專利名稱：基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種城市熱力管道檢測技術(shù)，屬熱力管道檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱力管道通常分為供暖熱力管道和工業(yè)熱力管道兩種，在城市生活中作用重大。過去調(diào)節(jié)熱水和蒸汽的溫度，都是靠人工，氣溫高時(shí)，工作人員就將管道輸出閥門關(guān)??；氣溫低時(shí)，就將閥門開大。既費(fèi)事，又不準(zhǔn)確。同時(shí)熱力管道也存在著安全隱患，國內(nèi)外發(fā)生過不同程度的熱力管道爆炸事件。 比較有名的像紐約熱力管道爆炸，造成多人傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，交通癱瘓，居民誤以為是恐怖襲擊而造成很大心理影響。國內(nèi)也發(fā)生過多起熱力管道爆炸事件。熱力管道爆炸，大多是因?yàn)橛旰蠓e水或大量污水聚在熱力管道周圍，不斷氣化形成大量蒸汽，壓力過高而引起。也有些管道因?yàn)槔匣蛸|(zhì)量問題，發(fā)生漏氣、漏水，不僅造成資源浪費(fèi)，而且大量的蒸汽也會(huì)對(duì)交通、路人或財(cái)務(wù)造成很大的威脅。熱力公司希望能夠有一整套方案，既能有效、方便地供應(yīng)熱力資源，減少額外的浪費(fèi)；又能夠保障熱力供應(yīng)的安全實(shí)施?，F(xiàn)在的熱力管理系統(tǒng)中，已經(jīng)有關(guān)于熱力管道漏水、漏氣的解決方案。有研究人員根據(jù)地下管道的紅外成像(陳書旺，王明時(shí).地下管道的紅外成像檢測法.中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)，2004 :41-44)來檢測，由于管道內(nèi)流體具有一定的溫度，并且可以通過紅外熱輻射的形式傳導(dǎo)到地面上，因此可以采用紅外探測器來對(duì)地表溫度進(jìn)行測量，從而根據(jù)溫度差來判斷出管線的走向與泄漏部位。紅外熱成像法為地下管道的維護(hù)提供了一種可行的方法。然而，這種方法由于其測量的是地表溫度，因此受環(huán)境影響相當(dāng)大。同時(shí)，由于這種方法是靠發(fā)熱管道傳導(dǎo)到地表上的溫度差來進(jìn)行測量的，溫度差是采用紅外遙測法的理論基礎(chǔ)和前提。因此當(dāng)目標(biāo)與環(huán)境的溫度差很小的時(shí)候，測量極為困難，這也是此方法的局限性。還有研究人員根據(jù)光纖光柵溫度傳感技術(shù)來檢測熱力管道泄漏(袁朝慶.熱力管道泄漏光纖光柵檢測技術(shù)研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所博士論文.2007 :9-15.)。 熱力管道泄漏時(shí)，泄漏出的熱水引起熱力管道周圍大地溫度場溫度升高，利用光纖光柵溫度傳感器的溫度特性，結(jié)合熱力管道泄漏處的溫度場變化規(guī)律，進(jìn)行了埋地?zé)崃艿佬孤┑睦碚摲治龊凸饫w光柵泄漏檢測系統(tǒng)的工程應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了熱力管道關(guān)鍵點(diǎn)溫度連續(xù)監(jiān)測， 能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)泄漏。該方法需要布設(shè)光纖，購置光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，成本高。最重要的是，以上方法都是在獲知泄漏后去做的補(bǔ)救工作，實(shí)時(shí)性差，不能在事故發(fā)生的當(dāng)時(shí)就獲得一手信息，及時(shí)處理。就整體而言，關(guān)于熱力供應(yīng)管理的系統(tǒng)，相關(guān)的研究現(xiàn)在比較少見。ZigBee技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中有所應(yīng)用，該技術(shù)不存在布線問題，節(jié)省成本，而且有安全性、靈活性、可靠性、可管理等優(yōu)點(diǎn)，但是在熱力管道管理方面還沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)合理，成本低的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，它包括沿?zé)崃艿涝O(shè)有的傳感器節(jié)點(diǎn)至少一個(gè)，傳感器節(jié)點(diǎn)與至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器連接，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器連接，管理系統(tǒng)服務(wù)器連接有人機(jī)界面顯示終端；管理系統(tǒng)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與用戶終端連接。所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括至少一個(gè)傳感器，所述傳感器設(shè)于熱力管道上，所述傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制器連接，控制器通過無線通信芯片與ZigBee協(xié)調(diào)器連接。所述傳感器至少包括壓力、流量、溫度中的一種。所述控制器為PIC系列控制器。具體為PIC18F4620。所述無線通信芯片具體為CCM20。所述網(wǎng)絡(luò)具體為LAN或Internet，所述至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器與交換機(jī)連接，交換機(jī)通過LAN或hternet網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器連接。所述人機(jī)界面顯示終端安裝有三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)管理系統(tǒng)。所述傳感器節(jié)點(diǎn)為傳感器與控制器與無線通信芯片三者連接集成為一體。通過傳感器節(jié)點(diǎn)的開發(fā)、熱力管道流體的信息采集、ZigBee無線通信技術(shù)的應(yīng)用， 在前臺(tái)管理系統(tǒng)的三維可視化顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上，方便管理人員對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的屬性信息進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障報(bào)警功能，能夠快速定位，方便檢測維修管理等。