專利名稱：一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)傳超聲波熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是應(yīng)用于計 量和遠(yuǎn)程抄表的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能遠(yuǎn)傳超聲波熱量表。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(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(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織分布網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是集成了傳感器、 微機(jī)電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)三大技術(shù)而形成的一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。該網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時監(jiān) 測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其處理，傳送給信息所 需的用戶。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi) 生、工業(yè)制造、反恐抗災(zāi)、智能家居等諸多領(lǐng)域，是繼因特網(wǎng)之后，將對21世紀(jì)人類生活方 式產(chǎn)生重大影響的信息熱點(diǎn)技術(shù)，因而近年來在國內(nèi)外引起了基礎(chǔ)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域乃 至高層政界的高度關(guān)注和重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sink node)和管理節(jié)點(diǎn)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)或有序部署在監(jiān)測區(qū)域(sensor field)內(nèi)部或附 近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn) 行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通 過因特網(wǎng)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā) 布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。熱量表遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng)，因其遠(yuǎn)程、實(shí)時的抄表機(jī)制，智能、強(qiáng)大的處理功能，省 時、省力的實(shí)際效果，而越來越受到物業(yè)公司和熱力公司的青睞。熱量表遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)傳輸方式有兩種一種是有線傳輸，現(xiàn)場采用M-bus總線結(jié)構(gòu)，通過RS-232接入中 心服務(wù)器。一種是有線和無線傳輸相結(jié)合，現(xiàn)場采用M-bus總線結(jié)構(gòu)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接入 中心服務(wù)器。這兩種方式各有缺點(diǎn)。第一種方式從熱量表終端到中心服務(wù)器全部是有線 連接，鑿墻破路致使施工量大，也影響小區(qū)美觀。第二種方式采用樓內(nèi)有線，樓外無線的方 式，即一棟樓內(nèi)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(fā)送終 端(DTU，Data Teminal Unit)，此終端能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到因特網(wǎng)，通過因特網(wǎng)找到數(shù) 據(jù)中心，這樣仍然避免不了樓層間和單元間穿管接線，并且運(yùn)行通信費(fèi)用高。現(xiàn)有技術(shù)的 上述不足，嚴(yán)重制約了熱量表遠(yuǎn)程采集管理系統(tǒng)在較大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種安裝施工量小和運(yùn)行 費(fèi)用低的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能遠(yuǎn)傳超聲波熱量表。本實(shí)用新型所采取的技術(shù)措施是—種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)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(nèi)設(shè)有配對超聲波換能器和進(jìn)水溫度傳感器及回水溫度傳感器，其特征在于設(shè)有單片機(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(shè)在表體外的控制盒內(nèi)，其中配對超聲波換能器 和進(jìn)、回水溫度傳感器與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊及單片機(jī)模塊電連接，以實(shí)現(xiàn)溫度和流量信號 的采集、測量及傳輸；單片機(jī)模塊與無線傳感器模塊電連接，以實(shí)現(xiàn)通過因特網(wǎng)的無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)通訊；單片機(jī)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(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、鍵盤輸入操作、數(shù)據(jù)通訊功能；電源模塊與單片機(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(diǎn)和功能如下單片機(jī)模塊MSP430F1612芯片是系統(tǒng)的核心，它通過 定時器的中斷功能協(xié)調(diào)、控制整個系統(tǒng)的各功能模塊的運(yùn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、存儲及無線通訊功能，同時接受用戶對儀 表參數(shù)的設(shè)置。電源模塊電壓為3. 3V，由2組3. 6V鋰電池并聯(lián)后經(jīng)過一個穩(wěn)壓芯片電路 提供。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分為兩部分溫度信號采集部分和流量信號采集部分。溫度信號 采集測量由安裝在進(jìn)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(zhuǎn)換為時間的測量。流量信號的采集測量由安裝在進(jìn)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(nèi)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖， 激勵配對換能器的超聲波收發(fā)，以進(jìn)行熱流體任一流速下的順逆流超聲波傳輸時間差的采 集測量，也即流量信號的采集測量。液晶顯示器與單片機(jī)模塊片內(nèi)液晶驅(qū)動電路連接，液晶 顯示器采用通用型4段式。鍵盤輸入模塊采用一個按鍵，利用單片機(jī)模塊內(nèi)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(shí)現(xiàn)對流量、熱量、溫度等數(shù)據(jù)的顯示。紅 外接口通過紅外讀寫器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設(shè)置。M-bus接口通過數(shù)據(jù)集抄器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 無線傳感器模塊用于接收和發(fā)送射頻信號，采用SEMTECH公司開發(fā)的SX1212芯片，2400bps 下傳輸距離超過600米，工作頻率為480Mhz，屬470 510Mhz免費(fèi)計量頻段。本實(shí)用新型的工作過程如下本實(shí)用新型用于測量熱交換回路中熱流體所吸收或 轉(zhuǎn)換的熱能。配對超聲波換能器采集的流量信號和進(jìn)回水溫度傳感器采集的溫度信號經(jīng)時 間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊處理，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊進(jìn)行存儲計算，以得到瞬時熱量。每1秒鐘進(jìn)行一 次流量測量采集計算，每30秒鐘進(jìn)行一次溫度測量采集計算，對瞬時熱量進(jìn)行時間積分運(yùn) 算作為累計熱量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，同時通過無線傳感器模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集抄器，再經(jīng)過因 特網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各用戶熱量表的自組網(wǎng)智能 傳輸和通過因特網(wǎng)的遠(yuǎn)傳管理控制，安裝使用不需要硬件布線，而且使用免費(fèi)計量頻段，安 裝和運(yùn)行費(fèi)用低。


