一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统的制作方法
【专利摘要】一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，包括设置在供暖系统各信号采集点的数据采集器，数据采集器连接有用于检测供暖信息的传感器，整个供暖系统中的信号采集点划分为多个采集区，每个采集区均设有一个数据集中传输设备，数据集中传输设备通过分布在相应采集区中的无线转发设备与该采集区中的数据采集器连接，各个采集区中的数据集中传输设备均通过数据传输线路与控制供暖系统的服务器连接，所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均设有单片机和数据缓存器；本发明能够实时了解整个城市的热力使用分布情况，并在此基础上进行合理的热力调度。
【专利说明】一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市供暖系统，具体涉及一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统。
【背景技术】
[0002]在经济全球化和网络新经济的背景下，企业面临着新的竞争局面。网络信息技术的发展使企业的竞争环境发生了巨大的变化，企业间在市场上的竞争不断加剧。信息技术与企业的日益融合，促进了企业技术与管理的进步，信息和效率已成为企业的迫切需求。推动着企业在经营管理上的不断创新与变革。
[0003]对于城市供暖系统来说，随着技术的改进和节能减排的需求，传统集中供暖日益受到排斥，新的按需供暖方式受到越来越多的追捧。传统的统一按面积收费、应答式服务以及盲目热能调度等方式已经不能适应这种新的供暖模式和用户服务期望的需求，急需出现新型的服务方式。而新型的服务模式需要实时获取供暖系统各关键节点的相关数据信息，传统供暖系统无法实时获取这些信息。
【发明内容】
[0004]为了解决上述的技术问题，本发明提供一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，其能够实时了解整个城市的热力使用分布情况，并在此基础上进行合理的热力调度。
[0005]本发明所采用的技术方案是:一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，包括设置在供暖系统各信号采集点的数据采集器，数据采集器连接有用于检测供暖信息的传感器，整个供暖系统中的信号采集点划分为多个采集区，每个采集区均设有一个数据集中传输设备，数据集中传输设备通过分布在相应采集区中的无线转发设备与该采集区中的数据采集器连接，各个采集区中的数据集中传输设备均通过数据传输线路与控制供暖系统的服务器连接，所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均设有单片机和数据缓存器；所述服务器通过数据集中传输设备和无线转发设备向数据采集器发送采集命令，数据采集器将采集的信息通过无线转发设备和数据集中传输设备传输给服务器，所述的服务器中设有传输监听模块、可视监听模块和数据存储模块，所述传输监听模块实时监听数据集中传输设备的网口，并将监听到的信息传递给可视监控模块，可视监听模块将接收到的信息在图形用户界面上显示出来，并存储在数据存储模块中。
[0006]所述的数据采集器连接有温度传感器、压力传感器、流量传感器、电动阀门、显示装置和报警装置，所述数据采集器的单片机通过串口接收服务器发出的采集命令，并根据接收的命令信息控制相应的温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门进行信息采集，温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门将采集的信息传递至单片机并在显示装置上显示，单片机将接收到的信息通过传递给服务器。
[0007]所述的数据采集系统还设有手持采集器，手持采集器中设有处理器、操作面板、存储器、用于无线连接数据采集器及无线转发设备的无线传输模块和用于连接服务器的接□。
[0008]所述的服务器、数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均存储有路由表，服务器根据路由表向相应的数据采集器发送命令。
[0009]所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备在发送数据的同时将数据存放在数据缓存器中，在接收到数据发送成功的确认后再删除数据缓存器中的数据。
[0010]本发明的有益效果:
(1)本发明可以实时了解整个城市的热力使用分布情况，在此基础上进行合理的热力调度；
