基于智能感知的小区集中供暖分户计量系统的设计与实现

摘要

目前，集中供暖已逐渐成为我国北方城镇的主要采暖方式。随着生活水平的提高，供暖面积快速增加，从而导致建筑采暖能耗迅速增加。研究结果表明，采用集中供暖分户计量系统能显著降低能源消耗，因此，推广集中供暖分户计量系统已成为我国节能减排工作的重点。然而，随着供暖系统规模的快速扩大，现有的集中供暖系统在系统部署、维护以及计量方法等方面呈现出不少问题。针对上述问题，本文以实际项目为依托，对集中供暖中最为典型的小区集中供暖分户计量系统进行研究，主要研究工作和成果如下:
　　 1.本文首先介绍了笔者参与开发的集中供暖分户计量系统的基本需求、小区集中供暖分户计量系统所涉及的通信技术以及主要硬软件组成部分，主要涉及服务器、楼栋协调器、室温控制器和无线控制阀等硬件以及基于Android系统的智能终端App。
　　 2.给出了面向小区集中供暖的远程监控系统的三级架构。为降低服务器通信的开销，采用UDP传输协议，并针对UDP的缺陷，在应用层设计了特定的数据帧结构，配合应用层重传机制，实现数据的可靠传输。
　　 3.为克服现有供暖系统的部署方式比较繁琐且各方之间分工不够明确的缺陷，提出了一种基于智能感知的集中供暖系统的部署方法，实现了设备的自动组网、自动注册、设备名称与设备ID之间的自动绑定以及新旧设备的快捷更换等。
　　 4.提出了一种结合温度面积法和流量面积法的末端用热计量和采集方法，通过引入一种新型的无线开度阀和基于数据融合的采集机制，使其得以实现。在此基础上给出了一种末端防作弊措施，可以有效克服末端用户随意开窗、放热等现象。
　　 在上述工作的基础上，设计实现了面向小区集中供暖的远程监控系统并得以应用。实际应用表明，本系统具有部署简单、控制方便、计量合理的特点，符合集中供暖分户计量系统的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外集中供暖的现状

1．2．2 我国集中供暖的现状

1．2．3 国内集中供暖系统的发展趋势

1．3 目前存在的问题

1．4 研究内容

1．5 章节安排

第二章 小区集中供暖系统的需求与主要组成

2．1 集中供暖功能需求

2．1．1 室温调控

2．1．2 热计量

2．1．3 数据远传

2．1．4 远程监控

2．2 集中供暖的通信技术

2．2．1 Zigbee

2．2．2 GPRS模块与TCP／IP

2．3 室温控制器

2．3．1 获取实时室温

2．3．2 控制电动球阀开度

2．3．3 实时时钟

2．3．4 上传实时温度与状态

2．3．5 接收命令并响应

2．4 楼栋协调器

2．5 服务器及其内部模块

2．6 智能终端软件

2．7 本章小结

第三章 集中供暖系统的架构与部署方法

3．1 集中供暖系统的架构

3．1．1 楼栋协调器与服务器间的通信

3．1．2 楼栋协调器的网络管理

3．1．3 楼栋通信网络

3．1．4 集中供暖系统通信流程

3．2 基于智能感知的部署方案

3．2．1 智能感知技术

3．2．2 方案的优势和原理

3．2．3 楼栋设备的部署和更换步骤

3．2．4 楼栋协调器的部署和更换

3．2．5 室温控制器的安装和更换

3．2．6 无线开度阀的部署和更换

3．3 本章小结

第四章 末端温度调节与计量

4．1 末端温度调节装置的设计方案

4．2 计量方式

4．2．1 常见的热计量方式

4．2．2 基于温度面积法和流量面积法的热计量方案

4．2．3 基于楼栋比对的防作弊计量机制

4．2．4 楼栋网络内数据收集方式

4．3 基于智能感知的无线开度阀的设计

4．4 本章小结

第五章 系统的软件实现

5．1 室温控器软件的实现

5．1．1 Z-Stack协议栈

5．1．2 IAR EW8051 IDE

5．1．3 温控器程序的模块化设计

5．1．4 系统参数的调节

5．1．5 温度控制器的出厂参数配置

5．1．6 温控器程序的调试、生成、烧写与运行

5．1．7 温控器运行的实验结果

5．2 Zigbee协调器模块程序设计与实现

5．3 智能终端授权软件的设计与实现

5．4 服务器端软件的实现

5．4．1 开发平台和工具

5．4．2 实时通信服务器程序

5．4．3 Web管理系统的实现

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

研究生期间的研究成果