专利名称：基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于集中供暖管路系统中的智能化暖气分室调节及分户计量管 理系统。
背景技术：
在我国北方地区，广泛采用集中供暖的方式进行供暖。供热系统总体型式落后，缺 乏必要的节能控制手段和有效的管理措施，按供热面积收费造成用户无主动节能意识等。 而采用分户调节和按用热量计量收费的方式，可以有效的节能降耗、减少污染、对建设环境 友好型社会的目标意义重大。但是，我国集中供暖经过多年的发展已具有相当的规模，现行的供热方式主要采 用按单元或房间上供下回单管制串联方式或双管串并联方式，现有的分户计量设备本无法 直接用于这种管路结构，而改造原有管路又牵涉破坏住房装修和空间布置、耗时长、作业面 积大、费用高等问题，难以为广大用户接受。目前国内出现了 一些具有自主知识产权的供暖节能产品，如自动恒温阀，IC卡热 量计量表等。前者用于调节房间内温度，但是无法实现热量计量，且必须手动改变温度设 定，使用不方便，节能效果不理想，安装时受管路结构限制。后者用于热量计量收费，但是不 能自动调节温度，节能效果不佳且不能直接用于现存管路结构，改造管路代价高难以为用 户接受，仅适用于新建楼房。另一种蒸发式热分配表安装简单，但是计量精度差，热量分配 计算比较繁琐，且只能与热量表配合使用实现热量的分配计量，不能解决温度自动调节问 题。针对集中供暖计量和节能，一些已有技术已有记载。其中发明创造名称为“一种 自主调节室温、自动温控、分户计量的集中供暖方法(公开号CN1825004) ”和“一种用于集 中供暖的分户计量和监控的系统和方法(公开号CN101004857)”分别公开了一种暖气分 户计量、温度调节的方法，前者需要专门的散热器设施，不能实现温度编程控制和集中计费 管理；后者设备复杂，主要用于分户计量和供热公司的远程监控，需要专门的管路，同样缺 乏房间温度的编程控制能力；二者均不适于现有供暖系统的改造，且温度调节手段比较落 后，一直未见有相关的应用报道。还有诸如发明创造名称为“集中供暖节能装置(公开号 CN2252305) ”、“可集中控制分别供暖的供暖装置(公开号CN2435675) ”、“暖气中央控制装 置(公开号CN201121946)”、“暖气分户计量自控装置(公开号CN2844736) ”等，从不同的 侧面对供暖计量或节能控制提出了不同的方案，但是都没有将热量计量、温度编程控制以 及我国当前供暖管路结构现状有机地结合在一起，因而缺乏有效性和实用性，难以实现。
发明内容
本发明的任务是针对我国集中供暖管路系统的现状，提供一种智能型分室温度调 节、分户用热计量以及付费管理系统，不但可以实现暖气的分户计量和付费管理，还可以根 据用户实际需要对分户内各房间的温度实现自动调节、分时间段编程控制等。
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其技术解决方案之一是一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，包括设置在一个分户中的监控主机，监控主机包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、IXD 显示器及无线通信模块，用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制、及用于进行用 热量统计与预付费管理；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数相同的温度控制一体化仪表，各温度控 制一体化仪表分别对应一组暖气散热器，各温度控制一体化仪表安装在所对应一组暖气散 热器的进水管和/或出水管上，各温度控制一体化仪表包括暖气散热器进水水温测量传感 器、暖气散热器回水水温测量传感器、暖气散热器水流量传感器、室温测量传感器及无线通 信模块；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数数量相同的采取双出口结构的数字温 控比例阀，各数字温控比例阀分别对应一组暖气散热器，各数字温控比例阀安装在所对应 一组暖气散热器的进水管上，并通过一分水旁路连接该组暖气散热器的出水管；数字温控 比例阀电连接到同一组暖气散热器所对应的温度控制一体化仪表。上述监控主机的无线通信模块与温度控制一体化仪表的通信模块之间建立起无 线网络连接；运行过程中的温度控制一体化仪表将各自所对应暖气散热器的用热量实时发 送给监控主机，进行用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出提示，在预付费余额为 零时能关闭各数字温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进行预付费充值；上述监 控主机将温度控制指令实时发送给相应温度控制一体化仪表，由接收指令的温度控制一体 化仪表按照该指令控制同一组暖气散热器所对应的一只数字温控比例阀动作，进行流量调 节。在上述无线网络的通信协议中，包括各温度控制一体化仪表上电自举，在每一个 通信周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报文，没有获得配置的新入网温 度控制一体化仪表将返回自己的设备标识，由监控主机识别通过后予以分配地址并进行相 关参数配置，完成自举；还包括采用限制无线发射功率、选择载波频率及各温度控制一体化 仪表自举时监控主机上设置相应的确认操作。