅節(jié)能的無線監(jiān)控分戶計(jì)量技術(shù)，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)使用電 池供電不需要進(jìn)行有線布線，供暖系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)安裝容易。安裝好的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以方便的 移動(dòng)重新布置。添加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容易，新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)只需要請(qǐng)求鄰近的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器加入網(wǎng) 絡(luò)即可以。采用ZigBee技術(shù)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于設(shè)備的控制可以進(jìn)行靈活的配置，可以控制一 個(gè)特定的設(shè)備，也可以用一個(gè)控制器控制系統(tǒng)中的多個(gè)獨(dú)立的設(shè)備。多個(gè)設(shè)備可以獨(dú)立工 作也可以共同聯(lián)合工作已完成一系列功能。2、低廉的成本本發(fā)明采用ZigBee技術(shù)的CC2430射頻芯片具有低速率、低功耗、低 成本等特點(diǎn)，而且ZigBee模塊的價(jià)格仍在進(jìn)一步降低，本發(fā)明成本將會(huì)非常低廉，易于市 場(chǎng)推廣。3、低功耗在單一的CC2430射頻芯片內(nèi)包含了 802. 15. 4及ZigBee兼容系統(tǒng)中必 備的組件，支持同步睡眠和喚醒，有效的降低了功耗，耗能原件較少，僅靠?jī)晒?jié)標(biāo)準(zhǔn)5號(hào)電 池就可持續(xù)工作6個(gè)月至兩年，從而延長(zhǎng)了各探測(cè)器節(jié)點(diǎn)維護(hù)周期，節(jié)省了相應(yīng)的人力和 物力。綜上所述，本發(fā)明采用的CC2430射頻芯片是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC) CMOS解決 方案，它能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2. 4GHz ISM波段的應(yīng)用對(duì)低成本、低功耗 的要求。它包括了一個(gè)高性能的2. 4GHz DSSS (直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)核心和一顆工業(yè) 級(jí)小巧高效的8051控制器。采用0. ISumCMOS工藝生產(chǎn)，具有很高的集成度。工作時(shí)的電 流損耗為27mA ；在接收和發(fā)送模式下，電流損耗分別小于27mA或25mA。CC2430的休眠模 式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式是的超短時(shí)間的性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。該芯 片體積小功率低，提供豐富的1/0，并具有很低的功耗。同時(shí)，它具有強(qiáng)大靈活的開發(fā)工具和 啟動(dòng)引導(dǎo)功能，給程序的升級(jí)和維護(hù)提供了極大的方便，非常適合本發(fā)明。S3C2410X微處理器是一款由Samsung公司設(shè)計(jì)的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微處理器。ARM920T核由ARM920TDMI、存儲(chǔ)器管理單元(MMU)和高速緩存三部 分組成。其中，MMU可以管理虛擬內(nèi)存，高速緩存由獨(dú)立的16KB地址和16KB數(shù)據(jù)高速Cache 組成。ARM920T有兩個(gè)內(nèi)部協(xié)處理器CP14和CP15。CP14用于調(diào)試控制，CP15用于存儲(chǔ)器系統(tǒng)控制以及測(cè)試控制。S3C2410X的集成組件包括1個(gè)IXD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)；SDRAM控制器；3個(gè)通道的UART ；4個(gè)通道的DMA ；4個(gè)具有PWM功 能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘；8通道的10位ADC;觸摸屏接口 ；I2S總線接口 ；2個(gè)USB主機(jī) 接口，1個(gè)USB設(shè)備接口 ；2個(gè)SPI接口 ；SD接口和MMC卡接口 ；看門狗計(jì)數(shù)器；117位通用 I/O 口和24位外部中斷源；8通道10位AD控制器。處理器通用的片上外設(shè)，大大減少了系 統(tǒng)中處理器以外的元器件設(shè)備，從而使系統(tǒng)的成本大大降低。同時(shí)，它具有強(qiáng)大靈活的開發(fā) 工具和啟動(dòng)引導(dǎo)功能，給程序的升級(jí)和維護(hù)提供了極大的方便，非常適合本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法，其特征在于，該方法在供暖系統(tǒng)入戶管道末端安裝集熱量檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、溫度自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制于一體的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，通過對(duì)單戶供暖管道進(jìn)水流量及進(jìn)出水溫度差值的檢測(cè)，計(jì)算熱量數(shù)據(jù)；在各房間布置無線溫度傳感器組，以無線遠(yuǎn)程通信的方式進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)控制信息及能耗數(shù)據(jù)的有效傳輸，進(jìn)而支持熱能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及遠(yuǎn)程抄表功能；使用Mesh型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸溫度信息，住宅供暖智能協(xié)調(diào)器自動(dòng)控制各閥門開度，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，不僅起到節(jié)能的作用，更滿足住戶舒適度要求。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器包括一控制管 理單元，該控制管理單元通過串行SPI 口連接內(nèi)、外網(wǎng)通信模塊，其中，內(nèi)網(wǎng)通信模塊與各 房間供暖管路上設(shè)置的無線電動(dòng)閥門、各房間設(shè)置的無線溫度傳感器實(shí)現(xiàn)無線通訊，外網(wǎng) 通信模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程抄表主機(jī)通訊；控制管理單元還連接各房間內(nèi)的供暖 管路上設(shè)置的無線電動(dòng)閥門、管道入戶端上的溫度、流量傳感器，以及入戶端總電動(dòng)閥門； 所述的控制管理單元采用ARM9架構(gòu)的ARM處理器，所述的內(nèi)、外網(wǎng)通信模塊采用CC2430射 頻芯片和MC35i GPRS無線通訊模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法的控制流程是無線溫度傳感器組監(jiān) 測(cè)室內(nèi)溫度信息，通過無線方式，將溫度信息上傳至住宅供暖智能協(xié)調(diào)器內(nèi)的CC2430射頻 芯片，控制管理單元通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析生成控制決策，對(duì)各個(gè)無線電動(dòng)閥門的 開度進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)，由CC2430射頻芯片獲取流量及管內(nèi)溫度信息，通過SPI總線接口送入 ARM處理器，ARM處理器解析數(shù)據(jù)，采用熱計(jì)量公式運(yùn)算得熱量使用數(shù)據(jù)，并通過MC35iGPRS 無線通訊模塊上傳至GPRS網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上架設(shè)虛擬個(gè)域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅熱量的遠(yuǎn)程分戶 計(jì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種住宅供暖智能協(xié)調(diào)管理方法，該方法在供暖系統(tǒng)入戶管道末端安裝集熱量檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、溫度自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制于一體的住宅供暖智能協(xié)調(diào)器，通過對(duì)單戶供暖管道進(jìn)水流量及進(jìn)出水溫度差值的檢測(cè)，計(jì)算熱量數(shù)據(jù)；在各房間布置無線溫度傳感器組，以無線遠(yuǎn)程通信的方式進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)控制信息及能耗數(shù)據(jù)的有效傳輸，進(jìn)而支持熱能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及遠(yuǎn)程抄表功能；使用Mesh型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過室內(nèi)無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸溫度信息，住宅供暖智能協(xié)調(diào)器自動(dòng)控制各閥門開度，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，使集中供暖系統(tǒng)中不可控?zé)崮艿玫胶侠砝茫粌H起到節(jié)能的作用，更滿足住戶舒適度要求。
文檔編號(hào)F24D19/10GK101832600SQ20101017433
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者于軍琪, 呂齊, 徐碩, 王曉曼, 高博超 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)