(2)本发明可以实时了解供暖系统各个关键节点的工作状态，为故障预测、故障定位、故障报警提供支持；
(3)本发明可以获得每个用户使用的热能流量数据，为按需收费提供支持，避免耗费大量人力进行查表工作；
(4)本发明可以利用获得历史采集数据，进行挖掘分析，为故障决策、热能生成计划及其它分析提供基础数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明拓扑示意图；
图2为本发明结构框图；
图3为数据采集器的结构框图；
图4为手持采集器的结构框图；
图5为数据集中传输设备的结构框图。
【具体实施方式】
[0012]如图所示，一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，包括设置在供暖系统各信号采集点的数据采集器，数据采集器连接有用于检测供暖信息的传感器，整个供暖系统中的信号采集点划分为多个采集区，每个采集区均设有一个数据集中传输设备，数据集中传输设备通过分布在相应采集区中的无线转发设备与该采集区中的数据采集器连接，各个采集区中的数据集中传输设备均通过数据传输线路与控制供暖系统的服务器连接，所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均设有单片机和数据缓存器；所述服务器通过数据集中传输设备和无线转发设备向数据采集器发送采集命令，数据采集器将采集的信息通过无线转发设备和数据集中传输设备传输给服务器，所述的服务器中设有传输监听模块、可视监听模块和数据存储模块，所述传输监听模块实时监听数据集中传输设备的网口，并将监听到的信息传递给可视监控模块，可视监听模块将接收到的信息在图形用户界面上显示出来，并存储在数据存储模块中。
[0013]所述的数据采集器连接有温度传感器、压力传感器、流量传感器、电动阀门、显示装置和报警装置，所述数据采集器的单片机通过串口接收服务器发出的采集命令，并根据接收的命令信息控制相应的温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门进行信息采集，温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门将采集的信息传递至单片机并在显示装置上显示，单片机将接收到的信息通过传递给服务器。[0014]所述的数据采集系统还设有手持采集器，手持采集器中设有处理器、操作面板、存储器、用于无线连接数据采集器及无线转发设备的无线传输模块和用于连接服务器的接□。
[0015]所述的服务器、数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均存储有路由表，服务器根据路由表向相应的数据采集器发送命令。
[0016]所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备在发送数据的同时将数据存放在数据缓存器中，在接收到数据发送成功的确认后再删除数据缓存器中的数据。
[0017]一、数据采集器 数据采集器一般安装在需要进行实时信息采集的位置，比如用户供暖的入口、小区供暖入口和出口等。用于采集供暖系统的相关数据，如温度、压力、流量、阀门打开程度等，并将采集的数据按照规定的格式封装后交由数据集中传输设备，最终传送到服务器。此外，数据采集器还包括一个显示装置，能够显示采集的数据。
[0018]所述数据采集器的核心是单片机，它的工作原理分为三方面，一是通过串口接收来自服务器的采集命令；二是显示采集的信息，并发送给服务器；三是从外界输入的报警和显示设置信号。
[0019](I)接收采集命令
单片机通过串口接收服务器端采集设置命令的流程如下:
第一步:单片机通过串口接收来自服务器的采集命令，该命令包含在传输数据包的data域中，采集设置命令的数据结构如下:
Struct Gather_Parameter{
Int id; //采集点的标识，表示设置编号为id的采集点，值为O时表示设置所有的采集点；
Int period; //发送周期，表示设置该采集点的采集信息发送周期为P，单位s，O表示仅立即发送一次采集信息；
Int type; //发送采集信息的类型，O表示发送实时采集的温度、压差、阀门打开程度以及流量信息，I表示发送一个周期内的平均温度、平均压力、累积流量和平均开关程度信息
}
当采集点收到采集命令后，如果命令中的id为O或与采集点的id相同，则按照第二步或第三步进行参数设置；否则，忽略该命令，转向第五步；
一般情况下，每个节点启动后会接受到period非零的发送命令；当服务器需要调节某节点的发送频率时，会向该节点发送一次period非零的命令；特殊情况下，单片机也可能向某节点发送一次period为零的命令；
第二步:当单片机接收到period为零的命令后，立即调用一次“采集信息显示与发送”，按照命令中type要求，发送一次采集信息；