附圖是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)方框圖。附圖標(biāo)記配對超聲波換能器1、進(jìn)回水溫度傳感器2、單片機(jī)模塊3、時間數(shù)字轉(zhuǎn) 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(shí)施方式
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)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(nèi)設(shè)有配對超聲波換能器1和進(jìn)水溫度傳感器2及回水傳感器2、單片機(jī)模 塊3、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(shè)在表體外的控制盒內(nèi)，其中配對超聲波換 能器1和進(jìn)、回水溫度傳感器2與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊4及單片機(jī)模塊3電連接，以實(shí)現(xiàn)溫度 和流量信號的采集、測量及傳輸；單片機(jī)模塊3與無線傳感器模塊5電連接，以實(shí)現(xiàn)通過因 特網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊；單片機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、鍵盤輸入操作、數(shù)據(jù)通訊功能；電源模塊6與單片機(jī) 模塊3、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(diǎn)和功能如下單片機(jī)模塊MSP430F1612芯片3是系統(tǒng)的核心，它通過 定時器的中斷功能協(xié)調(diào)、控制整個系統(tǒng)的各功能模塊的運(yùn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、存儲及無線通訊功能，同時接受用戶對儀 表參數(shù)的設(shè)置。電源模塊6電壓為3. 3V，由2組3. 6V鋰電池并聯(lián)后經(jīng)過一個穩(wěn)壓芯片電路 提供。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊4分為兩部分溫度信號采集部分和流量信號采集部分。溫度信號 采集測量由安裝在進(jìn)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(zhuǎn)換為時間的測量。流量信號的采集測量由安裝在 進(jìn)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(nèi)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的 脈沖，激勵配對換能器的超聲波收發(fā)，以進(jìn)行熱流體任一流速下的順逆流超聲波傳輸時間 差的采集測量，也即流量信號的采集測量。液晶顯示器7與單片機(jī)模塊3片內(nèi)液晶驅(qū)動電 路連接，液晶顯示器7采用通用型4段式。鍵盤輸入模塊8采用一個按鍵，利用單片機(jī)模塊 3內(nèi)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(shí)現(xiàn)對流量、熱量、溫 度等數(shù)據(jù)的顯示。紅外接口 10通過紅外讀寫器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設(shè)置。M-bus接口 9通過 數(shù)據(jù)集抄器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感器模塊5用于接收和發(fā)送射頻信號，采用SEMTECH公 司開發(fā)的SX1212芯片，2400bps下傳輸距離超過600米，工作頻率為480Mhz，屬470 510 Mhz免費(fèi)計量頻段。本實(shí)用新型的工作過程如下本實(shí)用新型是用于測量熱交換回路中熱流體所吸收 或轉(zhuǎn)換的熱能。配對超聲波換能器1采集的流量信號和進(jìn)回水溫度傳感器2采集的溫度信 號經(jīng)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊4處理，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)模塊3進(jìn)行存儲計算，以得到瞬時熱量。每1 秒鐘進(jìn)行一次流量測量采集計算，每30秒鐘進(jìn)行一次溫度測量采集計算，對瞬時熱量進(jìn)行 時間積分運(yùn)算作為累計熱量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，同時通過無線傳感器模塊5傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集 抄器，再經(jīng)過因特網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各戶用熱量表的自組網(wǎng)智能 傳輸和通過因特網(wǎng)的遠(yuǎn)傳管理控制，安裝使用不需要硬件布線，而且使用免費(fèi)計量頻段，安 裝和運(yùn)行費(fèi)用低。
權(quán)利要求1. 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)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(nèi)設(shè)有配對超聲波換能器和進(jìn)水溫度傳感器及回水溫度傳感器，其特征在于設(shè) 有單片機(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(jìn)、回水溫度傳感器與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模 塊及單片機(jī)模塊電連接，單片機(jī)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(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、無線傳感器模塊電連 接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能遠(yuǎn)傳超聲波熱量表，其特征是設(shè)有單片機(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)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(jìn)回水溫度傳感器與時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊及單片機(jī)模塊電連接，單片機(jī)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(jī)模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、無線傳感器模塊電連接，本實(shí)用新型采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各用戶熱量表的自組網(wǎng)和通過因特網(wǎng)的智能傳輸管理，安裝不需要布線，運(yùn)用費(fèi)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(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者王光海, 王杰禮 申請人:山東二十度節(jié)能技術(shù)服務(wù)有限公司