专利名称：基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种城市热力管道检测技术，属热力管道检测领域，尤其涉及一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统。
背景技术：
热力管道通常分为供暖热力管道和工业热力管道两种，在城市生活中作用重大。过去调节热水和蒸汽的温度，都是靠人工，气温高时，工作人员就将管道输出阀门关小；气温低时，就将阀门开大。既费事，又不准确。同时热力管道也存在着安全隐患，国内外发生过不同程度的热力管道爆炸事件。 比较有名的像纽约热力管道爆炸，造成多人伤亡和财产损失，交通瘫痪，居民误以为是恐怖袭击而造成很大心理影响。国内也发生过多起热力管道爆炸事件。热力管道爆炸，大多是因为雨后积水或大量污水聚在热力管道周围，不断气化形成大量蒸汽，压力过高而引起。也有些管道因为老化或质量问题，发生漏气、漏水，不仅造成资源浪费，而且大量的蒸汽也会对交通、路人或财务造成很大的威胁。热力公司希望能够有一整套方案，既能有效、方便地供应热力资源，减少额外的浪费；又能够保障热力供应的安全实施。现在的热力管理系统中，已经有关于热力管道漏水、漏气的解决方案。有研究人员根据地下管道的红外成像(陈书旺，王明时.地下管道的红外成像检测法.中国光学学会2004年学术大会，2004 :41-44)来检测，由于管道内流体具有一定的温度，并且可以通过红外热辐射的形式传导到地面上，因此可以采用红外探测器来对地表温度进行测量，从而根据温度差来判断出管线的走向与泄漏部位。红外热成像法为地下管道的维护提供了一种可行的方法。然而，这种方法由于其测量的是地表温度，因此受环境影响相当大。同时，由于这种方法是靠发热管道传导到地表上的温度差来进行测量的，温度差是采用红外遥测法的理论基础和前提。因此当目标与环境的温度差很小的时候，测量极为困难，这也是此方法的局限性。还有研究人员根据光纤光栅温度传感技术来检测热力管道泄漏(袁朝庆.热力管道泄漏光纤光栅检测技术研究[D].中国地震局工程力学研究所博士论文.2007 :9-15.)。 热力管道泄漏时，泄漏出的热水引起热力管道周围大地温度场温度升高，利用光纤光栅温度传感器的温度特性，结合热力管道泄漏处的温度场变化规律，进行了埋地热力管道泄漏的理论分析和光纤光栅泄漏检测系统的工程应用，实现了热力管道关键点温度连续监测， 能够及时准确地发现泄漏。该方法需要布设光纤，购置光纤光栅网络分析仪，成本高。最重要的是，以上方法都是在获知泄漏后去做的补救工作，实时性差，不能在事故发生的当时就获得一手信息，及时处理。就整体而言，关于热力供应管理的系统，相关的研究现在比较少见。ZigBee技术已经在工业生产中有所应用，该技术不存在布线问题，节省成本，而且有安全性、灵活性、可靠性、可管理等优点，但是在热力管道管理方面还没有相应的设计和产品。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，它具有结构合理，成本低的优点。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，它包括沿热力管道设有的传感器节点至少一个，传感器节点与至少一个ZigBee协调器连接，所述ZigBee协调器通过网络与管理系统服务器连接，管理系统服务器连接有人机界面显示终端；管理系统服务器通过网络与用户终端连接。所述传感器节点包括至少一个传感器，所述传感器设于热力管道上，所述传感器通过数据线与控制器连接，控制器通过无线通信芯片与ZigBee协调器连接。所述传感器至少包括压力、流量、温度中的一种。所述控制器为PIC系列控制器。具体为PIC18F4620。所述无线通信芯片具体为CCM20。所述网络具体为LAN或Internet，所述至少一个ZigBee协调器与交换机连接，交换机通过LAN或hternet网络与管理系统服务器连接。所述人机界面显示终端安装有三维可视化技术实现的前台管理系统。所述传感器节点为传感器与控制器与无线通信芯片三者连接集成为一体。通过传感器节点的开发、热力管道流体的信息采集、ZigBee无线通信技术的应用， 在前台管理系统的三维可视化显示技术的基础上，方便管理人员对传感器节点的属性信息进行查询，实现自动故障报警功能，能够快速定位，方便检测维修管理等。热力公司的工作人员可以根据反馈的信息，设定好设备参数，由相关系统随时调整管道阀门开关的大小，不但保证了居民用热、工业用热，又降低了无谓浪费，达到节能、降耗的目的。传感器节点的状态信息在管理平台显示，包括温度、压力、流速或其它检测物理量等，管理员可以根据需要进行传感器种类配置进行状态检测，判断管道情况和意外事件，并且系统也会有相应的警示信息。另外，传感器通过ZigBee网络设备，由LAN或hternet连接至服务器。管理员可以随时通过^ternet访问到服务器，了解传感节点状态，并能对传感器节点加以控制。该课题在管理平台上用到三维可视化技术，该技术现在比较成熟，应用广泛，在数字化城市、 地下管道管理等方面大有可为。在当今注重节能减排、注重生产、生活安全的情况下，热力供应的安全和节能措施，已经成为国内、国际热力供应公司、热力设备厂商所重点关注的一个热点整个系统，传感器布置在热力管道内部，采集数据通过数据线发送到热力管道外的PIC控制器，由CCM20无线通信芯片发给ZigBee协调器，通过网络发送给管理系统，管理系统通过三维可视的人机界面，实现热力管线的数据采集、管理控制。管理员也可以通过 hternet访问管理系统，实现远程监控热力管线。本方案基于Microchip的PICI8微控制器、Chipcon的CCM20收发器、传感器构
建的传感器节点。[0029]前台应用借鉴数字城市技术，方便、迅捷的实现系统管理；加上三维场景，丰富系统功能。三维可视化方面采用VRP技术，VRP是VR-Platform的简称。VR-Platform三维互动仿真平台是一款三维虚拟现实平台软件，可广泛的应用于视景仿真、城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，他的出现将给正在发展的VR产业注入新的活力。采用PIC18F4620作为传感器节点的主控芯片。它拥有13路模拟信号输入。可以将模拟信号转换为相应的10位数字信号。在本项目中，通过PIC18F4620对温度、压力和流量传感器进行3路数据采集，满足其使用需求。同时，模拟信号端口可作为普通IO 口使用， 以方便单片机与数字传感器之间的通信。PIC18F4620采用ADC0N0、ADCONl、ADC0N2这3个控制寄存器来控制AD转换的端