熱力公司的工作人員可以根據(jù)反饋的信息，設(shè)定好設(shè)備參數(shù)，由相關(guān)系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整管道閥門開關(guān)的大小，不但保證了居民用熱、工業(yè)用熱，又降低了無謂浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能、降耗的目的。傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息在管理平臺(tái)顯示，包括溫度、壓力、流速或其它檢測物理量等，管理員可以根據(jù)需要進(jìn)行傳感器種類配置進(jìn)行狀態(tài)檢測，判斷管道情況和意外事件，并且系統(tǒng)也會(huì)有相應(yīng)的警示信息。另外，傳感器通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由LAN或hternet連接至服務(wù)器。管理員可以隨時(shí)通過^ternet訪問到服務(wù)器，了解傳感節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，并能對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)加以控制。該課題在管理平臺(tái)上用到三維可視化技術(shù)，該技術(shù)現(xiàn)在比較成熟，應(yīng)用廣泛，在數(shù)字化城市、 地下管道管理等方面大有可為。在當(dāng)今注重節(jié)能減排、注重生產(chǎn)、生活安全的情況下，熱力供應(yīng)的安全和節(jié)能措施，已經(jīng)成為國內(nèi)、國際熱力供應(yīng)公司、熱力設(shè)備廠商所重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)整個(gè)系統(tǒng)，傳感器布置在熱力管道內(nèi)部，采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線發(fā)送到熱力管道外的PIC控制器，由CCM20無線通信芯片發(fā)給ZigBee協(xié)調(diào)器，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)通過三維可視的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)熱力管線的數(shù)據(jù)采集、管理控制。管理員也可以通過 hternet訪問管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)崃芫€。本方案基于Microchip的PICI8微控制器、Chipcon的CCM20收發(fā)器、傳感器構(gòu)
建的傳感器節(jié)點(diǎn)。[0029]前臺(tái)應(yīng)用借鑒數(shù)字城市技術(shù)，方便、迅捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理；加上三維場景，豐富系統(tǒng)功能。三維可視化方面采用VRP技術(shù)，VRP是VR-Platform的簡稱。VR-Platform三維互動(dòng)仿真平臺(tái)是一款三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，可廣泛的應(yīng)用于視景仿真、城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、橋梁道路設(shè)計(jì)、軍事模擬等行業(yè)。該軟件適用性強(qiáng)、操作簡單、功能強(qiáng)大、高度可視化、所見即所得，他的出現(xiàn)將給正在發(fā)展的VR產(chǎn)業(yè)注入新的活力。采用PIC18F4620作為傳感器節(jié)點(diǎn)的主控芯片。它擁有13路模擬信號(hào)輸入?？梢詫⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的10位數(shù)字信號(hào)。在本項(xiàng)目中，通過PIC18F4620對(duì)溫度、壓力和流量傳感器進(jìn)行3路數(shù)據(jù)采集，滿足其使用需求。同時(shí)，模擬信號(hào)端口可作為普通IO 口使用， 以方便單片機(jī)與數(shù)字傳感器之間的通信。PIC18F4620采用ADC0N0、ADCONl、ADC0N2這3個(gè)控制寄存器來控制AD轉(zhuǎn)換的端
口和方式，用于避免多路轉(zhuǎn)換中可能出現(xiàn)的沖突。溫度傳感器采用北京瑞利威爾科技發(fā)展有限公司的JWB/C型溫度變送器。其溫度范圍為200-—+5000C，可采用0-5ν模擬輸出。液體壓力傳感器采用長沙鈦合電子設(shè)備有限公司的PPM142L型傳感器，其量程可從O-IOOmpa之間任選，并可采用航空插頭進(jìn)行模擬輸出。流量傳感器采用中國紅旗儀表的HQ-ISF智能插入式流量計(jì)，其公稱壓力為0. 6 42MPa，工況溫度為-200°C +500°C。符合使用要求，并可輸出模擬量，經(jīng)過升壓后可使用 PIC18F4620對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通信芯片采用CCM20模塊，采用ZigBee技術(shù)，在2. 4GHZ頻段通信。通過12針接口盤，可與PIC18F4620進(jìn)行連接并通信。本實(shí)用新型的有益效果熱力管道的管理在以前大多處于無序狀態(tài)，不能夠很好的做到節(jié)能，而且不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而造成了各種損失，給社會(huì)帶來了負(fù)面影響?；赯igBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道管理與檢測方案中，ZigBee本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，將ZigBee技術(shù)開發(fā)成產(chǎn)品，并成功地用于解決實(shí)際的生產(chǎn)問題。該項(xiàng)技術(shù)把PICI8微控制器、CC2420收發(fā)器、傳感器集成后做出傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠大大地降低系統(tǒng)成本。三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)管理系統(tǒng)的開放性、安全性、健壯性和友好性，是本實(shí)用新型先進(jìn)性的最終體現(xiàn)。

圖1為傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.傳感器，2.控制器，3.無線通信芯片，4. zigbee協(xié)調(diào)器，5.交換機(jī)，6管理系統(tǒng)服務(wù)器，7.網(wǎng)絡(luò)，8.傳感器節(jié)點(diǎn)，9.熱力管道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
