基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表的製作方法
2023-06-27 09:06:31 1
專利名稱：基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量儀器，具體是一種基於ZigBee無線網絡的無磁熱 量表，屬於計量領域。
(二)
背景技術：
集中供熱是我國北方城市生活中的大事，其大規模實施為提高城市的現代 化水平，改善城市的空氣品質做出了突出貢獻。但城巿集中供熱的能源浪費以 及按住宅面積收費不合理的問題日益突出，已經制約了城市集中供熱的進一步 發展。採取按供熱用戶所用熱量收費，取代按採暖面積均攤供熱費的方法也成 為供熱收費發展的趨勢，因此熱量計量儀表正在得到日益廣泛的應用。熱量計 量一般是以流量測量為基礎的，傳統的流量測量一般採用幹簧管式或韋根式流 量傳感器，幹簧管流量傳感器與韋根流量傳感器有一個共同點，它們的葉輪上 都鑲嵌有一個環形磁鐵，葉輪轉動時，變化的磁場會產生電信號，並以脈衝的 形式傳輸給積分儀，從而得到流量信號。目前國內供熱系統熱載體傳輸主管道 多採用鐵質鍍鋅管，使用時間較長的系統，其管道內壁的鍍鋅層會被破壞，失 去鍍鋅保護層的管道壁與水接觸後會氧化產生很多鐵鏽雜質。因此不能用傳統 的有磁流量的計量方法，而要利用一種新型的計量技術來排除較差水質中鐵鏽 等雜質的影響。另外，傳統抄表方式大多採用人工抄表或IC卡預付費方式，費 時費力。
實用新型內容
本實用新型的目的是克服現有技術中的問題，對現有的熱量計進行了改造， 採用新型的無磁流量測量技術、ZigBee無線網絡技術，建立遠程抄表系統。 本實用新型的目的可通過以下技術方案實現 一種基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表，包括進水溫度傳感器、回水溫度傳感器、無磁流量傳感器、積分
計算顯示器、ZigBee無線數傳模塊、電源模塊和上位機抄表系統。進水溫度傳 感器輸入口安裝在進水管道處，回水溫度傳感器輸入口安裝在回水管道處，進、 回水溫度傳感器的輸出口分別與積分計算顯示器的進、回水溫度採集接口連接， 流量傳感器與積分計算顯示器的流量採集接口連接，ZigBee無線數傳模塊與積 分計算顯示器的通信接口連接，電源模塊與積分計算顯示器的電源接口連接。 積分計算顯示器包括中央控制模塊、液晶顯示模塊。
中央控制模塊內置有可對採集到的流量脈衝信號和進、回水溫度信號進行 積分熱量運算的單片機；
上位機抄表系統採用Visual C++6.0編寫，並有後臺資料庫支持，可以遠程 控制無磁熱量表的中央控制模塊，獲取熱量信息，彌補了傳統人工抄表費時費 力的不足；
液晶顯示模塊主要有控制屏幕顯示不同內容的液晶片構成。 無磁流量傳感器不同於傳統的幹簧管式、韋根式等有磁流量傳感器，他的
葉輪上鑲嵌的是一個沒有任何磁性的金屬片，因此不會吸附水中的鐵鏽等雜質，
克服了傳統有磁流量傳感器容易吸附水中鐵鏽雜質造成葉輪旋轉阻力增大導致
葉輪停轉、不能保證流量傳感器正常工作計量的弊端。
積分計算顯示器上的中央控制模塊中的單片機採用MSP430FW427; 進水溫度傳感器和回水溫度傳感器採用PT1000鉑電阻； 無磁流量傳感器使用LC振蕩電路配合MSP430FW427單片機內部的
SCANIF模塊構成；
ZigBee無線數傳模塊主要由移植了簡化版ZigBee協議棧的CC2430單片機 構成；所述的電源模塊可採用內置電池或外接電源。
圖1是基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表的安裝示意圖2是基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表的控制系統結構圖； .
