專利名稱：基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量?jī)x器，具體是一種基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱 量表，屬于計(jì)量領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
集中供熱是我國(guó)北方城市生活中的大事，其大規(guī)模實(shí)施為提高城市的現(xiàn)代 化水平，改善城市的空氣質(zhì)量做出了突出貢獻(xiàn)。但城巿集中供熱的能源浪費(fèi)以 及按住宅面積收費(fèi)不合理的問題日益突出，已經(jīng)制約了城市集中供熱的進(jìn)一步 發(fā)展。采取按供熱用戶所用熱量收費(fèi)，取代按采暖面積均攤供熱費(fèi)的方法也成 為供熱收費(fèi)發(fā)展的趨勢(shì)，因此熱量計(jì)量?jī)x表正在得到日益廣泛的應(yīng)用。熱量計(jì) 量一般是以流量測(cè)量為基礎(chǔ)的，傳統(tǒng)的流量測(cè)量一般采用干簧管式或韋根式流 量傳感器，干簧管流量傳感器與韋根流量傳感器有一個(gè)共同點(diǎn)，它們的葉輪上 都鑲嵌有一個(gè)環(huán)形磁鐵，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，并以脈沖的 形式傳輸給積分儀，從而得到流量信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)供熱系統(tǒng)熱載體傳輸主管道 多采用鐵質(zhì)鍍鋅管，使用時(shí)間較長(zhǎng)的系統(tǒng)，其管道內(nèi)壁的鍍鋅層會(huì)被破壞，失 去鍍鋅保護(hù)層的管道壁與水接觸后會(huì)氧化產(chǎn)生很多鐵銹雜質(zhì)。因此不能用傳統(tǒng) 的有磁流量的計(jì)量方法，而要利用一種新型的計(jì)量技術(shù)來排除較差水質(zhì)中鐵銹 等雜質(zhì)的影響。另外，傳統(tǒng)抄表方式大多采用人工抄表或IC卡預(yù)付費(fèi)方式，費(fèi) 時(shí)費(fèi)力。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，對(duì)現(xiàn)有的熱量計(jì)進(jìn)行了改造， 采用新型的無(wú)磁流量測(cè)量技術(shù)、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。 本實(shí)用新型的目的可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表，包括進(jìn)水溫度傳感器、回水溫度傳感器、無(wú)磁流量傳感器、積分
計(jì)算顯示器、ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊、電源模塊和上位機(jī)抄表系統(tǒng)。進(jìn)水溫度傳 感器輸入口安裝在進(jìn)水管道處，回水溫度傳感器輸入口安裝在回水管道處，進(jìn)、 回水溫度傳感器的輸出口分別與積分計(jì)算顯示器的進(jìn)、回水溫度采集接口連接， 流量傳感器與積分計(jì)算顯示器的流量采集接口連接，ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊與積 分計(jì)算顯示器的通信接口連接，電源模塊與積分計(jì)算顯示器的電源接口連接。 積分計(jì)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(nèi)置有可對(duì)采集到的流量脈沖信號(hào)和進(jìn)、回水溫度信號(hào)進(jìn)行 積分熱量運(yùn)算的單片機(jī)；
上位機(jī)抄表系統(tǒng)采用Visual C++6.0編寫，并有后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)支持，可以遠(yuǎn)程 控制無(wú)磁熱量表的中央控制模塊，獲取熱量信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi) 力的不足；
液晶顯示模塊主要有控制屏幕顯示不同內(nèi)容的液晶片構(gòu)成。 無(wú)磁流量傳感器不同于傳統(tǒng)的干簧管式、韋根式等有磁流量傳感器，他的
葉輪上鑲嵌的是一個(gè)沒有任何磁性的金屬片，因此不會(huì)吸附水中的鐵銹等雜質(zhì)，
克服了傳統(tǒng)有磁流量傳感器容易吸附水中鐵銹雜質(zhì)造成葉輪旋轉(zhuǎn)阻力增大導(dǎo)致
葉輪停轉(zhuǎn)、不能保證流量傳感器正常工作計(jì)量的弊端。
積分計(jì)算顯示器上的中央控制模塊中的單片機(jī)采用MSP430FW427; 進(jìn)水溫度傳感器和回水溫度傳感器采用PT1000鉑電阻； 無(wú)磁流量傳感器使用LC振蕩電路配合MSP430FW427單片機(jī)內(nèi)部的
SCANIF模塊構(gòu)成；
ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊主要由移植了簡(jiǎn)化版ZigBee協(xié)議棧的CC2430單片機(jī) 構(gòu)成；所述的電源模塊可采用內(nèi)置電池或外接電源。

圖1是基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表的安裝示意圖2是基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； .
