供熱系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

摘要：為了適應(yīng)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，文中將無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)和無線通信技術(shù)應(yīng)用到供熱系統(tǒng)中，并結(jié)合預(yù)收費(fèi)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，提出了一種供熱系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案，并給出了整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方法。通過該終端網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)供熱數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線自動(dòng)傳送，從而為供熱系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控，提高節(jié)能減排效果。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；供熱系統(tǒng)；ZigBee；GPRS

0 引言
繼互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信之后，物聯(lián)網(wǎng)無疑是引發(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(gòu)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(xiàn)對(duì)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(zhàn)略研究路線圖”，力推物聯(lián)網(wǎng)在航空航天、汽車、醫(yī)療、能源等18個(gè)主要領(lǐng)域的應(yīng)用。目前歐美國家已將RFID技術(shù)應(yīng)用于交通、車輛管理、身份識(shí)別、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、倉儲(chǔ)管理及物資跟蹤等領(lǐng)域。在國內(nèi)，2011年，物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)品已率先在上海浦東國際機(jī)場防入侵系統(tǒng)中得到應(yīng)用。該系統(tǒng)可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。濟(jì)南園博園也采用ZigBee無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了園內(nèi)路燈的物聯(lián)網(wǎng)控制。
隨著我國城市供熱體制改革的不斷推進(jìn)，國內(nèi)供熱城市大多要求以節(jié)能減排為目的，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)控和戶使用熱量表收費(fèi)。基于此，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(yīng)用到熱力系統(tǒng)中，提出了預(yù)付費(fèi)與遠(yuǎn)程抄送相結(jié)合的供熱系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的非接觸傳輸及結(jié)算交易控制，為實(shí)現(xiàn)城市集中供熱智能化管理提供了可能性。此系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市、數(shù)字社區(qū)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 物聯(lián)網(wǎng)供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)包括預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)和無線遠(yuǎn)程抄送系統(tǒng)，系統(tǒng)主要南射頻卡、終端系統(tǒng)、集中器和中心服務(wù)器組成。其中，終端系統(tǒng)由熱量表、采集器和鎖閉閥構(gòu)成，采集器通過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(yīng)用ZigBee技術(shù)構(gòu)成無線數(shù)據(jù)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(yuǎn)，設(shè)計(jì)采用GPRS模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無線通信，圖1所示是該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

1．1 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)
預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)由射頻卡、熱量表、鎖閉閥、采集器和集中器構(gòu)成，射頻卡與熱量表、鎖閉閥和采集器通過集中器形成映射關(guān)系，圖2所示是基于射頻卡的預(yù)付費(fèi)工作原理圖。

首先，用戶到熱力公司充值，使射頻卡內(nèi)含有一定的購熱量。當(dāng)射頻卡進(jìn)入集中器的識(shí)讀器工作場時(shí)，集中器通過識(shí)讀器獲取射頻卡數(shù)據(jù)(用戶信息、購熱量等)并進(jìn)行存儲(chǔ)、比較等處理．最后對(duì)射頻卡進(jìn)行數(shù)據(jù)清零處理。集中器定時(shí)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，采集器再將熱量表的數(shù)據(jù)返回給集中器。這樣，根據(jù)用戶的用熱情況，用戶的購熱量將逐漸減少，當(dāng)其值減為零時(shí)，集中器發(fā)送關(guān)閉鎖閉閥命令，停止對(duì)該用戶供熱，直至再次充值。
1．2 無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)抄送系統(tǒng)
該系統(tǒng)由中心服務(wù)器、集中器和終端(采集器、熱量表和鎖閉閥)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)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ZigBee網(wǎng)絡(luò)讀取每個(gè)熱量表的數(shù)據(jù)(熱量、管道流速、供回水溫度等)，通過GPRS通信模塊以IP數(shù)據(jù)包的方式把數(shù)據(jù)匯總到服務(wù)器，供熱中心主機(jī)的管理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲(chǔ)等，從而為熱力公司的協(xié)調(diào)部門提供數(shù)據(jù)。