一種基於無線傳感器網絡的智能遠傳超聲波熱量表的製作方法
2023-05-01 20:11:56
專利名稱：一種基於無線傳感器網絡的智能遠傳超聲波熱量表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感器網絡的數據採集處理技術領域，具體地說是應用於計 量和遠程抄表的一種基於無線傳感器網絡技術的智能遠傳超聲波熱量表。
背景技術：
無線傳感器網絡(WSN，Wireless Sensor Networks)是由大量具有感知能力、計 算能力和無線通信能力的微型傳感器節點構成的自組織分布網絡系統，是集成了傳感器、 微機電系統和網絡三大技術而形成的一種全新的信息獲取和處理技術。該網絡可以實時監 測、感知和採集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，並對其處理，傳送給信息所 需的用戶。這種網絡系統可廣泛地應用於國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛 生、工業製造、反恐抗災、智能家居等諸多領域，是繼網際網路之後，將對21世紀人類生活方 式產生重大影響的信息熱點技術，因而近年來在國內外引起了基礎研究和工程技術領域乃 至高層政界的高度關注和重視。無線傳感器網絡(WSN)系統通常包括傳感器節點(sensor node)、匯聚節點(sink node)和管理節點。大量傳感器節點隨機或有序部署在監測區域(sensor field)內部或附 近，能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點監測的數據沿著其他傳感器節點逐跳地進 行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經過多跳後路由到匯聚節點，最後通 過網際網路或衛星網絡到達管理節點。用戶通過管理節點對傳感器網絡進行配置和管理，發 布監測任務以及收集監測數據。熱量表遠程採集管理系統，因其遠程、實時的抄表機制，智能、強大的處理功能，省 時、省力的實際效果，而越來越受到物業公司和熱力公司的青睞。熱量表遠程採集管理系統 的數據傳輸方式有兩種一種是有線傳輸，現場採用M-bus總線結構，通過RS-232接入中 心伺服器。一種是有線和無線傳輸相結合，現場採用M-bus總線結構，通過GPRS網絡接入 中心伺服器。這兩種方式各有缺點。第一種方式從熱量表終端到中心伺服器全部是有線 連接，鑿牆破路致使施工量大，也影響小區美觀。第二種方式採用樓內有線，樓外無線的方 式，即一棟樓內的熱量表用通信線連接起來送入M-bus集抄器，集抄器上連接無線發送終 端(DTU，Data Teminal Unit)，此終端能夠通過GPRS網絡連接到網際網路，通過網際網路找到數 據中心，這樣仍然避免不了樓層間和單元間穿管接線，並且運行通信費用高。現有技術的 上述不足，嚴重製約了熱量表遠程採集管理系統在較大範圍內的推廣應用。
發明內容本實用新型的目的是為克服現有技術存在的不足，提出一種安裝施工量小和運行 費用低的基於無線傳感器網絡技術的智能遠傳超聲波熱量表。本實用新型所採取的技術措施是—種基於無線傳感器網絡的智能遠傳超聲波熱量表，包括超聲波熱量表，超聲波 熱量表的表體內設有配對超聲波換能器和進水溫度傳感器及回水溫度傳感器，其特徵在於設有單片機模塊、時間數字轉換模塊、無線傳感器模塊、電源模塊、液晶顯示器、鍵盤輸入模 塊、M-bus接口、紅外接口，上述各部件可以設在表體外的控制盒內，其中配對超聲波換能器 和進、回水溫度傳感器與時間數字轉換模塊及單片機模塊電連接，以實現溫度和流量信號 的採集、測量及傳輸；單片機模塊與無線傳感器模塊電連接，以實現通過網際網路的無線傳感 器網絡通訊；單片機模塊與液晶顯示器、鍵盤輸入模塊、M-bus接口、紅外接口電連接，以實 現數據顯示、鍵盤輸入操作、數據通訊功能；電源模塊與單片機模塊、時間數字轉換模塊、無 線傳感器模塊電連接，以給各模塊提供工作電源。