其技术解决方案之二是一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，包括设置在一个分户中的监控主机，监控主机包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、IXD 显示器及无线通信模块，用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制、及用于进行用 热量统计与预付费管理；设置在一个分户中的一只温度控制一体化仪表，温度控制一体化仪表安装在该分 户总进水管和/或总出水管上，温度控制一体化仪表包括总进水水温测量传感器、总回水 水温测量传感器、总水流量传感器、室温测量传感器及无线通信模块；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数相同的采取单出口结构的数字温控比 例阀，各数字温控比例阀分别对应一组暖气散热器，各数字温控比例阀安装所对应一组暖 气散热器的进水管上，数字温控比例阀包括室温传感器和无线通信模块；上述监控主机的无线通信模块、温度控制一体化仪表的通信模块与各数字温控比 例阀的无线通信模块之间建立起无线网络连接，运行过程中的温度控制一体化仪表将用热
5量实时发送给监控主机，进行用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出提示，在预付 费余额为零时能关闭各数字温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进行预付费充 值，上述监控主机将温度控制指令实时发送给相应数字温控比例阀，接收指令的数字温控 比例阀动作，进行流量调节。在上述无线网络的通信协议中，包括温度控制一体化仪表上电自举以及数字温控 比例阀上电自举，在每一个通信周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报 文，没有获得配置的新入网温度控制一体化仪表和数字温控比例阀将返回自己的设备标 识，由监控主机识别通过后予以分配地址并进行相关参数配置，完成自举；还包括采用限制 无线发射功率、选择载波频率及温度控制一体化仪表自举时监控主机上设置相应的确认操 作。本发明具有以下有益技术效果应用本发明的集中供暖管路系统中各分户(如一个住户或一个计费单位)，能对 分户的各室内每一组暖气散热器的用热量进行独立计量及温度控制，采用分布式无线网络 连接到监控主机进行集中管理，不但解决了暖气的分户计量问题，同时可对各组暖气散热 器实现编程控制，成为居室自动化、智能化的一个重要组成部分，既提供了一个更加舒适、 便利、人性化的生活、工作环境，又最大限度地降低采暖能源消耗，节约了能源。本发明可用 于各种不同的供暖管路系统，不但适用于新建供暖系统，而且特别适合我国已有供暖设施 的节能改造，改造时不需要改变原有管道布局、不破坏用户的装修、改装耗时短、作业面积 小，可以广泛用于家庭、机关、学校、企事业单位、宾馆等部门。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步说明图1为本发明一种实施方式的结构原理示意图，示出了本发明应用于单管制串联 方式集中供暖管路系统中的情形。图2为本发明另一种实施方式的结构原理示意图，示出了本发明应用于双管串并 联方式集中供暖管路系统中的情形。
具体实施例方式实施例1参看图1，一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，包括监控主机 1、温度控制一体化仪表2与采取双出口结构的数字温控比例阀3。一个分户中设置有一台 监控主机1，监控主机1包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、IXD显示器及无线通信模块， 用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制，以及用于进行用热量统计与预付费管理 等。温度控制一体化仪表2的数量与一个分户各室中使用的暖气散热器8的组数相同，各 温度控制一体化仪表分别对应一组暖气散热器8，各温度控制一体化仪表2包括暖气散热 器进水水温测量传感器、暖气散热器回水水温测量传感器5、暖气散热器水流量传感器、室 温测量传感器及无线通信模块，温度控制一体化仪表2的主体部分安装在所对应一组暖气 散热器的进水管4上，暖气散热器回水水温测量传感器5安装在出水管7上。上述数字温 控比例阀3的数量与上述暖气散热器8的组数相同，各数字温控比例阀3分别对应一组暖气散热器，各数字温控比例阀安装所对应一组暖气散热器8的进水管4上，并通过一分水旁 路6连接该组暖气散热器8的出水管7，各数字温控比例阀电连接到同一组暖气散热器所对 应的温度控制一体化仪表。上述监控主机的无线通信模块与各温度控制一体化仪表的通信 模块之间建立起无线网络连接，运行过程中的各温度控制一体化仪表将各自所对应暖气散 热器的用热量实时发送给监控主机，进行用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出 提示，在预付费余额为零时能关闭各数字温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进 行预付费充值；上述监控主机将温度控制指令实时发送给相应温度控制一体化仪表，由接 收指令的温度控制一体化仪表按照该指令控制同一组暖气散热器所对应的一只数字温控 比例阀动作，进行流量调节。