第三步:当单片机接收到period非零的命令后,将命令中的period和type分别存储到单片机维护的两个参数period和type中，表示采集点需要每period秒按照type要求发送一次米集信息；
第四步:单片机I设置温度传感器、压力传感器、流量传感器以及电动阀门的信息采集周期为period ；第五步:结束。
[0020](2)采集信息显示与发送
单片机向服务器端发送采集信息的流程为:
第一步:单片机从温度传感器、压力传感器、流量传感器和电动阀门分别获得温度信息、压力信息、流量信息(实时流量和累积流量)和阀门开关程度信息；
第二步:当单片机维护的type为O时,发送Heating_info_l的采集信息；当单片机维护的type为I时,发送Heating_info_2的采集信息；
Struct Heating_info_l{
Int id; //采集点编号 Int temperature; //温度 Int pressure; // 压力 Int flow; //流量
Int on-off; //开关程度，取值范围0-100，表示开关的百分比 }；
Struct Heating_info_2{
Int id; //采集点编号 Int temperature; //温度 Int pressure; // 压力 Int flow; //流量
Int on-off; //开关程度，取值范围0-100，表示开关的百分比 Long start_time; //周期开始时间 Long end_time ;//周期结束时间 }；
第三步:将发送的数据传送到显示装置显示；
第四步:当period到时,将发送的信息通过串口交给与数据采集器封装在一起的无线转发模块，并经由无线转发模块传递给数据集中传输设备，由数据集中传输设备向服务器端发送。
[0021](3)接收外界输入的报警和显示设置信号
外界报警按钮共有5个,编号分别为1、2、3、4和5。I表不温度故障,2表不压力故障，3表示流量故障，4表示开关故障，5表示综合故障。当用户或巡查人员发现显示屏显示的信息异常时，可以按下相应按钮持续5秒以上向服务器进行故障申报。
[0022]显示装置设置有两个，编号为6和7。6表示显示实时温度、压力、流量和开关程度，显示方式为:[T:** P:** F:** 0:**], 7表示显示一个周期的平均温度、平均压力、累积流量和平均开关程度、周期开始时间和周期结束时间，，显示方式为:[T:** P:** F:**
S:** E:**]。其中T、P、F、0、S和E分别表示温度、压力、流量、开关程度、开始时间和结束时间。用户或巡查人员可以通过按下相应按钮持续5秒以上切换显示方式。
[0023]二、手持采集器
手持采集器是一个便携式设备，可以在采集点附近一定范围内(一般在10米之内)，获取采集点的信息或向采集进行设置。获取的信息与数据采集器发向服务器信息的封装完全—致。
[0024]所述手持采集器包括处理器、接口、操作面板、存储器和无线传输模块，所述操作面板主要有5个操作按钮，开机、关机、开始采集、结束采集和导入路由表，无线传输模块:从采集点接收Number组数据，并通过处理器存储到存储器中，存储器:存储数据，显示器:实时显示每次从采集到采集的数据。
[0025]手持采集器的工作流程为:
第一步:利用串口将手持采集器与服务器连接，如果利用手持采集器采集信息，则转向第二步；如果利用手持采集器导入路由表，则转向第八步；
第二步:向手持采集器分配采集任务(可能是单个任务，也可能是多个任务)，即，将需要采集的采集点id导入手持采集设备，并向手持采集器设置对每一个采集点采集的数据组数 Number ；
第三步:采集员携带手持采集器到采集点附近(一般在10米之内)，按开机按钮打开手持设备；
第四步:采集员按开始采集按钮，手持采集器接收采集点的信息，解析出采集点的id ；第五步:如果采集任务中存在某个id和当前采集点的id匹配，则开始接收采集点发送的数据，并将接收的数据同时显示在显示器上和存储在存储器中。当接收Number组数据后，完成数据采集。也可以手动按结束采集按钮结束数据采集；
第六步:如果采集任务中不存在和当前采集点id匹配的id，则提示当前采集点不属于采集任务规定的采集点；
第七步:单个节点采集完成，重复第三步到第六步，直至完成规定的采集任务。转向第
1.~.I K
卞一少；
第八步:向手持采集器中导入某个或某些采集点的路由表RTI和RT2，其中，RTI表示向米集点发送信息的路由表，RT2表不向服务器转发信息的路由表；
第九步:采集员携带手持采集器到数据采集器、无线转发设备或数据集中传输设备附近，按开机按钮打开手持采集器；
第十步:采集员按导入路由表按钮，手持采集器接收数据集中传输设备的信息，解析出采集点的id;
第十一步:如果导入路由表任务中存在某个id和当前数据传输模块的id匹配，则开始向数据集中传输设备导入路由表RTl和RT2。重复第八至第十一步，直至完成路由表导入，转向第十三步；