各模塊的特點和功能如下單片機模塊MSP430F1612晶片是系統的核心，它通過 定時器的中斷功能協調、控制整個系統的各功能模塊的運行時序，依次完成流量的測量計 算、溫度的測量、熱量的計算以及實現數據顯示、存儲及無線通訊功能，同時接受用戶對儀 表參數的設置。電源模塊電壓為3. 3V，由2組3. 6V鋰電池並聯後經過一個穩壓晶片電路 提供。時間數字轉換模塊分為兩部分溫度信號採集部分和流量信號採集部分。溫度信號 採集測量由安裝在進回水端的PT1000溫度傳感器與TDC-GP2模塊完成。利用PT1000不同 阻值對同一電容充放電到某一電壓值的時間不同，來間接測量溫度值，這樣TDC-GP2模塊 將PT1000不同溫度下阻值的測量轉換為時間的測量。流量信號的採集測量由安裝在進水 端的配對超聲波換能器與TDC-GP2模塊完成，由TDC-GP2模塊片內脈衝發生器產生的脈衝， 激勵配對換能器的超聲波收發，以進行熱流體任一流速下的順逆流超聲波傳輸時間差的採 集測量，也即流量信號的採集測量。液晶顯示器與單片機模塊片內液晶驅動電路連接，液晶 顯示器採用通用型4段式。鍵盤輸入模塊採用一個按鍵，利用單片機模塊內部的定時器和 按鍵中斷功能，更換顯示界面，與液晶顯示器一起實現對流量、熱量、溫度等數據的顯示。紅 外接口通過紅外讀寫器，實現數據採集和設置。M-bus接口通過數據集抄器，實現數據傳輸。 無線傳感器模塊用於接收和發送射頻信號，採用SEMTECH公司開發的SX1212晶片，2400bps 下傳輸距離超過600米，工作頻率為480Mhz，屬470 510Mhz免費計量頻段。本實用新型的工作過程如下本實用新型用於測量熱交換迴路中熱流體所吸收或 轉換的熱能。配對超聲波換能器採集的流量信號和進回水溫度傳感器採集的溫度信號經時 間數字轉換模塊處理，傳輸到單片機模塊進行存儲計算，以得到瞬時熱量。每1秒鐘進行一 次流量測量採集計算，每30秒鐘進行一次溫度測量採集計算，對瞬時熱量進行時間積分運 算作為累計熱量，並進行數據存儲，同時通過無線傳感器模塊傳輸到數據集抄器，再經過因 特網傳輸到數據管理中心。本實用新型的特點是採用無線傳感器網絡技術，實現各用戶熱量表的自組網智能 傳輸和通過網際網路的遠傳管理控制，安裝使用不需要硬體布線，而且使用免費計量頻段，安 裝和運行費用低。
附圖是本實用新型的硬體結構方框圖。附圖標記配對超聲波換能器1、進回水溫度傳感器2、單片機模塊3、時間數字轉 換模塊4、無線傳感器模塊5、電源模塊6、液晶顯示器7、鍵盤輸入模塊8、M-bus接口 9、紅 外接口 10。
具體實施方式
一種基於無線傳感器網絡的智能遠傳超聲波熱量表，包括超聲波熱量表，超聲波熱量表的表體內設有配對超聲波換能器1和進水溫度傳感器2及回水傳感器2、單片機模 塊3、時間數字轉換模塊4、無線傳感器模塊5、電源模塊6、液晶顯示器7、鍵盤輸入模塊 8、M_bus接口 9、紅外接口 10。上述各部件可以設在表體外的控制盒內，其中配對超聲波換 能器1和進、回水溫度傳感器2與時間數字轉換模塊4及單片機模塊3電連接，以實現溫度 和流量信號的採集、測量及傳輸；單片機模塊3與無線傳感器模塊5電連接，以實現通過因 特網的無線傳感器網絡通訊；單片機模塊3與液晶顯示器7、鍵盤輸入模塊8、M-bus接口 9、 紅外接口 10電連接，以實現數據顯示、鍵盤輸入操作、數據通訊功能；電源模塊6與單片機 模塊3、時間數字轉換模塊4、無線傳感器模塊5電連接，以給各模塊提供工作電源。