供熱系統物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò )設計

摘要：為了適應物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展和我國城市供暖體制改革的需要，文中將無(wú)線(xiàn)射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應用到供熱系統中，并結合預收費系統和遠程數據傳送系統，提出了一種供熱系統物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò )的設計方案，并給出了整體系統結構、硬件設計和軟件設計方法。通過(guò)該終端網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現供熱數據的遠程實(shí)時(shí)在線(xiàn)自動(dòng)傳送，從而為供熱系統提供實(shí)時(shí)、準確的數據，使供熱系統實(shí)現有效調控，提高節能減排效果。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；供熱系統；ZigBee；GPRS

0 引言
繼互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信之后，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)疑是引發(fā)新一輪信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)浪潮的重要產(chǎn)業(yè)，并已經(jīng)成為國際新的一輪技術(shù)競爭的關(guān)鍵點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是利用IT技術(shù)構建一個(gè)物質(zhì)與物質(zhì)之間的信息交互網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現對物質(zhì)的智能化實(shí)時(shí)管理與控制，提高資源的利用率和生產(chǎn)率。2009年10月，歐盟推出“物聯(lián)網(wǎng)戰略研究路線(xiàn)圖”，力推物聯(lián)網(wǎng)在航空航天、汽車(chē)、醫療、能源等18個(gè)主要領(lǐng)域的應用。目前歐美國家已將RFID技術(shù)應用于交通、車(chē)輛管理、身份識別、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制、倉儲管理及物資跟蹤等領(lǐng)域。在國內，2011年，物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)品已率先在上海浦東國際機場(chǎng)防入侵系統中得到應用。該系統可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。濟南園博園也采用ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現了園內路燈的物聯(lián)網(wǎng)控制。
隨著(zhù)我國城市供熱體制改革的不斷推進(jìn)，國內供熱城市大多要求以節能減排為目的，實(shí)現供熱系統的自動(dòng)化調控和戶(hù)使用熱量表收費?；诖?，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)應用到熱力系統中，提出了預付費與遠程抄送相結合的供熱系統物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò )設計方案，以實(shí)現對計量數據的非接觸傳輸及結算交易控制，為實(shí)現城市集中供熱智能化管理提供了可能性。此系統是實(shí)現數字城市、數字社區的堅實(shí)基礎，具有很高的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

1 物聯(lián)網(wǎng)供熱系統結構
本系統包括預付費系統和無(wú)線(xiàn)遠程抄送系統，系統主要南射頻卡、終端系統、集中器和中心服務(wù)器組成。其中，終端系統由熱量表、采集器和鎖閉閥構成，采集器通過(guò)接口電路與熱量表通信和控制鎖閉閥；集中器與采集器之間應用ZigBee技術(shù)構成無(wú)線(xiàn)數據通信局域網(wǎng)；中心服務(wù)器與集中器之間由于通訊距離較遠，設計采用GPRS模塊實(shí)現遠距離的無(wú)線(xiàn)通信，圖1所示是該系統的結構框圖。

1．1 預付費系統
預付費系統由射頻卡、熱量表、鎖閉閥、采集器和集中器構成，射頻卡與熱量表、鎖閉閥和采集器通過(guò)集中器形成映射關(guān)系，圖2所示是基于射頻卡的預付費工作原理圖。

首先，用戶(hù)到熱力公司充值，使射頻卡內含有一定的購熱量。當射頻卡進(jìn)入集中器的識讀器工作場(chǎng)時(shí)，集中器通過(guò)識讀器獲取射頻卡數據(用戶(hù)信息、購熱量等)并進(jìn)行存儲、比較等處理．最后對射頻卡進(jìn)行數據清零處理。集中器定時(shí)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )向采集器發(fā)送數據請求，采集器再將熱量表的數據返回給集中器。這樣，根據用戶(hù)的用熱情況，用戶(hù)的購熱量將逐漸減少，當其值減為零時(shí)，集中器發(fā)送關(guān)閉鎖閉閥命令，停止對該用戶(hù)供熱，直至再次充值。
1．2 無(wú)線(xiàn)遠程數據抄送系統
該系統由中心服務(wù)器、集中器和終端(采集器、熱量表和鎖閉閥)構成，其結構圖如圖3所示。中心服務(wù)器配置固定的IP地址，各個(gè)集中器通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )讀取每個(gè)熱量表的數據(熱量、管道流速、供回水溫度等)，通過(guò)GPRS通信模塊以IP數據包的方式把數據匯總到服務(wù)器，供熱中心主機的管理系統完成數據的處理、分析、存儲等，從而為熱力公司的協(xié)調部門(mén)提供數據。