專利名稱：基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及互聯網應用及測控技術，具體的說是一種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
我們知道，供熱公司或鍋爐房供暖系統(tǒng)管理的好壞，不僅關系到每個家庭，每個宿舍，每個辦公室或生產車間的溫暖，而且對供熱公司的能源消耗和經濟效益有很大的影響。目前，供暖系統(tǒng)普遍存在著的問題是熱力失調，冷熱不均，遠冷近熱現象嚴重。為解決這個問題，往往是盲目增加水泵，擴大管徑，增加燒煤量，造成投資增加和煤電浪費。
1989年3月由河北建工學院和北京軍區(qū)聯合編寫的“鍋爐供暖系統(tǒng)節(jié)能技術”講義提到，自1988年以來他們使用了一套在機關單位供暖范圍內使用的鍋爐供暖微機監(jiān)測系統(tǒng)，其采取的主要技術措施是安裝計量監(jiān)測裝置，利用溫度傳感器與流量傳感器，將溫度、流量信號采集后，通過地溝架設的電線將溫度流量數據傳送到鍋爐房控制室的主計算機，主機監(jiān)測各用戶節(jié)點的回水溫度及系統(tǒng)循環(huán)水量，根據監(jiān)測數據，通過對供熱系統(tǒng)的調節(jié)，實現供熱的均衡。這樣不但解決了用戶近熱遠冷的難題，而且節(jié)煤、節(jié)電效果明顯。但由于該系統(tǒng)設計方案需要在地溝中架設電線，通過電線將溫度和流量傳感器的信號傳送到鍋爐房的數據采集計算機，這種架設明線的方法成本高，施工和維護困難，使該項成果的推廣應用受到了限制，同時架線也會受到環(huán)境和地域的限制，僅限于在一個單位的供暖范圍內使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種成本低、施工維護方便、使用范圍廣的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是一種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其包括與互聯網連接的主PC計算機和若干分別與互聯網連接的監(jiān)測裝置；所述的主PC計算機包括網絡環(huán)境和主控制監(jiān)測程序，所述的監(jiān)測裝置通過互聯網接入模塊與互聯網連接，監(jiān)測裝置包括傳感器和主控部件。
本發(fā)明由于采用互聯網技術，對照現有技術，其省去了架設明線的煩瑣和維護的困難，大大降低了系統(tǒng)成本，克服了施工和維護困難的缺陷，同時由于基于互聯網的供暖遠程監(jiān)測不受環(huán)境和地域的限制，其適合于城市的供熱公司在其供暖范圍內使用。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的監(jiān)測裝置單片機與溫度傳感器的電路原理圖；圖3是本發(fā)明的EM2000應用示意圖；圖4是本發(fā)明的主PC機控制程序界面；圖5是本發(fā)明的監(jiān)測裝置的主控制流程圖；圖6是本發(fā)明的監(jiān)測裝置的定時器中斷控制流程圖；圖7是本發(fā)明的監(jiān)測裝置的串行口中斷控制流程圖；圖8是本發(fā)明的主PC機的控制流程圖。
具體實施例方式
一種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其包括與互聯網連接的主PC計算機和若干分別與互聯網連接的監(jiān)測裝置；所述的主PC計算機包括網絡環(huán)境和主控制監(jiān)測程序，主PC計算機通過主控制監(jiān)測程序界面經由互聯網與各監(jiān)測節(jié)點的監(jiān)測裝置建立連接，對各節(jié)點的監(jiān)測裝置發(fā)送監(jiān)測命令，返回并顯示各節(jié)點監(jiān)測裝置測得的溫度或流量信息；所述的監(jiān)測裝置通過互聯網接入模塊與互聯網連接，監(jiān)測裝置包括傳感器和主控部件。
本發(fā)明具體使用的主控部件是AT89C51/52單片機，使用的傳感器是LM74數字溫度傳感器和渦街式流量傳感器，使用獨立的網絡接入模塊。獨立使用的嵌入式網關構成的互聯網接入模塊是EM2000系列網關，其可以將監(jiān)測裝置連接到互聯網中。EM2000網關支持RS232/RS485和以太網(Ethernet)的連接并實現UDP或TCP協議到RS232/RS485數據的轉換，實現串行設備接入以太網和Internet。與互聯網連接的主PC計算機支持網絡環(huán)境，通過運行高級語言編寫的數據采集和控制程序，實現同時對多個監(jiān)測點的數據采集和簡單的控制。在本發(fā)明中，具體使用VB語言編寫程序，產生數據采集和控制界面，通過該界面實現對多個監(jiān)測點的數據采集和簡單的控制。
