曹屹立，張洪源，梁 艷

（1.唐山市熱力總公司，河北唐山，063000；2.唐山現(xiàn)代工控技術有限公司，河北唐山，063020）

基于無線射頻和GPRS網(wǎng)絡的室溫分級監(jiān)測系統(tǒng)

曹屹立1，張洪源2，梁 艷2

（1.唐山市熱力總公司，河北唐山，063000；2.唐山現(xiàn)代工控技術有限公司，河北唐山，063020）

本文介紹使用無線射頻和GPRS技術來實現(xiàn)對北方冬季集中供熱達到室溫效果進行實時監(jiān)測，通過用戶距離換熱站遠、中、近進行科學布點，將監(jiān)測到的室溫數(shù)據(jù)通過無線通訊網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心安裝上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件，將采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、匯總，并進行數(shù)據(jù)分析，輔助制定供熱調(diào)度方案，從而達到節(jié)約熱能和科學調(diào)度熱能資源的效果。該系統(tǒng)既能避免因供熱溫度過低而引起的用戶投訴和糾紛，也能減少因供熱溫度過高而導致的能源浪費，該監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

室溫；分級監(jiān)測；射頻；GPRS

1　研究背景及思路

集中供熱是我國北方城市冬季采暖的主要形式，各地熱力公司隨著熱網(wǎng)的不斷擴容，隨之也帶來供熱冷熱不均、能源分配不合理，能源浪費等新的問題。我國北方地區(qū)冬季集體供暖要求是終端用戶室內(nèi)溫度標準值為16℃～24℃ （不同的城市的要求有所不同），而供熱方大多沒有實現(xiàn)實時監(jiān)測用戶家中的取暖溫度，往往只是采用一些經(jīng)驗值，根據(jù)當?shù)貞敉鉁囟葋碚{(diào)節(jié)換熱站供水管的供水溫度及流量，以滿足用戶對取暖的要求?？拷?jīng)驗數(shù)值來調(diào)控換熱站，會經(jīng)常出現(xiàn)供暖溫度達不到要求的情況，以至于供熱方會被用戶投訴，給熱力公司造成極大的麻煩，而供熱溫度過高又會造成能源浪費，給供熱公司帶來損失。

為了實現(xiàn)熱力公司能夠完整掌握用戶的室內(nèi)溫度情況并輔助分析指導，本文設計了基于無線射頻和GPRS網(wǎng)絡的室溫分級監(jiān)測系統(tǒng)。采用無線室溫分級監(jiān)測分機監(jiān)測用戶典型房間的室內(nèi)溫度并將監(jiān)測溫度數(shù)值通過射頻通訊方式發(fā)送給監(jiān)測主機，由監(jiān)測主機通過無線網(wǎng)絡上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)測軟件根據(jù)室溫監(jiān)測數(shù)據(jù)遠中近、邊中頂、上中下、陰陽面區(qū)分用于監(jiān)測最終的供暖效果，為調(diào)節(jié)熱網(wǎng)使之舒適節(jié)能，經(jīng)濟運行提供依據(jù)。及時調(diào)整管網(wǎng)平衡，從而保證供熱效果，提高服務質量，減少能源損耗和人工勞動強度，降低運行管理成本，創(chuàng)造供需和諧，使熱力公司利益最大化。

2　系統(tǒng)構成

系統(tǒng)由無線室溫分級監(jiān)測分機、無線室溫分級主機和室溫遠程監(jiān)測軟件構成，拓撲結構圖如下：

圖1　室溫分級監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結構圖

2.1無線室溫分機監(jiān)測分機

無線室溫分級監(jiān)測分機采用超低功耗芯片作單片機與2.4G射頻發(fā)射模塊，DS18B20作測溫傳感器。采用最新的無線和超低功耗技術，在一個極小封裝中集成了包括2.4GHz無線傳輸，增強型51 Flash高速單片機，豐富外設及接口等的單片F(xiàn)lash芯片。

DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以連接多個數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20特點：只要求一個端口即可實現(xiàn)通信；在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號；實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫；測量溫度范圍在-55℃到+125℃之間；數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；內(nèi)部溫度上、下限告警設置。將采集到的溫度傳給無線室溫分級監(jiān)測主機。

室溫分級監(jiān)測分機可放在室內(nèi)的任何地方同時監(jiān)測一所房子里不同房間如：南北屋或把邊、把角房間里的溫度，室溫分級監(jiān)測分機通過2.4G射頻與室溫監(jiān)測主機通訊，單臺室溫分級監(jiān)測主機可與7臺室溫分級監(jiān)測分機通訊，通訊距離：隔墻10米。

2.2無線室溫分級監(jiān)測主機

無線室溫分級監(jiān)測主機采用低功耗芯片作單片機與2.4G射頻接收模塊，DS18B20作測溫傳感器，并設計了GPRS通訊模塊來設計的。無線室溫分級監(jiān)測主機原理如圖所示：