在上述无线网络的通信协议中，包括各温度控制一体化仪表上电自举，在每一个 通信周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报文，没有获得配置的新入网温 度控制一体化仪表将返回自己的设备标识，由监控主机识别通过后予以分配地址并进行相 关参数配置，完成自举；还包括采用限制无线发射功率、选择载波频率及各温度控制一体化 仪表自举时监控主机上设置相应的确认操作。实施例2参看图2，一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，包括括监控主 机1、温度控制一体化仪表2与采取单出口结构的数字温控比例阀6。一个分户中设置有一 台监控主机1，监控主机1包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、IXD显示器及无线通信模块， 用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制，以及用于进行用热量统计与预付费管理 等。一个分户中设置有一只温度控制一体化仪表2，温度控制一体化仪表2包括总进水水温 测量传感器、总回水水温测量传感器3、总水流量传感器以及无线通信模块，温度控制一体 化仪表2的主体部分安装在总进水管4上，总回水水温测量传感器3安装在总出水管5上。 上述数字温控比例阀6的数量与上述分户各室中使用的暖气散热器7的组数相同，各数字 温控比例阀6分别对应一组暖气散热器7，各数字温控比例阀6安装所对应一组暖气散热器 的进水管上，数字温控比例阀包括室温测量传感器与无线通信模块。上述监控主机的无线 通信模块、温度控制一体化仪表的通信模块与各数字温控比例阀的无线通信模块之间建立 起无线网络连接，运行过程中的温度控制一体化仪表将用热量实时发送给监控主机，进行 用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出提示，在预付费余额为零时能关闭各数字 温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进行预付费充值；上述监控主机将温度控制 指令实时发送给相应数字温控比例阀，接收指令的数字温控比例阀动作，进行流量调节。在上述无线网络的通信协议中，包括温度控制一体化仪表和数字温控比例阀的自 动上电自举，在每一个通信周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报文，没 有获得配置的新入网温度控制一体化仪表和数字温控比例阀将返回自己的设备标识，由监 控主机识别通过后予以分配地址并进行相关参数配置，完成自举；还包括采用限制无线发 射功率、选择载波频率及温度控制一体化仪表和数字温控比例阀自举时监控主机上设置相 应的确认操作。上述方式中，温度控制一体化仪表采用电池供电，无线通信，采用MSP430系列微 功耗单片机作为主控制器，热量计量采用暖气散热器进、出口的温差与流量积分计算得到， 温度传感器采用钼电阻，流量计量采用涡轮式结构，通过光电转换为数字脉冲序列。对于旧暖改造机型如实施例1，室温检测和温度自动调节也由该仪表承担，输出温度调节信号到数 字温控比例阀，实现温度调节。对于标准机型如实施例2，室温检测、温度调节以及无线通信 功能可直接由数字温控比例阀实现。上述数字温控比例阀采用具有单/双出口两种结构形 式，双出口阀连接温度控制一体化仪表的温度控制输出信号，作为温度(流量)调节的执行 机构，两个出口一个接到散热器入口构成供暖回路，另一个用于构造旁路通道，通过调节回 路和旁路开口比例实现散热器的温度调节，而不会对主管路产生节流作用，不会对管路上 串连的上、下游用户产生影响。单出口阀除了具备流量调节执行机构外，还具有室温检测、 温度调节控制、无线通信接口，用于标准机型；调节执行机构采用微型步进电机作为驱动元 件，同时，为了防止恶意和不当使用，该阀在收不到控制信号或电池电量不足或电池被突然 去掉时都会自动关闭暖气片通道，停止供暖。上述方式中，网络协议主要解决两个问题一是温度控制一体化仪表的上电自举， 在每一个通信周期，划分出一段固定时间片，主机发送自举查询报文，没有获得配置的新入 网设备将返回自己的设备标识，监控主机识别通过后予以分配地址并进行相关参数配置， 完成自举。二是可靠性问题，每一个住户或计费单位构成一个相对独立的无线网络，每个网 络允许的网络节点数量为2 254个，但是由于无线通信的固有特性，可能会产生网络节点 的交叉现象，例如，A单元的某一仪表误接入到B单元的网络中，造成该仪表上发生的用热 费用计入B计费单元。为解决该问题，采用限制无线发射功率、合理选择载波频率(载波频 率选在业余频段，无需申请)、仪表自举时主机上设置相应的确认操作等措施，待自举完成 后，网络节点便固定下来，从而避免临近节点的干扰。上述方式中，监控主机拟采用ARM微控制器，点阵式IXD液晶显示，设置IC卡或射 频卡接口，提供友好的人机界面，实现预付费充值，便于用户进行温度编程控制和用热量管 理；同时监控主机作为无线网络的主节点，承担网络通信调度、监测、设备配置等功能。上述方式中未述及的有关部分借鉴或采取已有技术即可实现。需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所作出的任何等同方式，或 明显变型方式均应在本发明的保护范围内。
权利要求
