一種中央空調計費數據傳輸網絡及管理器的製作方法

2023-05-18 02:04:56

專利名稱：一種中央空調計費數據傳輸網絡及管理器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於網絡平臺(無線網絡、有線網絡以及無線網絡與有線網絡混合平臺)設計的無線區域管理器，以及一種基於所述區域管理器所組建的中央空調計費數據傳輸網絡。
背景技術：
在中央空調的分戶計量及收費的應用領域，當前市場上出現的各種中央空調計費系統，普遍有線的現場總線，譬如RS485，CAN，M_BUS等。缺陷是首先，完成計費系統的網絡需要大量的電源和通訊線，在當前物質成本越來越高的情況下，增加了系統的整體投資；其次，由於大量的有線網絡，系統結構複雜，降低了系統運行的可靠性，穩定性，出現問題的可能性較大。再次，大量的有線網絡增加了施工的難度，增加了大量的施工成本，也成為計費系統應用的一個瓶頸問題，影響計費系統的市場推廣應用。隨著當前無線通訊技術的發展，由於其具有施工方便、建設成本低的特點，逐漸被廣泛的應用到各個行業。無線通訊技術的實施減少了大量的電源和通訊電纜，不僅降低了使用方的建設成本，同時也節約了社會資源，這在當前的社會資源日益緊張的環境下，非常值得應用推廣。而在當前的中央空調計費領域，空調計費的管理和數據傳輸，仍然停留在導線傳輸的階段，施工不方便，成本高，及時有無線數據傳輸技術的應用，也只是在很小的局域內。無助於現有計費系統的改進，無助於資源的節約。

發明內容
本發明針對現有技術不足，提出一種無線區域管理器，改變了過去單一的有線網絡布線，使網絡的架構更具多樣化，使設備的施工安裝更具靈活性，方便性；同時，本發明還提出一種基於前述無線區域管理器的中央空調計費數據傳輸網絡，解決了以往系統中安裝施工成本高，難度大，穩定可靠性差的問題。本發明所採用的技術方案
一種中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，包括核心CPU模塊，外圍電路模塊，電源模塊，功能控制模塊，所述外圍電路模塊包括存貯模塊和調試編程接口，功能控制模塊包括溫度採集模塊、溫度顯示模塊和通訊模塊，所述通訊模塊包括上行通訊模塊和下行通訊模塊，其中上行通訊模塊和下行通訊模塊中至少有一個採用無線通訊模塊，所述通訊模塊通過相應的數據埠和控制埠連接核心CPU模塊中CPU的相應數據和控制埠。所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，上行通訊模塊和下行通訊模塊均採用無線通訊，通訊模塊採用GSM、藍牙、Wi-Fi或ZIGBEE無線通訊電路；所述核心CPU模塊包括核心主CPU模塊和核心從CPU模塊，核心主CPU模塊和核心從CPU模塊交互通訊連接， 上行通訊模塊與核心主CPU模塊連接；下行通訊模塊和溫度採集模塊和溫度顯示模塊和核心從CPU模塊連接。所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，含有調試編程接口，核心CPU模塊中 CPU 的復位端(RST)，調試接口 DD、DC，SSN/CTS, SCK/RTS, MISO/RX, MOSI/TX 與調試編程接口(J4)的對應埠進行連接。所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，CPU與調試編程接口(J4)相連接的SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX, MOSI/TX同時組成第二 SPI接口(第二功能接口 J2，用於使用雙CPU時進行雙機通訊)或USART接口(在使用單CPU時進行有線通訊)進行數據傳送；