圖1中1是積分計算顯示器2是ZigBee無線數傳模塊 3是無磁
流量傳感器 4是進水溫度傳感器 5是回水溫度傳感器 6是上位
機抄表系統 7是無磁熱量表基表 具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型基於ZigBee無線網絡的無磁熱 量表作進一步說明。
如圖1所示，基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表主要包括進水溫度傳感器 4、回水溫度傳感器5、無磁流量傳感器3、積分計算顯示器1、 ZigBee無線數 傳模塊2、無磁熱量表基表7和上位機抄表系統6。進、回水溫度傳感器均採 用PT1000鉑電阻，分別安裝在用戶的進水管道和回水管道，分別用來採集用戶 進水管道和回水管道內的水溫。如圖2所示，採集到的溫度信號通過溫度採集 接口傳入中央控制模塊。無磁流量傳感器3由LC振蕩電路和單片機內部的 SCANIF模塊構成，無磁熱量表基表7中有一可旋轉的帶葉輪的圓盤，當管道中 有水流動時，推動圓盤轉動，圓盤的轉動可被LC振蕩電路感測到，無磁流量傳 感器檢測到圓盤轉動後發出脈衝信號給中央控制器。
如圖2所示，基於ZigBee無線網絡的無磁熱量表的控制系統主要包括中央 控制模塊、液晶顯示模塊、溫度傳感器、無磁流量傳感器、ZigBee無線數傳模 塊、電源模塊構成；中央控制模塊內置一單片機，型號為MSP430FW427，該單片機可以對採集 到的溫度和流量脈衝信號進行積分運算，計算出瞬時熱量並顯示在液晶顯示模 塊上，當接收到上位機的抄表信號後可以將當前的累積熱量等信息無線傳送給 上位機抄表系統。如圖3所示上位機抄表系統使用Visual C++6.0編寫，並具 有資料庫支持，可以對用戶所用熱量等數據進行管理。
液晶顯示模塊由液晶片構成，可滾動顯示當前時間的進水溫度、回水溫度、 進回水溫差、瞬時流量、累積流量、累積熱量、累積工作時間等信息。
ZigBee無線數傳模塊由移植簡化版ZigBee協議棧的CC2430單片機構成， 該模塊功耗極低，可自動組網，使用非常方便。
本實用新型具體工作過程如下管道中的水流動帶動無磁熱量表基表中的 圓盤旋轉，圓盤的旋轉信息被無磁流量傳感器捕捉並發送給中央控制模塊，中 央控制模塊計算每20秒的瞬時流量，同時中央控制模塊讀取當前的進、回水溫 度傳感器，獲得進、回水的溫度值。根據進、回水溫度通過自動査表可以得到 當前水的密度值和焓值，通過公式g = Jg /^vA/^/f (公式1)可計算出每 20秒的瞬時熱量，並可通過不斷累加得到累積熱量。上位機抄表系統設有"抄 表"按鈕，通過滑鼠點擊上位機抄表系統的"抄表"按鈕後上位機將無線發送 抄表指令給本實用新型所述的無磁熱量表，無磁熱量表收到該指令後將當前累 積熱量無線發送給上位機抄表系統，上位機抄表系統得到數據後顯示並存儲到 資料庫中。
公式l中
Q——釋放或吸收的熱量；
Qv——流經熱量表的水的體積流量；
P——流經熱量表的水的密度；厶h~~在熱交換系統的入口和出口溫度下，水的焓值差； t——時間。
本實用新型主要對以下幾個方面進行了新的設計
1、 使用LC振蕩電路配合單片機內部的SCANIF模塊構成無磁流量傳感器， 可以克服國內供熱系統水質差對熱量表造成的幹擾，而且功耗更低。
2、 擴展了 ZigBee無線數傳模塊，使用普通電腦作為上位機抄表系統，可 遠程控制得到中央控制模塊的數據，客服了傳統人工抄表費時費力的缺陷。
3、 中央控制模塊採用的單片機為MSP430FW427，該單片機運行穩定，功 耗極低。
權利要求1、一種基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於包括進水溫度傳感器、回水溫度傳感器、無磁流量傳感器、積分計算顯示器、ZigBee無線數傳模塊、電源模塊和上位機抄表系統，進、回水溫度傳感器的輸入口分別安裝在進、回水管道處，進、回水溫度傳感器的輸出口分別與積分計算顯示器的進、回水溫度採集接口連接，流量傳感器與積分計算顯示器的流量採集接口連接，ZigBee無線數傳模塊與積分計算顯示器的通信接口連接，電源模塊與積分計算顯示器的電源接口連接。
2、 根據權利要求1所述的基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於:' 所述的積分計算顯示器包括中央控制模塊、液晶顯示模塊。
3 根據權利要求1所述的基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於所 述的中央控制模塊內置有可對採集到的流量脈衝信號和進、回水溫度信號進行 積分熱量運算的單片機；
4、 根據權利要求1所述的基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於 所述的液晶顯示模塊主要有控制屏幕顯示不同內容的液晶片構成。
5、 根據權利要求1所述的基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於:' 所述的無磁流量傳感器使用LC振蕩電路配合MSP430FW427單片機內部的 SCAMF模塊構成。
6、 根據權利要求1所述的基於ZigBee無線網絡的熱量表，其特徵在於 所述的積分計算顯示器上的單片機採用MSP430FW427。
專利摘要一種基於ZigBee無線網絡的熱量表，包括進、回水溫度傳感器、無磁流量傳感器、積分計算顯示器、ZigBee無線數傳模塊、電源模塊和上位機抄表系統，進、回水溫度傳感器分別安裝在進、回水管道處，無磁流量傳感器與積分計算顯示器的流量採集接口連接，ZigBee無線數傳模塊與積分計算顯示器的通信接口連接，積分計算顯示器內置型號為MSP430FW427的單片機，該單片機可以對採集到的溫度和流量脈衝信號進行積分運算，計算出瞬時流量、累積流量、瞬時熱量、累積熱量等信息並顯示在液晶顯示模塊上，當接收到上位機的抄表信號後可以將當前的累積熱量等信息無線傳送給上位機。上位機軟體使用Visual C++6.0編寫，並具有資料庫支持，可以對用戶所用熱量等數據進行管理。
文檔編號G01K17/12GK201368783SQ20092001800
公開日2009年12月23日 申請日期2009年1月13日 優先權日2009年1月13日
發明者侯加林, 光 邵 申請人:山東農業大學