第十二步:将手持采集器通过串口与服务器连接，打开服务器的数据读取程序，进行数据读取，共有三种读取命令:读取数据并清空手持采集器存储器、读取数据、清空手持采集器存储器；
第十三步:结束。
[0026]三、数据传输
数据集中传输设备接收来自数据采集器、无线转发设备或传输监听模块的信息，将信息缓存在数据缓存模块中，并通过无线发送模块发送出去。当接收到接收确认后，清空缓存。
[0027]无线接收模块:接收来自数据采集器、无线转发设备或传输监听模块的信息，并交付给单片机。无线发送模块:将单片机获取的数据采集器、无线转发模块或传输监听模块的信息以无线信号发送出去。数据缓存器:缓存接收的信息，当收到接收确认后清空该信息的缓存。
[0028]本发明中type表示数据包的类型，I表示从服务器发向采集点的采集设置命令，2表示采集点发向服务器的采集信息；source表示发送节点地址！destination表示目的节点地址；data表示传送的数据。
[0029]数据采集器中集成的数据传输模块的工作流程包括以下步骤:
第一步、监听数据传输模块的无线接收模块和串口 ；若串口有数据到达，则转向步骤第二步，若无线接收模块由数据到达，则转向第五步，若均无数据到达，则继续监听；
第二步、若数据传输模块第一次接收到串口发来的数据，将收到数据的id解析处理，存放到数据传输模块的变量joint_id中，其表示与数据传输模块连接的数据采集器的id是 joint_id ；
第三步、将串口发来的数据封装在数据包的data域，source设为数据传输模块，将destination设为从数据传输模块的路由表RT2中随机选取的一个节点的id，其中RT2在安装时通过手持采集器设置；
第四步、将封装好的数据包缓存在数据缓存器中，并通过无线发送模块将封发送出去。当接收到destination的确认后清空缓存,转向第八步；
第五步、向数据包的source节点发送确认数据包；
第六步、若数据包的type是I,则检查数据传输模块I的joint_id是否与data域解析出的id相同，若相同，将data域解析出的数据通过串口交给数据采集器，若不同，则将数据包的source置为数据传输模块，destination置为从路由表RTl中随机选择一个节点id,其中RTl在安装时通过手持采集器设置，其它域不变，将装好的数据包缓存在数据缓存器，并通过无线发送模块将封发送出去。当接收到destination的确认后清空缓存；
第七步、若数据包的type是2,则将数据包的source置为数据传输模块,destination置为从路由表RT2中随机选择一个节点id，其中RT2在安装时通过手持采集器设置，其它域不变，将装好的数据包缓存在数据缓存器，并通过无线发送模块将封发送出去，当接收到destination的确认后清空缓存；
第八步、结束。
[0030]所述无线转发设备的工作流程包括以下步骤:
第一步、监听无线转发设备的无线接收模块，若有数据到达，则继续监听；
第二步、向数据包的source节点发送确认数据包；
第三步、如果数据包的type是1，则将数据包的source置为无线转发设备，destination置为从路由表RTl中随机选择一个节点id，其它域不变，将装好的数据包缓存在数据缓存器，并通过无线发送模块将封发送出去，当接收到destination的确认后清空缓存；
第四步、如果数据包的type是2，则将数据包的source置为无线转发设备，destination置为从路由表RT2中随机选择一个节点id，其它域不变，将装好的数据包缓存在数据缓存器，并通过无线发送模块将封发送出去，当接收到destination的确认后清空缓存； 步骤705、结束。
[0031]所述数据集中传输设备的工作流程包括以下步骤:
第一步、监听数据集中传输设备的无线接收模块、网口，如果网口有数据到达，转向第二步，如果无线接收模块有数据到达，转向第四步，若均无数据到达，继续监听；
第二步、向数据包的source节点发送确认数据包,将网口发来数据包source设为数据集中传输设备，将destination设为从数据集中传输设备的路由表RTl中随机选取的一个节点的id ；
第三步、将装好的数据包缓存在数据缓存器，并通过无线发送模块将封发送出去，当接收到destination的确认后清空缓存,转向第五步；
第四步、向数据包的source节点发送确认数据包，将数据包的source置为数据集中传输设备，destination置为从路由表RT2中随机选择一个节点id，其它域不变，将装好的数据包缓存在数据缓存器中，并通过网口发送出去，当接收到destination的确认后清空缓存；
步骤805、结束。
[0032]四、传输监听模块
传输监听模块实时监听数据集中传输设备网口，以接收采集点发送的采集信息或将服务器的采集设置命令发送给相应的采集点。传输监听模块的工作流程为:
第一步:实时监听数据集中传输设备网口和服务器，如果网口有数据到达转向第二步；如果服务器有命令发送转向第三步；否则继续监听；
第二步:向接收数据包向的source节点发送确认数据包。将数据包的data域解析处理交给服务，有服务器将信息存储在数据存储模块。转向第四步；
第三步:将根据服务器设置参数的id从路由表RT中查询满足条件路由条目，随机选取一个路由条目对应的转发模块的id作为数据包的destination, source设为服务器,然后缓存该数据包，并通过网口发送出去。当收到destination的确认后清空缓存；
第四步:结束。
[0033]五、可视监控模块
可视监控模块能够实时显示整个供暖网络的地图、各个采集的分布、各个采集点的工作状态，并具有图形用户界面为手持采集模块设置采集任务、初始化采集点路由表以及产生采集设置命令。可视化控模块的工作流程为:
第一步:等待任务消息；
第二步:如果出现设置手持采集模块采集任务消息，则提示连接手持采集模块；
通过鼠标或键盘操作确定手持采集任务的采集点序列以及每个节点采集信息的组数Number ；
第三步:如果出现设置采集命令消息，通过鼠标或键盘操作确定采集命令参数，并按确定交由传输监听模块发送给相应的采集点；
第四步:如果接收到来自传输监听模块接收采集的消息,将采集信息进行解析,并实时
现在地图的相应采集点上，并将结束的信息存储到数据存储模块；
第五步:如果出现导出数据传输模块路由表的消息，则提示连接手持采集模块；
通过鼠标或键盘操作将某个或某些数据传输模块的路由表导入到手持采集模块； 第六步:结束；
所述数据存储模块存放可视监控模块接收的来自各个采集点的信息，为进行进一步决策提供数据支持。
【权利要求】
1.一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，包括设置在供暖系统各信号采集点的数据采集器，数据采集器连接有用于检测供暖信息的传感器，其特征在于:整个供暖系统中的信号采集点划分为多个采集区，每个采集区均设有一个数据集中传输设备，数据集中传输设备通过分布在相应采集区中的无线转发设备与该采集区中的数据采集器连接，各个采集区中的数据集中传输设备均通过数据传输线路与控制供暖系统的服务器连接，所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均设有单片机和数据缓存器；所述服务器通过数据集中传输设备和无线转发设备向数据采集器发送采集命令，数据采集器将采集的信息通过无线转发设备和数据集中传输设备传输给服务器，所述的服务器中设有传输监听模块、可视监听模块和数据存储模块，所述传输监听模块实时监听数据集中传输设备的网口，并将监听到的信息传递给可视监控模块，可视监听模块将接收到的信息在图形用户界面上显示出来，并存储在数据存储模块中。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，其特征在于:所述的数据采集器连接有温度传感器、压力传感器、流量传感器、电动阀门、显示装置和报警装置，所述数据采集器的单片机通过串口接收服务器发出的采集命令，并根据接收的命令信息控制相应的温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门进行信息采集，温度传感器、压力传感器、流量传感器或电动阀门将采集的信息传递至单片机并在显示装置上显示，单片机将接收到的信息通过传递给服务器。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，其特征在于:所述的数据采集系统还设有手持采集器，手持采集器中设有处理器、操作面板、存储器、用于无线连接数据采集器及无线转发设备的无线传输模块和用于连接服务器的接口。
4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，其特征在于:所述的服务器、数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备中均存储有路由表，服务器根据路由表向相应的数据采集器发送命令。
5.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的城市供暖数据采集系统，其特征在于:所述的数据采集器、数据集中传输设备和无线转发设备在发送数据的同时将数据存放在数据缓存器中，在接收到数据发送成功的确认后再删除数据缓存器中的数据。
【文档编号】G08C17/02GK103914965SQ201410171654
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】王国勇, 白晓红, 王剑, 李冠峰, 李连民, 马相伯, 张明川 申请人:河南三联网络技术有限公司