大容量地暖控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大容量地暖控制系统，包括：分级主机、网关、网络服务器、终端设备及m个Zigbee采集及智能控制节点，分级主机、网关、网络服务器、终端设备顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点分别与分级主机连接；n台分级主机的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关连接；Zigbee采集及智能控制节点包括：数据采集模块、控制单元和数据收发模块，数据采集模块、控制单元和数据收发模块顺次连接，数据收发模块与分级主机连接。本实用新型扩大了zigbee网络的覆盖范围，使得整个系统只需一个可以连接因特网的设备和通信线路即可，降低了系统的成本。
【专利说明】
大容量地暖控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种大容量地暖控制系统，属于地暖控制技术领域。
【背景技术】
[0002]现有的智能地暖控制系统可主要应用于以下三种场景:
[0003]水供热地暖:智能地暖控制系统用于控制水供热温度，同时控制在低温下不使用水供热地暖时，水管内有小流量水循环，确保管路内不冻结；
[0004]电供暖地暖:智能地暖控制系统用于控制电供暖温度，可实现节电、预热，部分回路供热等；
[0005]空调、水结合地暖系统:智能地暖控制系统用于控制地暖温度，同时避免管路内冻结。
[0006]但是该智能地暖控制系统使用有线(485通信)或者无线控制，对外提供的可控性主要为开/关，温度显示及设定，而且单系统控制回路的数量一般也不超过十个，仅仅适用于单个家庭使用。
[0007]此外，申请号为201120547365.8的专利申请公开了一种“地暖用恒温无线控制系统”，可实现对地暖进行控制。但是该系统仍然存在以下缺点:
[0008](I)使用有线或无线组网的方式，以单个家庭住户为独立系统(即以一个家庭为一个Zigbee网络)，需要每一个住户都安装网关连接到因特网，而且要保证每个家庭可以连接到因特网的通信设备和线路，但是现实生活中，比如海边的房子，其一年四季大部分时间可能都没人，那么专门安装网关、通信设备和线路进行联网实现地暖控制，不仅成本高昂，而且资源浪费非常严重(包括网关、通信设备和线路成本及地暖资源)；另外，该地暖控制系统只能实现各个住户控制自己家的地暖，无法对公寓式大容量住户的地暖进行统一控制，因而使用范围受限；
[0009](2)提供门限式开、关控制。其设定一个温度值，当实际温度低于该设定温度值时，则系统启动加热部件，当实际温度高于该设定温度值时，则系统关闭加热部件。由于加热器的控制方式只是简单的启停，从而导致了温度控制不稳定、温度波动范围大、电力功耗大等缺点；
[0010](3)该系统由多个分散独立的子系统构成，整个系统的成本非常高昂。
【实用新型内容】
[0011 ]本实用新型的目的在于，提供一种大容量地暖控制系统，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是现有的地暖控制系统的整个系统成本非常高昂，而且其无法实现对公寓式大容量住户的地暖进行统一控制，导致资源浪费严重的问题。
[0012]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案:一种大容量地暖控制系统，包括:分级主机、网关、网络服务器、终端设备及m个Zigbee采集及智能控制节点，所述的分级主机、网关、网络服务器、终端设备顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点分别与分级主机连接，其中，2 < m;所述的分级主机的数量为η，η台分级主机的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点连接一台分级主机，I < η < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点包括:数据采集模块、控制单元和数据收发模块，所述的数据采集模块、控制单元和数据收发模块顺次连接，数据收发模块与分级主机连接。
[0013]上述系统中，每台分级主机可连接30个以内的Zigbee采集及智能控制节点，从而可以保证系统低成本的同时，不会造成网络拥塞和网络冲突，使得数据传输效率、处理效率也较高，保证了系统的可靠性。
[0014]更优选的，所述的分级主机包括k级，其中，第j+Ι级分级主机与第j级分级主机进行一对一或一对多连接，第I级分级主机的另一端分别与Zigbee采集及智能控制节点进行一对一或一对多连接，第k级分级主机的另一端分别与网关连接;2 < k, I < j < k-1，从而可以根据楼宇、社区等的大小，更进一步扩大系统容量，同时保证较高的数据传输效率及处理效率。