CPU的埠 MISO，MOSI，CSS，SCKl與第一 SPI接口(J5)的對應埠相連接組成第一 SPI接□。所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，溫度採集模塊採用單總線數字溫度傳感器，顯示模塊採用數碼管，CPU的一個I/O埠(DQ)與溫度採集模塊的接口(Jl)的對應埠相連接，用於溫度的採集，CPU的SEN，SDA, SCK, SCR, SLK與數碼管的驅動晶片相連接，通過CPU來控制數碼管的顯示。一種中央空調計費數據傳輸網絡，包括所述的無線區域管理器，管理主機以及現場計量控制裝置，由所述管理主機和一定數量的無線區域管理器組成一級通訊網絡，由每一個無線區域管理器和其區域內一定數量的現場計量控制裝置組成二級通訊網絡，其中組成一級通訊網絡的管理主機和無線區域管理器採用有線或無線通訊方式連接，組成二級通訊網絡的無線區域管理器和現場計量控制裝置採用有線或無線通訊方式連接。所述的中央空調計費數據傳輸網絡，含有分區通訊中繼設備，所述管理主機通過分區通訊中繼設備和無線區域管理器連接，形成多級通訊網絡。所述的中央空調計費數據傳輸網絡，管理主機，分區管理設備和現場計量控制裝置都含有無線通訊模塊或有線通訊模塊；無線通訊採用ZIGBEE無線通訊電路，網絡拓撲結構採用樹形、星型、網狀或線性結構。中央空調計費數據傳輸網絡整個系統實現採用無線和有線相結合的方式。網絡採用無線通訊時，根據不同無線技術採用相應的頻段。網絡採用的zigbee無線通訊技術，構成的網絡的節點設備具備自動路由功能，可以對偏遠的孤島節點有效的聯網和控制。所述的中央空調計費數據傳輸網絡，現場計量控制裝置包括核心CPU模塊、外圍電路和功能控制模塊包括編程接口、風機檔位檢測模塊、閥門檢測模塊、閥門控制模塊、監時存貯模塊、運行指示及顯示模塊、通訊模塊(有線通訊模塊與無線通訊模塊)、電源模塊。 網絡系統中，管理設備節點和現場控制設備節點都有預先內置的地址碼。管理器實時監控現場控制設備的運行狀態，並通過網絡及時向現場控制設備發送控制、傳遞數據等信息。現場計量控制裝置實現中央空調的計量，根據預置的參數進行計量，執行上位機指令並動作， 把現場的溫度，風機狀態等信息上傳。對於網絡中過於偏遠的節點，通過節點的自動路由功能可以轉傳信息接入網絡。本發明的有益積極效果
1、本發明針對現有技術不足，基於網絡平臺(無線網絡、有線網絡以及無線網絡與有線網絡混合平臺)提出一種無線區域管理器，電路設計合理，簡單實用，成本低，容易維護，具有極好的推廣應用價值。改變了過去單一的有線網絡布線，使網絡的架構更具多樣化，使設備的施工安裝更具靈活性，方便性。2、本發明中央空調計費數據傳輸網絡及無線區域管理器，減少了大量的布線，也避免了網絡布線不合理造成的幹擾，增強了系統運行的穩定性和可靠性；由於網絡連接是無線方式，避免了因布線失誤，線路老化不良引起的不穩定的情況；通過設置計費網絡中各個節點(包括管理設備，現場控制設備)的地址碼，實現整個網絡各級中間任意指定節點間的可靠通訊。3、本發明中央空調計費數據傳輸網絡的實施減少了大量的電源和通訊電纜，採用就近取電和電池雙供電，對安裝位置有更大的選擇餘地，有利於計費系統的實際安裝實施， 使設備的施工安裝更具有靈活性，方便性。不僅降低了使用方的建設成本，同時也節約了社會資源，這在當前的社會資源日益緊張的環境下，此系統非常值得應用推廣。4、採用此發明的計費系統，出現通訊目標節點距離太遠時，網絡中的節點具有自動路由功能，通過其它節點可將目標節點的通訊信息轉傳。採用基於公用頻段的ZIGBEE無線技術網絡系統的數據通訊採用加密措施，保證了通訊的可靠性、穩定性和保密性。zigbee 網絡通訊技術具有低功耗、低成本、低複雜度，短延時，高容量的特點。