5[0046]—種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，它包括沿?zé)崃艿涝O(shè)有的至少一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)8，傳感器節(jié)點(diǎn)8與至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器4連接，所述ZigBee協(xié)調(diào)器 4通過網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器6連接，管理系統(tǒng)服務(wù)器6連接有人機(jī)界面顯示終端。管理系統(tǒng)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)7與用戶終端連接。所述傳感器節(jié)點(diǎn)8包括至少一個(gè)傳感器1，所述傳感器1設(shè)于熱力管道9上，所述傳感器1通過數(shù)據(jù)線與控制器2連接，控制器2通過無線通信芯片3與ZigBee協(xié)調(diào)器4連接。所述傳感器1包括壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器。所述控制器2為PIC系列控制器。所述控制器2具體為PIC18F4620。 所述無線通信芯片3具體為CCM20。所述網(wǎng)絡(luò)具體為LAN或hternet，所述至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器4與交換機(jī)5連接，交換機(jī)5通過LAN或hternet網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器6連接。所述傳感器節(jié)點(diǎn)為傳感器1與控制器2與無線通信芯片3三者連接集成為一體。所述人機(jī)界面顯示終端安裝有三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)管理系統(tǒng)。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是，它包括沿?zé)崃艿涝O(shè)有的傳感器節(jié)點(diǎn)至少一個(gè)，傳感器節(jié)點(diǎn)與至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器連接，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器連接，管理系統(tǒng)服務(wù)器連接有人機(jī)界面顯示終端；管理系統(tǒng)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與用戶終端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括至少一個(gè)傳感器，所述傳感器設(shè)于熱力管道上，所述傳感器通過數(shù)據(jù)線與控制器連接，控制器通過無線通信芯片與ZigBee協(xié)調(diào)器連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述傳感器至少包括壓力、流量、溫度中的一種。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述控制器為PIC系列控制器。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述控制器具體為PIC18F4620。
6.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述無線通信芯片具體為CCM20。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述網(wǎng)絡(luò)具體為LAN或hternet，所述至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器與交換機(jī)連接，交換機(jī)通過hternet網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器連接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述人機(jī)界面顯示終端安裝有三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)管理系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，其特征是，所述傳感器節(jié)點(diǎn)為傳感器與控制器與無線通信芯片三者連接集成為一體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道檢測系統(tǒng)，它包括沿?zé)崃艿涝O(shè)有的至少一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)與至少一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器連接，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)服務(wù)器連接，管理系統(tǒng)服務(wù)器連接有人機(jī)界面顯示終端。管理系統(tǒng)服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與用戶終端連接。本實(shí)用新型的有益效果采用基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱力管道管理與檢測及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，同時(shí)把PICI8微控制器、CC2420收發(fā)器、傳感器集成后做出傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠大大地降低系統(tǒng)成本。三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前臺(tái)管理系統(tǒng)的開放性、安全性、健壯性和友好性，是本實(shí)用新型先進(jìn)性的最終體現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK202228931SQ201120377498
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者劉振棟, 孫鵬, 張志軍, 徐功文, 楊磊, 許麗娜, 韓國勇, 馬宏偉 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)