各模塊的特點和功能如下單片機模塊MSP430F1612晶片3是系統的核心，它通過 定時器的中斷功能協調、控制整個系統的各功能模塊的運行時序，依次完成流量的測量計 算、溫度的測量、熱量的計算以及實現數據顯示、存儲及無線通訊功能，同時接受用戶對儀 表參數的設置。電源模塊6電壓為3. 3V，由2組3. 6V鋰電池並聯後經過一個穩壓晶片電路 提供。時間數字轉換模塊4分為兩部分溫度信號採集部分和流量信號採集部分。溫度信號 採集測量由安裝在進回水端的PT1000溫度傳感器與TDC-GP2模塊4完成。利用PT1000不 同阻值對同一電容充放電到某一電壓值的時間不同，來間接測量溫度值，這樣TDC-GP2模 塊4將PT1000不同溫度下阻值的測量轉換為時間的測量。流量信號的採集測量由安裝在 進水端的配對超聲波換能器與TDC-GP2模塊完成，由TDC-GP2模塊片內脈衝發生器產生的 脈衝，激勵配對換能器的超聲波收發，以進行熱流體任一流速下的順逆流超聲波傳輸時間 差的採集測量，也即流量信號的採集測量。液晶顯示器7與單片機模塊3片內液晶驅動電 路連接，液晶顯示器7採用通用型4段式。鍵盤輸入模塊8採用一個按鍵，利用單片機模塊 3內部的定時器和按鍵中斷功能，更換顯示界面，與液晶顯示器7 —起實現對流量、熱量、溫 度等數據的顯示。紅外接口 10通過紅外讀寫器，實現數據採集和設置。M-bus接口 9通過 數據集抄器，實現數據傳輸。無線傳感器模塊5用於接收和發送射頻信號，採用SEMTECH公 司開發的SX1212晶片，2400bps下傳輸距離超過600米，工作頻率為480Mhz，屬470 510 Mhz免費計量頻段。本實用新型的工作過程如下本實用新型是用於測量熱交換迴路中熱流體所吸收 或轉換的熱能。配對超聲波換能器1採集的流量信號和進回水溫度傳感器2採集的溫度信 號經時間數字轉換模塊4處理，傳輸到單片機模塊3進行存儲計算，以得到瞬時熱量。每1 秒鐘進行一次流量測量採集計算，每30秒鐘進行一次溫度測量採集計算，對瞬時熱量進行 時間積分運算作為累計熱量，並進行數據存儲，同時通過無線傳感器模塊5傳輸到數據集 抄器，再經過網際網路傳輸到數據管理中心。本實用新型的特點是採用無線傳感器網絡技術，實現各戶用熱量表的自組網智能 傳輸和通過網際網路的遠傳管理控制，安裝使用不需要硬體布線，而且使用免費計量頻段，安 裝和運行費用低。
權利要求1. 一種基於無線傳感器網絡的智能遠傳超聲波熱量表，包括超聲波熱量表，超聲波熱 量表的表體內設有配對超聲波換能器和進水溫度傳感器及回水溫度傳感器，其特徵在於設 有單片機模塊、時間數字轉換模塊、無線傳感器模塊、電源模塊、液晶顯示器、鍵盤輸入模 塊、M-bus接口、紅外接口，其中配對超聲波換能器和進、回水溫度傳感器與時間數字轉換模 塊及單片機模塊電連接，單片機模塊與無線傳感器模塊、液晶顯示器、鍵盤輸入模塊、M-bus 接口、紅外接口電連接，電源模塊與單片機模塊、時間數字轉換模塊、無線傳感器模塊電連 接。
專利摘要本實用新型涉及無線傳感器網絡的數據採集處理技術領域，具體地說是一種基於無線傳感器網絡技術的智能遠傳超聲波熱量表，其特徵是設有單片機模塊、時間數字轉換模塊、無線傳感器模塊、電源模塊、液晶顯示器、鍵盤輸入模塊、M-bus接口、紅外接口，其中配對超聲波換能器和進回水溫度傳感器與時間數字轉換模塊及單片機模塊電連接，單片機模塊與無線傳感器模塊、液晶顯示器、鍵盤輸入模塊、M-bus接口、紅外接口電連接，電源模塊與單片機模塊、時間數字轉換模塊、無線傳感器模塊電連接，本實用新型採用無線傳感器網絡技術，實現各用戶熱量表的自組網和通過網際網路的智能傳輸管理，安裝不需要布線，運用費用低。
文檔編號G08C17/02GK201852655SQ20102026188
公開日2011年6月1日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者王光海, 王傑禮 申請人:山東二十度節能技術服務有限公司