本發(fā)明還可以采用其他的傳感器，主控部件可以是單片機MCU或數字信號處理器DSP或嵌入式微處理器MPU或單片系統(tǒng)SOC，網絡接入模塊可以是接入寬帶網的嵌入式網關或通過撥號上網的互聯網接入模塊，互聯網接入模塊可以獨立存在，如果監(jiān)測裝置的主控部件附加網絡接入模塊功能，也可以包含在監(jiān)測裝置中。
如圖1所示，監(jiān)測裝置由單片機與傳感器構成，所述傳感器可以是溫度傳感器或流量傳感器。首先由單片機讀取溫度、流量傳感器數據后，轉換成ASCII碼數據形式，再通過單片機的串行口傳送給互聯網接入模塊，由互聯網接入模塊將數據送到互聯網上，由互聯網傳送給遠端的PC機。這里的電源模塊采用成品集成電源。
圖2是監(jiān)測裝置的單片機與溫度傳感器的電路原理圖。結合該圖，說明單片機與溫度傳感器部分以及單片機與互聯網接入模塊部分的具體內容如下一、單片機與溫度傳感器部分數字溫度傳感器LM74僅提供了SPI串行總線接口，SPI接口是Motorola公司推出的一種3線同步串行總線接口，由于單片機AT89C51/52沒有提供專門的SPI接口，在本發(fā)明中，使用單片機的普通并行口中的3條線P1.0-P1.2通過程序模擬SPI總線時序，從而達到與LM74接口讀取數據的目的。單片機讀取溫度傳感器數據的細節(jié)作進一步描述如下1、作為一個監(jiān)測裝置，單片機不僅要讀取溫度和流量數據，而且要對EM2000接收/發(fā)送串行數據等，因此在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中單片機讀取傳感器數據是在其定時器中斷中進行的，即在單片機工作狀態(tài)下，每隔一定的時間讀取一次數據到單片機，在讀取間隔內，單片機用來完成其他工作。
2、由于單片機通過程序模擬SPI總線時序，因此在讀取過程中，要插入空操作指令NOP來延時，且要根據晶振頻率適當調整NOP的個數。
3、由于溫度傳感器LM74的數據格式是補碼形式，需要轉換成用戶能識別的ASCII碼，在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，先把補碼轉換成十進制數，再轉換成相應的ASCII碼。
因本發(fā)明采用的渦街式流量傳感器輸出4-20MA電流，經A/D轉換成數字信號后，也通過A/D轉換器的SPI串行總線與單片機接口，故關于監(jiān)測裝置的單片機與流量傳感器的接口及工作過程與所述單片機與溫度傳感器部分的內容基本相同，在此不再詳述。
二、單片機與互聯網接入模塊部分單片機與互聯網接入模塊EM2000的串行通信可以直接將單片機的TTL電平信號連接到EM2000，也可以將單片機的TTL信號轉換成EIA電平信號，再通過RS232/RS485標準串行接口連接到EM2000。在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，是將單片機的串行數據接收、發(fā)送線P3.0、P3.1的TTL信號直接連接到EM2000的。這里采用89C51/52的串行口工作方式1，即每幀10位異步通信。當作為波特率發(fā)生器的89C51/52定時器T1設置成方式2、時鐘頻率為11.0592MHZ時，容易獲得1.2KB/S--19.2KB/S范圍的常用標準異步串行通信波特率，在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，具體使用4.8KB/S串行通信波特率；EM2000留有標準的10BASE-T雙絞網線插孔，可以方便的通過網線接入互聯網。
圖3是EM2000應用示意圖。在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，互聯網接入模塊使用的是EM2000系列網關。EM2000系列網關是為了將串行設備接入互聯網中而特制的微型嵌入式網關，可支持RS232/RS485或串行TTL信號和以太網的連接，并實現UDP或TCP協議到RS232/RS485或串行TTL數據的轉換，實現獨立的串行設備以低成本接入以太網和互聯網。從圖中可見，網絡上的主PC計算機同監(jiān)測裝置(device)之間的通信是通過網絡接入模塊或嵌入式網關EM2000進行的。主PC計算機與EM2000之間的通信是通過TCP/IP協議族為基礎的以太網實現的，網絡通信過程符合標準的SOCKET接口規(guī)范，可方便的利用VB、VC、JAVA等編程語言編寫成的網絡應用程序通信；EM2000同監(jiān)測裝置之間的通信是通過串行口RS232/RS485連接實現的，如果近距離通信也可直接通過串行TTL電平連接實現，兩者之間既可以實現透明的數據流傳輸，又可以傳送類似MODEM的AT協議的簡單協議命令。在本發(fā)明基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)中，使用透明流傳輸方式并使用VB語言編寫網絡端程序。一旦遠端的PC機與EM2000建立SOCKET后，EM2000即在串口與遠端PC機之間透明轉發(fā)數據。