[0015]上述系统中，第I级分级主机可连接30个以内的Zigbee采集及智能控制节点，第j+I级分级主机可连接30个以内的第j级分级主机，网关可连接30个以内的第k级分级主机，从而可以根据实际楼宇、社区等的大小，自适应调节分级主机的级数，同时保证系统的成本较低，不会造成网络拥塞和网络冲突，使得数据传输效率及处理效率较高，提高了系统的可靠性。
[0016]前述的大容量地暖控制系统中，所述的分级主机包括:第一z i gb e e协调器和zigbee节点，所述的第一zigbee协调器和zigbee节点串联连接;第j + Ι级分级主机的第一zigbee协调器与第j级分级主机的zigbee节点进行一对一或一对多连接，第I级分级主机的第一 zigbee协调器与Zigbee采集及智能控制节点进行一对一或一对多连接，第k级分级主机的zigbee节点分别与网关连接，从而实现了由若干个子网组成一个大的zigbee网络(SP设定不同级别的分级主机，每个分级主机中分别设有zigbee协调器和zigbee节点，让上一级分级主机的zigbee协调器控制下一级分级主机的zigbee节点，层层递进，相当于形成了多个Zigbee子网)，扩展了系统的容量，同时避免了数据的拥塞和网络冲突。
[0017]前述的大容量地暖控制系统中，所述的Zigbee采集及智能控制节点还包括:功率调节部件，所述的功率调节部件与控制单元连接，从而可以实现温度的稳定控制，大大节约电力功耗。
[0018]所述的功率调节部件可采用固态继电器，通过控制固态继电器的通、断占空比调节输出平均功率。
[0019]前述的大容量地暖控制系统中，所述的网关包括:以太网模块、主控芯片和第二Zigbee协调器，所述的以太网模块、主控芯片和第二 Zigbee协调器顺次连接，第二 Zigbee协调器与分级主机连接，以太网模块与网络服务器连接，从而实现了 Zigbee网络与互联网的转换，保证了数据的有效转发。
[°02°]前述的系统中，还包括:Zigbee路由节点，所述的Zigbee路由节点分别与Zigbee采集及智能控制节点和分级主机连接，从而可以在存在障碍物或Zigbee采集及智能控制节点与分级主机距离较远时，更好的实现Zigbee采集及智能控制节点与分级主机进行连接。[0021 ]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0022]1、本实用新型通过采用分级主机、网关、网络服务器、终端设备及m个Zigbee采集及智能控制节点，所述的分级主机、网关、网络服务器、终端设备顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点分别与分级主机连接，其中，2 < m，利用zigbee网络切换主机分级技术，扩大了zigbee网络的容量和覆盖范围，使得整个系统只需要一个可以连接因特网的设备和通信线路即可，从而有效降低了整个系统的成本，而且实现了对公寓式大容量住户(如整个楼宇、社区)的地暖进行统一控制，节约了大量的资源(可以根据住户有无人情况，实时调控地暖温度，比如住户如果是朝九晚五工作制，则可以在白天时，将地暖温度调节低一些，晚上到早上这段时间将地暖温度调节高一些)；此外，所述的分级主机的数量为n，n台分级主机的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点连接一台分级主机，I < η < m，从而使得若干个小网络组成一个大网络，可以进一步扩大系统容量，同时可以减少数据的拥塞和网络冲突，提高数据的传输效率及处理效率，使得该系统可以更好的应用于楼宇、社区等地方，实现地暖的实时统一管控；
[0023]2、本实用新型通过将zigbee网络分成若干个子网，在子网上层，设计分级主机，使得分级主机处于两层网络中，从而可以有效控制下一级网络，同时实现两层网络间数据的有效转发，而且本实用新型中，实际采用几级网络可以根据现场需求灵活设定；
[0024]3、本实用新型无需改变现有的地暖应用系统(可适用于现有的三种地暖方式)，即可通过Ad Hoc网络技术建立拥有大量采集节点和控制节点的无线网络，为现有的地暖控制接口提供更为智能、人性化的控制；
[0025]4、本实用新型以Zigbee技术为无线网络核心，对内可实现复杂、多样、准确的地暖统一控制，对外可提供简单、便捷、丰富的人机交互、智能控制；
[0026]5、本实用新型的系统可实现容纳多达5000个以上的Zigbee采集及智能控制节点(每个Zigbee采集及智能控制节点可连接一个加热回路)，实现多个Zigbee采集及智能控制节点在一个无线网络中的汇聚，终端设备可采用权限分级和绑定的方式，实现业主自己监控自家的地暖系统，也可实现将权限赋予物业，物业来管控授予权限的网络内的各个Zigbee采集及智能控制节点；
[0027]6、本实用新型的系统已经过多种情况模拟验证，网络容量可从I个节点(S卩Zi gbee采集及智能控制节点)到5000个以上、控制节点与网关的无线通信距离可从O到10公里以上，zigbee网络的中继转发功能、网络数据传递的精准度等均较好，证实了本实用新型的方案可行；
[0028]7、本实用新型中，通过在每个子网内设定一定数量的Zigbee路由节点，从而可以保证网络的健壮，提高数据的传输效率；