圖2　無線室溫分級監(jiān)測主機原理圖

無線室溫分級監(jiān)測主機采用低功耗芯片和高性能處理器，內(nèi)置2.4G收發(fā)器和低功耗藍牙，電壓范圍為1.8V-3.6V，使用片內(nèi)的DCDC轉換器，峰值電流10mA。無線室溫分級監(jiān)測主機具有以下功能特點：

（1）具有心跳喚醒功能，采暖期開始時，開始工作。并能在首次通信時自動校準時間。能夠自動進入睡眠狀態(tài)。這樣既解決設備節(jié)電問題又解決熱力公司采暖期開始及結束時需要收發(fā)設備而導致工作量繁重的問題。

（2）設備在新采暖季開始會自動清除內(nèi)部儲存信息。

（3）通過GPRS無線通信公網(wǎng)，遠程采集并傳輸數(shù)據(jù)。因網(wǎng)絡、服務器故障或其他原因造成通信阻礙時，為了確保數(shù)據(jù)不丟失，能夠自動保存數(shù)據(jù)，并在通信正常時，上傳數(shù)據(jù)。

（4）采用低功耗設計技術，待機耗電電流為微安級，通訊電流毫安級；采用容量型電池，使用壽命長（1000mAh支持GPRS通信500余次）；采用鋰電池保護電路，避免發(fā)生過放、短路等狀況。

（5）每個設備都有唯一的編碼，用來區(qū)分；通過室溫監(jiān)測軟件可對數(shù)據(jù)采集時間、記錄時間、上報時間間隔進行設置。

（6）室溫分級監(jiān)測主機也帶有室內(nèi)溫度傳感器它將接收到的分機溫度和自身采集到的溫度按設定要求通過GPRS通訊上傳到監(jiān)測軟件上。室溫監(jiān)測主機可放置在陽臺、窗口等通訊信號較強的地點。

2.3室溫遠程監(jiān)測軟件

室溫監(jiān)測軟件構建在.NET軟件開發(fā)平臺上，采用以B/S模型為主，部分通過C/S模型程序輔助的開發(fā)方案，并綜合運用分布式數(shù)據(jù)庫、分布式計算、地理信息系統(tǒng)、多媒體、基于Ajax的B/S模式實時信息處理、COMET等技術開發(fā)，為用戶提供了強大而靈活的使用功能，豐富而友好的人機界面。

它能完成實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、 歷史曲線分析、 歷史報表與實時報表、 硬件檢測、曲線分析、自動報警和報警記錄分析等功能。

3　結束語

本系統(tǒng)創(chuàng)新采用了分級測量的采集方式，能將戶內(nèi)每個典型環(huán)境情況清楚的反饋到監(jiān)控中心，采用的分機的方式大大減少了室溫主機的應用數(shù)量，由原來的8點需要8個主機的情況下，調(diào)整到7個分機和1個主機，既降低了成本，又實現(xiàn)了室溫的監(jiān)測的更準備、更真實。

目前，無線室溫分級監(jiān)測系統(tǒng)在天津，河北，黑龍江等地采暖自動化監(jiān)測系統(tǒng)信息化工程中得到了實際的使用和驗證，該系統(tǒng)的應用使熱力公司能夠及時準確的采集到供暖季室溫效果的監(jiān)測數(shù)據(jù)，增強了熱力公司集中供熱的調(diào)控能力，進一步提高了能源的合理利用率，具有很好的使用和推廣前景。

［1］馬月坤，于樹利.基于ARM和無線傳感器技術的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)［J］.數(shù)字技術與應用，2014（10）：77.

［2］馬月坤，于樹利，李志昕等.智能樓宇終端控制器的設計與實現(xiàn)［J］.信息系統(tǒng)工程，2014（12）：17.

［3］閆秋會 趙建會 張聯(lián)英供熱工程［M］北京：科學出版社，2008

［4］于海生.計算機控制技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

曹屹立；1964/09；男；工作單位：唐山市熱力總公司；籍貫：唐山；職稱：高級工程師；學歷：本科；研究方向：工業(yè)自動化及儀表

Room temperature classification monitoring system based on wireless radio frequency and GPRS network

Cao Yili1，Zhang Hongyuan2，Liang Yan2
（Tangshan City thermal power company，Tangshan Hebei，063000；2.Tangshan modern industrial control technology Co.，Ltd.Tangshan Hebei，063000）

This paper describes the use of radio and GPRS technology to realize of north central heating in winter to reach room temperature effect were monitored in real time by the user from the heat exchange station far，，scientific distribution，to monitor the room temperature data through the wireless communication network transmission to the monitoring center.Monitoring center to install the monitor system software，the collected data statistics，summary，and carries on the data analysis，support the development of heating scheduling scheme，so as to achieve the effect of heat energy and scientific control of energy resources conservation.The system can avoid caused by low heating temperature of user complaints and disputes， but also to reduce the energy waste caused by the heating temperature is too high，the monitoring system has good social benefits，environmental benefits and economic benefits.

room temperature；hierarchical monitoring；radio frequency；GPRS