圖1 本發明無線區域管理器原理圖之一； 圖2 本發明無線區域管理器原理圖之二；
圖3 本發明無線區域管理器原理圖之三； 圖4 核心CPU模塊主或從CPU模塊和上下行通訊模塊原理圖； 圖5:編程調試接口 ；
圖6 =CPU引腳的第二功能SPI/USART接口 ； 圖7 串行存儲模塊； 圖8 =CPU的第二功能引腳SPI接口； 圖9 溫度傳感器採集模塊； 圖10 溫度顯示模塊； 圖11:電源模塊；
圖12 本發明中央空調計費數據傳輸網絡系統構成示意圖之一； 圖13 本發明中央空調計費數據傳輸網絡系統構成示意圖之二 (一級通訊採用有線方
式)；
圖14 無線通訊網絡自動路由功能示意圖； 圖15 多級通訊網絡系統構成示意圖； 圖16 現場控制設備功能模塊圖。
具體實施例方式實施例一參見圖1或圖2。本發明中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，包括核心CPU模塊，外圍電路模塊，電源模塊，功能控制模塊，所述外圍電路模塊包括存貯模塊和調試編程接口，功能控制模塊包括溫度採集模塊、溫度顯示模塊和通訊模塊，所述通訊模塊包括上行通訊模塊和下行通訊模塊，其中上行通訊模塊和下行通訊模塊中至少有一個採用無線通訊模塊，所述通訊模塊通過相應的數據埠和控制埠連接核心CPU模塊中CPU 的相應數據和控制埠。各組成模塊可以一體化或分開組合，實現計費設備的分區管理和控制。
其中，有線通訊模塊可以採用BUS總線、RS485總線、L0NW0RK總線或CAN總線通訊電路；無線通訊模塊可以採用GSM、藍牙、Wi-Fi或ZIGBEE無線通訊電路。實施例二 參見圖3。本實施例的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，與實施例一不同的是上行通訊模塊和下行通訊模塊均採用無線通訊，通訊模塊採用GSM、藍牙、 Wi-Fi或ZIGBEE無線通訊電路；所述核心CPU模塊包括核心主CPU模塊和核心從CPU模塊， 核心主CPU模塊和核心從CPU模塊交互通訊連接，上行通訊模塊與核心主CPU模塊連接；下行通訊模塊和溫度採集模塊和溫度顯示模塊和核心從CPU模塊連接。本實施實例採用的是純粹的無線通訊，上、下行通訊方式都採用無線通訊方式，由於zigbee網絡通訊技術具有低功耗、低成本、低複雜度，短延時，高容量的特點，因此，可以採用Zigbee技術的無線通訊方式。無線收發晶片可採用兼容Zigbee協議棧的無線收發晶片，這樣在晶片的選擇設計上更加具有靈活性。參見圖4 圖11，圖11為電源模塊，為整個設備提供工作電源。圖9為溫度採集模塊，圖10為溫度顯示模塊，實現溫度的採集和現場顯示。由於無線晶片的無線收發機在通訊模式中採用的是半雙工的通訊模式，所以實現的方法上採用上下行通訊各採用一個無線通訊模塊，在無線通訊中，通訊部分採用不同的信道，這樣在上下行通訊中能夠時刻響應通訊命令，且不相互幹擾。圖4為本發明無線區域管理器的主或從CPU模塊和上下行通訊模塊原理圖，其中 Ul為內嵌MCU的無線片上系統(S0C)，具有CPU和無線收發裝置的功能，在本設計中採用TI (Chipcon) CC2430/CC2431或與其兼容的晶片，在應用當中也可以採用MCU+無線收發晶片的方式，同樣可以實現相同功能。