[0029]8、本实用新型的系统为一个统一的大容量系统，采用一个公网Internet出口(SP只需要设置一个网关)即可，相对于现有的分散独立的多个系统，大大降低了 Internet接入成本及系统成本;且采用本实用新型的系统后，既可以实现地暖的集中管控也可以实现单独管控，相对于现有的只能进行单独管控的系统性能更优；
[0030]9、本实用新型中的分级主机具有路由功能，不仅提高了网络的健壮性，扩大了网络覆盖范围，而且当数据传输过程中某一个起路由作用的节点出现问题时，数据还可以通过其他节点转发，保证了系统的稳定性。
【附图说明】
[0031]图1是本实用新型一种实施例的系统结构示意图；
[0032]图2是本实用新型的一种实施例中包含各个部件的内部结构的系统结构示意图；
[0033]图3是本实用新型实施例5的系统结构示意图。
[0034]附图标记:1_分级主机，2-网关，3-网络服务器，4-终端设备，5-Zigbee采集及智能控制节点，6-数据采集模块，7-控制单元，8-数据收发模块，9-第一z igbee协调器，10-zigbee节点，11-功率调节部件，12-以太网模块，13-主控芯片，14-第二Zigbee协调器，15-Zigbee路由节点。
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明。
【具体实施方式】
[0036]本实用新型的实施例1: 一种大容量地暖控制系统，如图1、图2所示，包括:分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4及m个Zigbee采集及智能控制节点5，所述的分级主机
1、网关2、网络服务器3、终端设备4顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点5分别与分级主机I连接，其中，2 < m;所述的分级主机I的数量为η，η台分级主机I的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关2连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点5连接一台分级主机I，I < η < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点5包括:数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8，所述的数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8顺次连接，数据收发模块8与分级主机I连接。所述的分级主机I包括k级，其中，第j+Ι级分级主机I与第j级分级主机I进行一对一或一对多连接，第I级分级主机I的另一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，第k级分级主机I的另一端分别与网关2连接;2 < k, I < j < k-1。所述的分级主机I包括:第一zigbee协调器9和zigbee节点10，所述的第一 z igbee协调器9和z igbee节点10串联连接;第j + Ι级分级主机I的第一zigbee协调器9与第j级分级主机I的zigbee节点10进行一对一或一对多连接，第I级分级主机I的第一 zigbee协调器9与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，第k级分级主机I的zigbee节点10分别与网关2连接。
[0037]实施例2:—种大容量地暖控制系统，如图2所示，包括:分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4及m个Zigbee采集及智能控制节点5，所述的分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点5分别与分级主机I连接，其中，2Sm;所述的分级主机I的数量为η，n台分级主机I的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关2连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点5连接一台分级主机1,1 <n < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点5包括:数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8，所述的数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8顺次连接，数据收发模块8与分级主机I连接。所述的Zigbee采集及智能控制节点5还包括:功率调节部件11，所述的功率调节部件11与控制单元7连接。