圖4是主PC計算機控制程序界面。通過該界面，網上的主PC計算機可以方便的通過IP地址來選擇某一監(jiān)測節(jié)點，并在界面上顯示被選中監(jiān)測節(jié)點的溫度或流量信息，且可以添加、刪除某節(jié)點。通過該界面還可以向監(jiān)測裝置的單片機發(fā)送復位、啟動監(jiān)測和停止監(jiān)測命令等。
圖5、圖6和圖7是本發(fā)明的監(jiān)測裝置的控制流程圖。結合這三個圖，對本發(fā)明中監(jiān)測裝置的工作過程進一步說明。從圖5可看到，監(jiān)測裝置啟動后，首先延時一段時間等待系統(tǒng)復位，然后設置各系統(tǒng)參數，并啟動主控部件89C51/52的定時器T0開始定時。此后，每當定時器時間到，或監(jiān)測裝置的單片機89C51/52串行口產生中斷請求時進入相應的中斷服務。所述設置各系統(tǒng)參數包括設置89C51/52的串口傳送速率、定時器T0、T1、各中斷源的開放/禁止及復位標志等；圖6是所述定時器T0的中斷服務程序流程圖，所述定時器T0的中斷是T0定時時間到產生的。定時器中斷服務主要是完成對傳感器數據的讀取，并將數據轉換成ASCII碼格式后發(fā)送給遠端的主PC計算機。所述傳感器包括數字溫度傳感器LM74或渦街式流量傳感器，所述發(fā)送給遠端的主PC機是通過嵌入式網關EM2000發(fā)送到互聯網上，再通過互聯網傳送給主PC機。單片機89C51/52送到EM2000的數據是通過89C51/52的串行口以TTL電平傳送的，也可將TTL電平轉換成RS232電平后傳送到EM2000的RS232口。每次完成對傳感器數據的讀取和發(fā)送后，要重新設置定時器T0參數，為下次T0中斷作準備。在本發(fā)明中單片機讀取傳感器數據是在定時器T0中斷中進行的，即每隔一定的時間讀取一次數據，在讀取間隔期間，單片機用來完成其他工作。圖7是所述監(jiān)測裝置的串行口中斷服務程序流程圖，所述串行口中斷是單片機89C51/52的串行口收到串行數據后產生的。串行口中斷服務主要是89C51/52接收通過互聯網發(fā)送來的遠端主PC機命令，并根據命令完成相應操作。所述接收通過互聯網發(fā)送來的遠端主PC機命令，是通過連接互聯網的EM2000接收的，再通過TTL電平傳送給89C51/52的串行口，或通過RS232傳送給89C51/52。所述主PC機命令主要有對監(jiān)測裝置的復位、啟動監(jiān)測、停止監(jiān)測命令。
綜上所述，監(jiān)測裝置的控制過程可概括為在完成系統(tǒng)設置后，即等待定時器T0中斷和串行口中斷，在T0中斷中完成監(jiān)測數據的采集和發(fā)送，在串行口中斷中完成對遠端PC機命令的接收和執(zhí)行。在本發(fā)明中，監(jiān)測裝置的控制程序由MCS-51系列匯編語言寫成。
圖8是主PC計算機的控制監(jiān)測程序流程圖，結合圖8，對本發(fā)明中主PC計算機的工作過程進一步說明。運行本程序后，在主PC機屏幕上將顯示出圖4所示控制界面，用戶通過對該程序界面的點擊或輸入，可以實現對各監(jiān)測節(jié)點的選擇、添加/刪除及連接等操作，所述對各監(jiān)測節(jié)點的選擇、添加/刪除及連接是通過對IP地址的點擊或輸入完成的。對選中和連接的監(jiān)測節(jié)點，可以發(fā)送復位、啟動監(jiān)測、停止監(jiān)測等命令，還可以連續(xù)的接收、存儲和顯示監(jiān)測節(jié)點采集的數據。如圖4所示，所述接收的數據是以溫度字符形式顯示在界面上，所述監(jiān)測節(jié)點是以編號及IP地址形式顯示在界面上。如圖8所示，主PC程序的另一功能是設置及保存主PC系統(tǒng)參數，所述主PC系統(tǒng)參數指的是主PC的IP地址、端口號、顯示效果等。在本發(fā)明中，主PC計算機的控制程序由VB語言寫成。
另外，在本發(fā)明中，有關網絡通信過程的基本情況是，將監(jiān)測裝置的嵌入式網關EM2000設置成服務器模式，而遠端的主PC計算機以客戶機模式與EM2000的特定服務端口連接，EM2000自動接收請求，建立SOCKET連接，并開始在SOCKET和單片機串口之間透明轉發(fā)數據。這里EM2000的服務端口號可以自由配置。
本發(fā)明的原理及工作過程是a.主PC計算機在監(jiān)測界面上多個被監(jiān)測節(jié)點中選擇一個，發(fā)送開始測量、停止測量及復位等命令，并通過互聯網將命令傳送到監(jiān)測點后，通過嵌入式網關或其他網絡接入模塊接收后再傳送給監(jiān)測裝置的單片機或其他形式的主控部件。如果網絡接入模塊包含在監(jiān)測裝置的主控部件中，也可以直接通過互聯網將命令傳送給監(jiān)測裝置。
b.監(jiān)測點的監(jiān)測裝置根據接收到的命令，首先由單片機或其他形式的主控部件通過串行方式定時讀入傳感器測得的數據；然后將數據轉換成ASCII碼數據形式；再將數據通過嵌入式網關或其他網絡接入模塊發(fā)送到互聯網上。如果網絡接入模塊包含在監(jiān)測裝置的主控部件中，也可以直接通過監(jiān)測裝置將數據傳送給互聯網，最后通過互聯網回送給主PC計算機。