在MCU+無線收發晶片的方式中，MCU可以採用具有8051 內核系列MCU，德州儀器的MSP430系列MCU，美國微芯公司的PIC系列MCU，以及具有ARM內核的微處理器等具有兼容功能的MCU，無線收發晶片可採用兼容Zigbee協議棧的無線收發晶片。圖5為晶片的編程調試接口，用於晶片的調試和在系統編程。CPU的復位端RST， 調試接口 DD、DC，SSN/CTS, SCK/RTS，MISO/RX, MOSI/TX 與編程接口 J4 的對應埠連接，組成仿真調試接口，主要用晶片的仿真調試和系統編程。此外CPU與調試編程接口 J4相連接的SSN/CTS、SCK/RTS、MISO/RX、MOSI/TX組成第二 SPI功能接口 J2，用於使用雙CPU時進行雙機通訊或USART接口(使用單CPU時)進行數據傳送，上述描述見圖6。本設計為雙機相互傳送的接口，可以採用SPI，USART或中斷的方式中的任意一種進行數據傳送。將有線和無線進行混合使用，這樣在施工當中更加具有其靈活性。若在實際的應用當中採用全部的無線通訊，則可以省略其中具有通訊功能的第二功能接口 J2，若採用有線和無線的混合布線， 則第二功能接口 J2可以採用有線網絡的BUS總線，RS485總線、L0NW0RK總線、CAN總線中任意一種，通過該模塊可以實現聯網功能。圖9中，CPU的埠 DQ與Jl的對應埠相連接，進行溫度採集。圖10中，CPU的埠 MIS0, MOSI, CSS, SCKl與接口 J5的對應埠相連接組成SPI接口(圖8)，CPU的SEN, SDA, SCK, SCR, SLK與顯示模塊的對應埠進行連接，通過CPU來控制數碼管的顯示，用於顯示溫度傳感器採集過來的溫度數據。溫度採集模塊採用單總線數字溫度傳感器，顯示模塊採用數碼管。單總線數字溫度傳感器可以採用Dallas公司的DS18B20或具有其類似功能的晶片，採用數碼管對溫度傳感器採集的數據進行顯示，給人更加直觀的感覺。
圖7為外部存儲模塊。TO為具有SPI接口的串行EEPR0M，用於對下位機返回來的數據進行存儲，其大小的選用根據實際需要而定，可以採用的晶片有ATMEL公司的串口存儲系列或Microchip公司的串口存儲系列或具有類似功能的存儲晶片。核心CPU的MIS0， MOSLCSS, SCKl與存儲晶片U5的對應埠 MISO，MOSI，CSS，SCKl連接，組成數據存儲模塊， 通過CPU對其進行操作。存貯模塊可以採用e印rom、flash或鐵電存儲器。實施例三本實施例的無線區域管理器，採用無線通訊與有線通訊的混合應用。將上位機通訊部分採用有線通訊，下位機通訊採用無線通訊，如圖1所示。由於在上行通訊中採用了有線通訊，所以省略了一個CPU模塊，第二功能接口 J2將作為將作為有線通訊的接口，其有線通訊部分可採用有線網絡的BUS總線，RS485總線、L0NW0RK總線、CAN總線中任意一種，通過該模塊可以實現聯網功能。其餘的各個模塊的功能基本一樣。實施例四本實施例與實施例三不同的是，與上位機通訊採用的是無線通訊，與下位機通訊採用的是有線通訊，如圖2所示，由於在下行通訊中採用了有線通訊，所以省略了一個CPU模塊，第二功能接口 J2將作為將作為有線通訊的接口，其有線通訊部分可採用有線網絡的BUS總線，RS485總線、L0NW0RK總線、CAN總線中任意一種，通過該模塊可以實現聯網功能。