一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，其特征在于包括设置在一个分户中的监控主机，监控主机包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、LCD显示器及无线通信模块，用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制、及用于进行用热量统计与预付费管理；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数相同的温度控制一体化仪表，各温度控制一体化仪表分别对应一组暖气散热器，各温度控制一体化仪表安装在所对应一组暖气散热器的进水管和/或出水管上，各温度控制一体化仪表包括暖气散热器进水水温测量传感器、暖气散热器回水水温测量传感器、暖气散热器水流量传感器、室温测量传感器及无线通信模块；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数数量相同的采取双出口结构的数字温控比例阀，各数字温控比例阀分别对应一组暖气散热器，各数字温控比例阀安装所对应一组暖气散热器的进水管上，并通过一分水旁路连接该组暖气散热器的出水管；数字温控比例阀电连接到同一组暖气散热器所对应的温度控制一体化仪表。上述监控主机的无线通信模块与温度控制一体化仪表的通信模块之间建立起无线网络连接；运行过程中的温度控制一体化仪表将各自所对应暖气散热器的用热量实时发送给监控主机，进行用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出提示，在预付费余额为零时能关闭各数字温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进行预付费充值；上述监控主机将温度控制指令实时发送给相应温度控制一体化仪表，由接收指令的温度控制一体化仪表按照该指令控制同一组暖气散热器所对应的一只数字温控比例阀动作，进行流量调节。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，其特征 在于在所述无线网络的通信协议中，包括各温度控制一体化仪表上电自举，在每一个通信 周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报文，没有获得配置的新入网温度控 制一体化仪表将返回自己的设备标识，由监控主机识别通过后予以分配地址并进行相关参 数配置，完成自举；还包括采用限制无线发射功率、选择载波频率及各温度控制一体化仪表 自举时监控主机上设置相应的确认操作。
3.一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，其特征在于包括设置在一个分户中的监控主机，监控主机包括IC卡或射频卡接口、按钮键盘、LCD显示 器及无线通信模块，用于对分户内各组暖气散热器进行温度编程控制、及用于进行用热量 统计与预付费管理；设置在一个分户中的一只温度控制一体化仪表，温度控制一体化仪表安装在该分户总 进水管和/或总出水管上，温度控制一体化仪表包括总进水水温测量传感器、总回水水温 测量传感器、总进水流量传感器、室温测量传感器及无线通信模块；与上述分户各室中使用的暖气散热器组数相同的采取单出口结构的数字温控比例阀， 各数字温控比例阀分别对应一组暖气散热器，各数字温控比例阀安装所对应一组暖气散热 器的进水管上，数字温控比例阀包括室温测量传感器与无线通信模块；上述监控主机的无线通信模块、温度控制一体化仪表的通信模块与各数字温控比例阀 的无线通信模块之间建立起无线网络连接，运行过程中的温度控制一体化仪表将用热量实 时发送给监控主机，进行用热总量的统计管理，在预付费余额不足时发出提示，在预付费余 额为零时能关闭各数字温控比例阀停止供热，等待使用IC卡或射频卡进行预付费充值，上述监控主机将温度控制指令实时发送给相应数字温控比例阀，接收指令的数字温控比例阀 动作，进行流量调节。
4.根据权利要求3所述的基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，其特征 在于在所述无线网络的通信协议中，包括温度控制一体化仪表上电自举和数字温控比例 阀上电自举，在每一个通信周期，划分出一段固定时间片，监控主机发送自举查询报文，没 有获得配置的新入网温度控制一体化仪表和数字温控比例阀将返回自己的设备标识，由监 控主机识别通过后予以分配地址并进行相关参数配置，完成自举；还包括采用限制无线发 射功率、选择载波频率及温度控制一体化仪表自举时监控主机上设置相应的确认操作。
全文摘要
本发明公开一种基于无线网络的集中供暖分室程控与分户计量系统，包括设置在一个分户中的监控主机、与分户各室中使用的暖气散热器组数相同的温度控制一体化仪表及数字温控比例阀，监控主机、仪表与比例阀之间建立起无线网络连接；运行过程中的仪表将用热量实时发送给监控主机，进行用热总量统计与预付费管理，监控主机将温度控制指令实时发送给相应仪表或比例阀，进行流量调节。本发明可用于各种不同的供暖管路系统，不但适用于新建供暖系统，而且特别适合我国已有供暖设施的节能改造，改造时不需要改变原有管道布局、不破坏用户的装修、改装耗时短、作业面积小，可以广泛用于家庭、机关、学校、企事业单位、宾馆等部门。
文档编号G07F15/06GK101986046SQ201010517118
公开日2011年3月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者宋秋实, 武洪恩, 王婕, 王宝仁 申请人:山东科技大学