c.主PC計算機在監(jiān)測界面上顯示出被監(jiān)測節(jié)點的溫度或流量信息。
本發(fā)明利用互聯網傳送監(jiān)測點溫度及流量信息，省去了原有的“鍋爐供暖系統(tǒng)節(jié)能技術”架設明線的煩瑣和維護的困難，大大降低了系統(tǒng)成本，且將監(jiān)測范圍擴大到每個城市的供暖區(qū)域，監(jiān)測主機可以使用互聯網上的任意一臺計算機，而不限于鍋爐房主控室中的一臺計算機。隨著寬帶網建設的不斷深入普及，和寬帶接入技術的日趨成熟，寬帶網已深入到各家各戶、辦公及生產地點，為這種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)提供了堅實的應用基礎，使管理人員可以坐在辦公室或家中通過互聯網進行遠程監(jiān)測。
根據本發(fā)明提供的監(jiān)測信息，再經過對供熱管路系統(tǒng)的調節(jié)，可以實現供熱系統(tǒng)的均衡，達到改善供暖質量，節(jié)約能源的目的。本發(fā)明已成功運行于山東大學威海分校鍋爐供暖系統(tǒng)。
權利要求
1.一種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于其包括與互聯網連接的主PC計算機和若干分別與互聯網連接的監(jiān)測裝置；所述的主PC計算機除通常的硬、軟件外，還包括網絡環(huán)境和主控制監(jiān)測程序，所述的監(jiān)測裝置通過互聯網接入模塊與互聯網連接，監(jiān)測裝置包括傳感器和主控部件。
2.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的主控制監(jiān)測程序是用編程語言編寫成的網絡應用程序，其運行后將在主PC計算機上顯示控制界面，通過對該控制界面的點擊或輸入操作，主PC計算機可以方便的選擇網上的某一監(jiān)測節(jié)點，并在界面上顯示被選中監(jiān)測節(jié)點的溫度或流量信息，且可以添加、刪除某節(jié)點，通過該界面還可以向節(jié)點監(jiān)測裝置發(fā)送復位、啟動監(jiān)測和停止監(jiān)測命令。
3.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)測裝置中的傳感器包括溫度傳感器和流量傳感器。
4.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)測裝置中的主控部件可以使用單片機MCU。
5.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)測裝置中的主控部件可以使用數字信號處理器DSP。
6.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)測裝置中的主控部件可以使用嵌入式微處理器MPU。
7.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)測裝置中的主控部件可以使用單片系統(tǒng)SOC。
8.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的互聯網接入模塊可以使用接入寬帶網的嵌入式網關。
9.根據權利要求1所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的互聯網接入模塊可以使用通過撥號上網的互聯網接入模塊。
10.根據權利要求1或8或9所述的基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的互聯網接入模塊可以獨立存在，也可以包含在監(jiān)測裝置中的主控部件中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于互聯網的熱力供暖遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其包括與互聯網連接的主PC計算機和若干分別與互聯網連接的監(jiān)測裝置；所述的主PC計算機包括網絡環(huán)境和主控制監(jiān)測程序，所述的監(jiān)測裝置包括傳感器和主控部件，監(jiān)測裝置通過互聯網接入模塊與互聯網連接。主PC計算機通過主控制程序界面經由互聯網與各監(jiān)測節(jié)點的監(jiān)測裝置建立連接，對各節(jié)點的監(jiān)測裝置發(fā)送監(jiān)測命令，返回并顯示各節(jié)點監(jiān)測裝置測得的溫度和流量信息。本發(fā)明利用互聯網傳送測點溫度和流量信息，省去了架設明線的煩瑣和維護的困難，方便和低成本地解決了熱力供暖的遠程監(jiān)測問題。
文檔編號H04L12/26GK1741477SQ20041003561
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權日2004年8月26日
發(fā)明者師恩培 申請人:山東大學威海分校