實施例五本發明中央空調計費數據傳輸網絡，包括前述實施例的無線區域管理器以及管理主機和現場計量控制裝置，由所述管理主機和一定數量的無線區域管理器組成一級通訊網絡，由每一個無線區域管理器和其區域內一定數量的現場計量控制裝置組成二級通訊網絡，其中組成一級通訊網絡的管理主機和無線區域管理器採用有線或無線通訊方式連接，組成二級通訊網絡的無線區域管理器和現場計量控制裝置採用無線或有線通訊方式連接。參見圖12，本實施例中央空調計費數據傳輸網絡，採用實施例二所述的區域管理器組建，區域管理器與管理主機及現場計量控制裝置均採用無線通訊方式。其中一級通訊網絡和二級通訊網絡均採用ZIGBEE無線數據傳輸方式。參見圖16，現場計量控制裝置包括核心CPU模塊、外圍電路和功能控制模塊。所述外圍電路和功能控制模塊包括編程接口、風機檔位檢測模塊、閥門檢測模塊、閥門控制模塊、監時存貯模塊、運行指示及顯示模塊、通訊模塊(有線通訊模塊與無線通訊模塊)、電源模塊。本發明中央空調計費數據傳輸網絡系統中，管理設備節點和現場控制設備節點都有預先內置的地址碼。管理器實時監控現場控制設備的運行狀態，並通過網絡及時向現場控制設備發送控制、傳遞數據等信息。現場計量控制裝置實現中央空調的計量，根據預置的參數進行計量，執行上位機指令並動作，把現場的溫度，風機狀態等信息上傳。對於網絡中過於偏遠的節點，通過節點的自動路由功能可以轉傳信息接入網絡。實施例六參見圖13、圖16，本實施例中央空調計費數據傳輸網絡，與實施例五不同的是，一級通訊網絡採用有線傳輸方式，二級通訊網絡採用無線傳輸方式，如可採用GSM、 藍牙、Wi-Fi或ZIGBEE等無線傳輸方式。實施例七參見圖15、圖16，本實施例中央空調計費數據傳輸網絡，與實施例五不同的是，含有分區通訊中繼設備，所述管理主機通過分區通訊中繼設備和無線區域管理器連接，形成多級通訊網絡。
參見圖14，一級網絡加中繼設備進行網絡擴容，二級網絡中部分節點過於偏遠，有鄰近的節點啟動路由功能，使得該節點聯入網絡中。即如圖所示，設備b超出分區管理設備 (區域管理器)的有效通訊距離，而設備a、b在相互的有效通訊範圍內。所述的中央空調計費數據傳輸網絡，管理主機、分區管理設備和現場計量控制裝置都含有無線通訊模塊或有線通訊模塊；無線通訊採用ZIGBEE無線通訊電路，網絡拓撲結構採用樹形、星型、網狀或線性結構。整個系統實現採用無線和有線相結合的方式。網絡採用無線通訊時，根據不同無線技術採用相應的頻段。網絡採用的zigbee無線通訊技術，構成的網絡的節點設備具備自動路由功能，可以對偏遠的孤島節點有效的聯網和控制。
權利要求
1.一種中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，包括核心CPU模塊，外圍電路模塊，電源模塊，功能控制模塊，所述外圍電路模塊包括存貯模塊和調試編程接口，功能控制模塊包括溫度採集模塊、溫度顯示模塊和通訊模塊，其特徵是所述通訊模塊包括上行通訊模塊和下行通訊模塊，其中上行通訊模塊和下行通訊模塊中至少有一個採用無線通訊模塊，所述通訊模塊通過相應的數據埠和控制埠連接核心CPU模塊中CPU的相應數據和控制端□。
2.根據權利要求1所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，其特徵是上行通訊模塊和下行通訊模塊均採用無線通訊，通訊模塊採用GSM、藍牙、Wi-Fi或ZIGBEE無線通訊電路；所述核心CPU模塊包括核心主CPU模塊和核心從CPU模塊，核心主CPU模塊和核心從CPU模塊交互通訊連接，上行通訊模塊與核心主CPU模塊連接；下行通訊模塊和溫度採集模塊和溫度顯示模塊和核心從CPU模塊連接。