圖1中1是積分計(jì)算顯示器2是ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊 3是無(wú)磁
流量傳感器 4是進(jìn)水溫度傳感器 5是回水溫度傳感器 6是上位
機(jī)抄表系統(tǒng) 7是無(wú)磁熱量表基表 具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱 量表作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表主要包括進(jìn)水溫度傳感器 4、回水溫度傳感器5、無(wú)磁流量傳感器3、積分計(jì)算顯示器1、 ZigBee無(wú)線數(shù) 傳模塊2、無(wú)磁熱量表基表7和上位機(jī)抄表系統(tǒng)6。進(jìn)、回水溫度傳感器均采 用PT1000鉑電阻，分別安裝在用戶的進(jìn)水管道和回水管道，分別用來采集用戶 進(jìn)水管道和回水管道內(nèi)的水溫。如圖2所示，采集到的溫度信號(hào)通過溫度采集 接口傳入中央控制模塊。無(wú)磁流量傳感器3由LC振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的 SCANIF模塊構(gòu)成，無(wú)磁熱量表基表7中有一可旋轉(zhuǎn)的帶葉輪的圓盤，當(dāng)管道中 有水流動(dòng)時(shí)，推動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)可被LC振蕩電路感測(cè)到，無(wú)磁流量傳 感器檢測(cè)到圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)后發(fā)出脈沖信號(hào)給中央控制器。
如圖2所示，基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)磁熱量表的控制系統(tǒng)主要包括中央 控制模塊、液晶顯示模塊、溫度傳感器、無(wú)磁流量傳感器、ZigBee無(wú)線數(shù)傳模 塊、電源模塊構(gòu)成；中央控制模塊內(nèi)置一單片機(jī)，型號(hào)為MSP430FW427，該單片機(jī)可以對(duì)采集 到的溫度和流量脈沖信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算出瞬時(shí)熱量并顯示在液晶顯示模 塊上，當(dāng)接收到上位機(jī)的抄表信號(hào)后可以將當(dāng)前的累積熱量等信息無(wú)線傳送給 上位機(jī)抄表系統(tǒng)。如圖3所示上位機(jī)抄表系統(tǒng)使用Visual C++6.0編寫，并具 有數(shù)據(jù)庫(kù)支持，可以對(duì)用戶所用熱量等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
液晶顯示模塊由液晶片構(gòu)成，可滾動(dòng)顯示當(dāng)前時(shí)間的進(jìn)水溫度、回水溫度、 進(jìn)回水溫差、瞬時(shí)流量、累積流量、累積熱量、累積工作時(shí)間等信息。
ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊由移植簡(jiǎn)化版ZigBee協(xié)議棧的CC2430單片機(jī)構(gòu)成， 該模塊功耗極低，可自動(dòng)組網(wǎng)，使用非常方便。
本實(shí)用新型具體工作過程如下管道中的水流動(dòng)帶動(dòng)無(wú)磁熱量表基表中的 圓盤旋轉(zhuǎn)，圓盤的旋轉(zhuǎn)信息被無(wú)磁流量傳感器捕捉并發(fā)送給中央控制模塊，中 央控制模塊計(jì)算每20秒的瞬時(shí)流量，同時(shí)中央控制模塊讀取當(dāng)前的進(jìn)、回水溫 度傳感器，獲得進(jìn)、回水的溫度值。根據(jù)進(jìn)、回水溫度通過自動(dòng)?xùn)吮砜梢缘玫?當(dāng)前水的密度值和焓值，通過公式g = Jg /^vA/^/f (公式1)可計(jì)算出每 20秒的瞬時(shí)熱量，并可通過不斷累加得到累積熱量。上位機(jī)抄表系統(tǒng)設(shè)有"抄 表"按鈕，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊上位機(jī)抄表系統(tǒng)的"抄表"按鈕后上位機(jī)將無(wú)線發(fā)送 抄表指令給本實(shí)用新型所述的無(wú)磁熱量表，無(wú)磁熱量表收到該指令后將當(dāng)前累 積熱量無(wú)線發(fā)送給上位機(jī)抄表系統(tǒng)，上位機(jī)抄表系統(tǒng)得到數(shù)據(jù)后顯示并存儲(chǔ)到 數(shù)據(jù)庫(kù)中。
公式l中
Q——釋放或吸收的熱量；
Qv——流經(jīng)熱量表的水的體積流量；
P——流經(jīng)熱量表的水的密度；厶h~~在熱交換系統(tǒng)的入口和出口溫度下，水的焓值差； t——時(shí)間。