[0038]实施例3:—种大容量地暖控制系统，如图2所示，包括:分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4及m个Zigbee采集及智能控制节点5，所述的分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点5分别与分级主机I连接，其中，2Sm;所述的分级主机I的数量为η，n台分级主机I的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关2连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点5连接一台分级主机1,1 <n < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点5包括:数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8，所述的数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8顺次连接，数据收发模块8与分级主机I连接。所述的网关2包括:以太网模块12、主控芯片13和第二Zigbee协调器14，所述的以太网模块12、主控芯片13和第二 Zigbee协调器14顺次连接，第二Zigbee协调器14与分级主机I连接，以太网模块12与网络服务器3连接。
[0039]实施例4:一种大容量地暖控制系统，如图1所示，包括:分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4及m个Zigbee采集及智能控制节点5，所述的分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点5分别与分级主机I连接，其中，2Sm;所述的分级主机I的数量为η，n台分级主机I的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关2连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点5连接一台分级主机1,1 <n < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点5包括:数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8，所述的数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8顺次连接，数据收发模块8与分级主机I连接。还包括:Zigbee路由节点15，所述的Zigbee路由节点15分别与Zigbee采集及智能控制节点5和分级主机I连接。
[0040]实施例5:—种大容量地暖控制系统，如图3所示，包括:分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4及m个Zigbee采集及智能控制节点5，所述的分级主机1、网关2、网络服务器3、终端设备4顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点5分别与分级主机I连接，其中，2Sm;所述的分级主机I的数量为η，n台分级主机I的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点5进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关2连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点5连接一台分级主机1,1 <n < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点5包括:数据采集模块
6、控制单元7和数据收发模块8，所述的数据采集模块6、控制单元7和数据收发模块8顺次连接，数据收发模块8与分级主机I连接。
[0041 ]本实用新型的一种实施例的工作原理:
[0042]m个Zigbee采集及智能控制节点5中的数据采集模块6(如温度采集传感器)分别采集其所在位置的室内温度(若存在障碍或者Zigbee采集及智能控制节点5与分级主机I之间的距离较远，则可以在二者之间设置Zigbee路由节点15)，控制单元7(还可控制加热器的通断电及其工作电流)将该室内温度与其自身的ID进行匹配后通过数据收发模块8发送至分级主机I中的第一 zigbee协调器9(即每个节点会发送信息至其自己网络中的协调器)；第I级分级主机I中的第一 zigbee协调器9接收所述的室内温度与ID的匹配信息后，通过串口发送至该分级主机I中的zigbee节点10，zigbee节点10再将该信息进一步发送至第2级分级主机I中的第一zigbee协调器9(即该节点自己网络中的协调器)，以此类推，直至该信息发送至网关2中的第二 Zigbee协调器14;主控芯片13将该信息再进一步通过以太网模块12发送至网络服务器3;用户通过终端设备4(PC机或智能终端，根据权限等级可以绑定若干或者全部Zigbee采集及智能控制节点5，终端设备4可显示已绑定节点信息)利用账号登录网络服务器3(网络服务器3可完成整个系统的数据转发和存储，完成Zigbee采集及智能控制节点5的权限分配，实现终端设备4与Zigbee采集及智能控制节点5的绑定)，可以查看地暖温度，也可以针对某个Zigbee采集及智能控制节点5的ID发送控制信息，将地暖的温度设定为某一数值;所述的控制信息通过网关2、分级主机I反馈至m个Zigbee采集及智能控制节点5;各个Zigbee采集及智能控制节点5将自身的ID与反馈回的ID进行匹配，若反馈回的ID与自身ID匹配，则控制单元7利用功率调节部件11根据所述的控制信息调节其所在位置的供热回路的温度。