3.根據權利要求1或2所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，其特徵是含有調試編程接口，核心CPU模塊中CPU的復位端(RST)，調試接口 DD、DC，SSN/CTS, SCK/RTS， MISO/RX, MOSI/TX與調試編程接口(J4)的對應埠進行連接。
4.根據權利要求3所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，其特徵是CPU與調試編程接口(J4)相連接的SSN/CTS，SCK/RTS，MISO/RX, MOSI/TX同時組成第二 SPI接口或 USART接口進行數據傳送；CPU的埠 MISO，MOSI，CSS, SCKl與第一 SPI接口(J5)的對應埠相連接組成第一 SPI接口。
5.根據權利要求4所述的中央空調計費數據傳輸網絡區域管理器，其特徵是溫度採集模塊採用單總線數字溫度傳感器，顯示模塊採用數碼管，CPU的一個I/O埠(DQ)與溫度採集模塊的接口(Jl)的對應埠相連接，用於溫度的採集，CPU的SEN，SDA, SCK, SCR, SLK 與數碼管的驅動晶片相連接，通過CPU來控制數碼管的顯示。
6.一種中央空調計費數據傳輸網絡，包括權利要求1所述的無線區域管理器，管理主機以及現場計量控制裝置，其特徵是由所述管理主機和一定數量的無線區域管理器組成一級通訊網絡，由每一個無線區域管理器和其區域內一定數量的現場計量控制裝置組成二級通訊網絡，其中組成一級通訊網絡的管理主機和無線區域管理器採用有線或無線通訊方式連接，組成二級通訊網絡的無線區域管理器和現場計量控制裝置採用有線或無線通訊方式連接。
7.根據權利要求6所述的中央空調計費數據傳輸網絡，其特徵是含有分區通訊中繼設備，所述管理主機通過分區通訊中繼設備和無線區域管理器連接，形成多級通訊網絡。
8.根據權利要求6或7所述的中央空調計費數據傳輸網絡，其特徵是所述的管理主機，分區管理設備和現場計量控制裝置都含有無線通訊模塊或有線通訊模塊；無線通訊採用ZIGBEE無線通訊電路，網絡拓撲結構採用樹形、星型、網狀或線性結構。
9.根據權利要求8所述的中央空調計費數據傳輸網絡，其特徵是現場計量控制裝置包括核心CPU模塊、外圍電路、電源模塊和功能控制模塊；所述外圍電路和功能控制模塊包括編程接口、風機檔位檢測模塊、閥門檢測模塊、閥門控制模塊、監時存貯模塊、運行指示及顯示模塊、通訊模塊，各功能模塊通過相應的控制和數據埠與核心核心CPU模塊連接。
全文摘要
本發明涉及一種基於網絡平臺設計的無線區域管理器以及一種中央空調計費數據傳輸網絡。所述管理器包括核心CPU模塊，外圍電路模塊，功能控制模塊，外圍電路包括存貯模塊和調試編程接口，功能控制模塊包括溫度採集、顯示模塊和通訊模塊，所述通訊模塊中的上行通訊模塊和下行通訊模塊至少有一個採用無線通訊模塊。所述中央空調計費數據傳輸網絡由所述管理主機和一定數量的無線區域管理器組成一級通訊網絡，由每一個無線區域管理器和其區域內一定數量的現場計量控制裝置組成二級通訊網絡。改變了過去單一的有線網絡布線，使網絡的架構更具多樣化，使設備的施工安裝更具靈活性，方便性；解決了以往系統中安裝施工成本高，難度大，穩定可靠性差的問題。
文檔編號H04W84/18GK102325190SQ201110277909
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者李瑞昌, 楊東, 樊曉翠, 陳傳偉, 陳玉軍, 黃守峰 申請人:鄭州春泉暖通節能設備有限公司