本實(shí)用新型主要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)
1、 使用LC振蕩電路配合單片機(jī)內(nèi)部的SCANIF模塊構(gòu)成無(wú)磁流量傳感器， 可以克服國(guó)內(nèi)供熱系統(tǒng)水質(zhì)差對(duì)熱量表造成的干擾，而且功耗更低。
2、 擴(kuò)展了 ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊，使用普通電腦作為上位機(jī)抄表系統(tǒng)，可 遠(yuǎn)程控制得到中央控制模塊的數(shù)據(jù)，客服了傳統(tǒng)人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺陷。
3、 中央控制模塊采用的單片機(jī)為MSP430FW427，該單片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，功 耗極低。
權(quán)利要求1、一種基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于包括進(jìn)水溫度傳感器、回水溫度傳感器、無(wú)磁流量傳感器、積分計(jì)算顯示器、ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊、電源模塊和上位機(jī)抄表系統(tǒng)，進(jìn)、回水溫度傳感器的輸入口分別安裝在進(jìn)、回水管道處，進(jìn)、回水溫度傳感器的輸出口分別與積分計(jì)算顯示器的進(jìn)、回水溫度采集接口連接，流量傳感器與積分計(jì)算顯示器的流量采集接口連接，ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊與積分計(jì)算顯示器的通信接口連接，電源模塊與積分計(jì)算顯示器的電源接口連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于:' 所述的積分計(jì)算顯示器包括中央控制模塊、液晶顯示模塊。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于所 述的中央控制模塊內(nèi)置有可對(duì)采集到的流量脈沖信號(hào)和進(jìn)、回水溫度信號(hào)進(jìn)行 積分熱量運(yùn)算的單片機(jī)；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于 所述的液晶顯示模塊主要有控制屏幕顯示不同內(nèi)容的液晶片構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于:' 所述的無(wú)磁流量傳感器使用LC振蕩電路配合MSP430FW427單片機(jī)內(nèi)部的 SCAMF模塊構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，其特征在于 所述的積分計(jì)算顯示器上的單片機(jī)采用MSP430FW427。
專利摘要一種基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的熱量表，包括進(jìn)、回水溫度傳感器、無(wú)磁流量傳感器、積分計(jì)算顯示器、ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊、電源模塊和上位機(jī)抄表系統(tǒng)，進(jìn)、回水溫度傳感器分別安裝在進(jìn)、回水管道處，無(wú)磁流量傳感器與積分計(jì)算顯示器的流量采集接口連接，ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊與積分計(jì)算顯示器的通信接口連接，積分計(jì)算顯示器內(nèi)置型號(hào)為MSP430FW427的單片機(jī)，該單片機(jī)可以對(duì)采集到的溫度和流量脈沖信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算出瞬時(shí)流量、累積流量、瞬時(shí)熱量、累積熱量等信息并顯示在液晶顯示模塊上，當(dāng)接收到上位機(jī)的抄表信號(hào)后可以將當(dāng)前的累積熱量等信息無(wú)線傳送給上位機(jī)。上位機(jī)軟件使用Visual C++6.0編寫，并具有數(shù)據(jù)庫(kù)支持，可以對(duì)用戶所用熱量等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
文檔編號(hào)G01K17/12GK201368783SQ20092001800
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者侯加林, 光 邵 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)