[0043]实验例:
[0044]以企业员工公寓楼电供热地暖系统为例。公寓楼内的每间公寓为一个单独的电供热地暖回路，每一层或多层作为一个Zigbee无线网络，再接入同一个通信网关，从而使得不同公寓住户或公寓管理者可通过终端设备对相应的公寓地暖进行控制。每间公寓均可以由使用者或管理者设定独立的工作状态，可设定的工作状态包括:供热规律、各时间段供热状态的指定温度、供热方式(快速供热或节能供热)。中央控制室可以统一控制系统状态、显示系统信息、统计工作时间、耗电量等。
[0045]情景描述:固定作息习惯住户(作五休二，朝九晚五)的使用，工作日离开公寓后地暖停止工作，在住户归来时将地暖预热至指定温度，预热时采用本实用新型的变功率方式预热，即室内温度越接近指定温度时，供热功率越低;休息日全天供暖;住户可随时通过手机或个人PC查看房间供热与温度信息，另可临时改变设置。
[0046]住户因故将在设定预热时间后返回公寓，为避免资源浪费，仅需使用手机或PC机登录网络服务器3，输入自己的帐号密码，增加临时设置，设定公寓地暖在未来的几个小时内达到预热温度即可。
[0047]或假设住户原计划5:00?5:30使得供热达到预设温度，但城市供电系统故障5:20才恢复电力供应，系统判断原定功率无法在指定时间点完成工作，则会询问用户是否改变供热方式，增加功率以便达到预期效果，经允许或被配置为允许时将控制地暖系统使用大功率达到预期效果。
[0048]本实用新型系数的应用并不局限于一间公寓，对于同一网络下的千余公寓住户，均可设置不同的、适合自身的地暖使用计划，其控制方式均为简单的终端设备4访问指定网络服务器3即可。
【主权项】
1.一种大容量地暖控制系统，其特征在于，包括:分级主机(I)、网关(2)、网络服务器(3)、终端设备(4)及m个Zigbee采集及智能控制节点(5)，所述的分级主机(I)、网关(2)、网络服务器(3)、终端设备(4)顺次连接，m个Zigbee采集及智能控制节点(5)分别与分级主机(I)连接，其中，2 < m;所述的分级主机(I)的数量为η，η台分级主机(I)的一端分别与Zigbee采集及智能控制节点(5)进行一对一或一对多连接，另一端分别与网关(2)连接;其中，每个Zigbee采集及智能控制节点(5)连接一台分级主机(I)，I < η < m;所述的Zigbee采集及智能控制节点(5)包括:数据采集模块(6)、控制单元(7)和数据收发模块(8)，所述的数据采集模块(6)、控制单元(7)和数据收发模块(8)顺次连接，数据收发模块(8)与分级主机(I)连接。2.根据权利要求1所述的大容量地暖控制系统，其特征在于，所述的分级主机(I)包括k级，其中，第j+Ι级分级主机(I)与第j级分级主机(I)进行一对一或一对多连接，第I级分级主机(I)的另一端分别与Zigbee采集及智能控制节点(5)进行一对一或一对多连接，第k级分级主机(I)的另一端分别与网关(2)连接;2<k，l< j<k-l。3.根据权利要求2所述的大容量地暖控制系统，其特征在于，所述的分级主机(I)包括:第一zigbee 协调器(9)和zigbee 节点(10)，所述的第一 zigbee协调器(9 WPzigbeefA(1)串联连接;第j+Ι级分级主机(I)的第一 zigbee协调器(9)与第j级分级主机(I W^zigbeef点(10)进行一对一或一对多连接，第I级分级主机(I)的第一 zigbee协调器(9)与Zigbee采集及智能控制节点(5)进行一对一或一对多连接，第k级分级主机(I)的zigbee节点(10)分别与网关(2)连接。4.根据权利要求1所述的大容量地暖控制系统，其特征在于，所述的Zigbee采集及智能控制节点(5)还包括:功率调节部件(11)，所述的功率调节部件(11)与控制单元(7)连接。5.根据权利要求1所述的大容量地暖控制系统，其特征在于，所述的网关(2)包括:以太网模块(12)、主控芯片(13)和第二 Zigbee协调器(14)，所述的以太网模块(12)、主控芯片(13)和第二 Zigbee协调器(14)顺次连接，第二 Zigbee协调器(14)与分级主机(I)连接，以太网模块(12)与网络服务器(3)连接。6.根据权利要求1?5任一项所述的大容量地暖控制系统，其特征在于，还包括:Zigbee路由节点(15)，所述的Zigbee路由节点(15)分别与Zigbee采集及智能控制节点(5)和分级主机(I)连接。
【文档编号】F24D19/10GK205536114SQ201620006809
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月4日
【发明人】高泽坤
【申请人】高泽坤