口和方式，用于避免多路转换中可能出现的冲突。温度传感器采用北京瑞利威尔科技发展有限公司的JWB/C型温度变送器。其温度范围为200-—+5000C，可采用0-5ν模拟输出。液体压力传感器采用长沙钛合电子设备有限公司的PPM142L型传感器，其量程可从O-IOOmpa之间任选，并可采用航空插头进行模拟输出。流量传感器采用中国红旗仪表的HQ-ISF智能插入式流量计，其公称压力为0. 6 42MPa，工况温度为-200°C +500°C。符合使用要求，并可输出模拟量，经过升压后可使用 PIC18F4620对其进行数据采集。通信芯片采用CCM20模块，采用ZigBee技术，在2. 4GHZ频段通信。通过12针接口盘，可与PIC18F4620进行连接并通信。本实用新型的有益效果热力管道的管理在以前大多处于无序状态，不能够很好的做到节能，而且不能及时发现问题、解决问题，从而造成了各种损失，给社会带来了负面影响。基于ZigBee物联网技术的热力管道管理与检测方案中，ZigBee本身是一种新的系统集成技术，将ZigBee技术开发成产品，并成功地用于解决实际的生产问题。该项技术把PICI8微控制器、CC2420收发器、传感器集成后做出传感器节点，能够大大地降低系统成本。三维可视化技术实现的前台管理系统的开放性、安全性、健壮性和友好性，是本实用新型先进性的最终体现。
图1为传感器节点结构示意图；图2为系统整体结构示意图。其中，1.传感器，2.控制器，3.无线通信芯片，4. zigbee协调器，5.交换机，6管理系统服务器，7.网络，8.传感器节点，9.热力管道。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
5[0046]—种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，它包括沿热力管道设有的至少一个传感器节点8，传感器节点8与至少一个ZigBee协调器4连接，所述ZigBee协调器 4通过网络与管理系统服务器6连接，管理系统服务器6连接有人机界面显示终端。管理系统服务器通过网络7与用户终端连接。所述传感器节点8包括至少一个传感器1，所述传感器1设于热力管道9上，所述传感器1通过数据线与控制器2连接，控制器2通过无线通信芯片3与ZigBee协调器4连接。所述传感器1包括压力传感器、流量传感器、温度传感器。所述控制器2为PIC系列控制器。所述控制器2具体为PIC18F4620。 所述无线通信芯片3具体为CCM20。所述网络具体为LAN或hternet，所述至少一个ZigBee协调器4与交换机5连接，交换机5通过LAN或hternet网络与管理系统服务器6连接。所述传感器节点为传感器1与控制器2与无线通信芯片3三者连接集成为一体。所述人机界面显示终端安装有三维可视化技术实现的前台管理系统。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是，它包括沿热力管道设有的传感器节点至少一个，传感器节点与至少一个ZigBee协调器连接，所述ZigBee协调器通过网络与管理系统服务器连接，管理系统服务器连接有人机界面显示终端；管理系统服务器通过网络与用户终端连接。
2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述传感器节点包括至少一个传感器，所述传感器设于热力管道上，所述传感器通过数据线与控制器连接，控制器通过无线通信芯片与ZigBee协调器连接。
3.如权利要求2所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述传感器至少包括压力、流量、温度中的一种。
4.如权利要求2所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述控制器为PIC系列控制器。
5.如权利要求4所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述控制器具体为PIC18F4620。
6.如权利要求2所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述无线通信芯片具体为CCM20。
7.如权利要求1所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述网络具体为LAN或hternet，所述至少一个ZigBee协调器与交换机连接，交换机通过hternet网络与管理系统服务器连接。
8.如权利要求1所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是， 所述人机界面显示终端安装有三维可视化技术实现的前台管理系统。
9.如权利要求1或2所述的一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，其特征是，所述传感器节点为传感器与控制器与无线通信芯片三者连接集成为一体。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZigBee物联网技术的热力管道检测系统，它包括沿热力管道设有的至少一个传感器节点，传感器节点与至少一个ZigBee协调器连接，所述ZigBee协调器通过网络与管理系统服务器连接，管理系统服务器连接有人机界面显示终端。管理系统服务器通过网络与用户终端连接。本实用新型的有益效果采用基于ZigBee物联网技术的热力管道管理与检测及时发现问题、解决问题，同时把PICI8微控制器、CC2420收发器、传感器集成后做出传感器节点，能够大大地降低系统成本。三维可视化技术实现的前台管理系统的开放性、安全性、健壮性和友好性，是本实用新型先进性的最终体现。
文档编号H04W84/18GK202228931SQ201120377498
公开日2012年5月23日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者刘振栋, 孙鹏, 张志军, 徐功文, 杨磊, 许丽娜, 韩国勇, 马宏伟 申请人:山东建筑大学