专利名称：基于互联网的热力供暖远程监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及互联网应用及测控技术，具体的说是一种基于互联网的热力供暖远程监测系统。
背景技术：
我们知道，供热公司或锅炉房供暖系统管理的好坏，不仅关系到每个家庭，每个宿舍，每个办公室或生产车间的温暖，而且对供热公司的能源消耗和经济效益有很大的影响。目前，供暖系统普遍存在着的问题是热力失调，冷热不均，远冷近热现象严重。为解决这个问题，往往是盲目增加水泵，扩大管径，增加烧煤量，造成投资增加和煤电浪费。
1989年3月由河北建工学院和北京军区联合编写的“锅炉供暖系统节能技术”讲义提到，自1988年以来他们使用了一套在机关单位供暖范围内使用的锅炉供暖微机监测系统，其采取的主要技术措施是安装计量监测装置，利用温度传感器与流量传感器，将温度、流量信号采集后，通过地沟架设的电线将温度流量数据传送到锅炉房控制室的主计算机，主机监测各用户节点的回水温度及系统循环水量，根据监测数据，通过对供热系统的调节，实现供热的均衡。这样不但解决了用户近热远冷的难题，而且节煤、节电效果明显。但由于该系统设计方案需要在地沟中架设电线，通过电线将温度和流量传感器的信号传送到锅炉房的数据采集计算机，这种架设明线的方法成本高，施工和维护困难，使该项成果的推广应用受到了限制，同时架线也会受到环境和地域的限制，仅限于在一个单位的供暖范围内使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种成本低、施工维护方便、使用范围广的基于互联网的热力供暖远程监测系统。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是一种基于互联网的热力供暖远程监测系统，其包括与互联网连接的主PC计算机和若干分别与互联网连接的监测装置；所述的主PC计算机包括网络环境和主控制监测程序，所述的监测装置通过互联网接入模块与互联网连接，监测装置包括传感器和主控部件。
本发明由于采用互联网技术，对照现有技术，其省去了架设明线的烦琐和维护的困难，大大降低了系统成本，克服了施工和维护困难的缺陷，同时由于基于互联网的供暖远程监测不受环境和地域的限制，其适合于城市的供热公司在其供暖范围内使用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的监测装置单片机与温度传感器的电路原理图；图3是本发明的EM2000应用示意图；图4是本发明的主PC机控制程序界面；图5是本发明的监测装置的主控制流程图；图6是本发明的监测装置的定时器中断控制流程图；图7是本发明的监测装置的串行口中断控制流程图；图8是本发明的主PC机的控制流程图。
具体实施例方式
一种基于互联网的热力供暖远程监测系统，其包括与互联网连接的主PC计算机和若干分别与互联网连接的监测装置；所述的主PC计算机包括网络环境和主控制监测程序，主PC计算机通过主控制监测程序界面经由互联网与各监测节点的监测装置建立连接，对各节点的监测装置发送监测命令，返回并显示各节点监测装置测得的温度或流量信息；所述的监测装置通过互联网接入模块与互联网连接，监测装置包括传感器和主控部件。
本发明具体使用的主控部件是AT89C51/52单片机，使用的传感器是LM74数字温度传感器和涡街式流量传感器，使用独立的网络接入模块。独立使用的嵌入式网关构成的互联网接入模块是EM2000系列网关，其可以将监测装置连接到互联网中。EM2000网关支持RS232/RS485和以太网(Ethernet)的连接并实现UDP或TCP协议到RS232/RS485数据的转换，实现串行设备接入以太网和Internet。与互联网连接的主PC计算机支持网络环境，通过运行高级语言编写的数据采集和控制程序，实现同时对多个监测点的数据采集和简单的控制。在本发明中，具体使用VB语言编写程序，产生数据采集和控制界面，通过该界面实现对多个监测点的数据采集和简单的控制。
本发明还可以采用其他的传感器，主控部件可以是单片机MCU或数字信号处理器DSP或嵌入式微处理器MPU或单片系统SOC，网络接入模块可以是接入宽带网的嵌入式网关或通过拨号上网的互联网接入模块，互联网接入模块可以独立存在，如果监测装置的主控部件附加网络接入模块功能，也可以包含在监测装置中。
如图1所示，监测装置由单片机与传感器构成，所述传感器可以是温度传感器或流量传感器。首先由单片机读取温度、流量传感器数据后，转换成ASCII码数据形式，再通过单片机的串行口传送给互联网接入模块，由互联网接入模块将数据送到互联网上，由互联网传送给远端的PC机。这里的电源模块采用成品集成电源。
图2是监测装置的单片机与温度传感器的电路原理图。结合该图，说明单片机与温度传感器部分以及单片机与互联网接入模块部分的具体内容如下一、单片机与温度传感器部分数字温度传感器LM74仅提供了SPI串行总线接口，SPI接口是Motorola公司推出的一种3线同步串行总线接口，由于单片机AT89C51/52没有提供专门的SPI接口，在本发明中，使用单片机的普通并行口中的3条线P1.0-P1.2通过程序模拟SPI总线时序，从而达到与LM74接口读取数据的目的。单片机读取温度传感器数据的细节作进一步描述如下1、作为一个监测装置，单片机不仅要读取温度和流量数据，而且要对EM2000接收/发送串行数据等，因此在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中单片机读取传感器数据是在其定时器中断中进行的，即在单片机工作状态下，每隔一定的时间读取一次数据到单片机，在读取间隔内，单片机用来完成其他工作。
2、由于单片机通过程序模拟SPI总线时序，因此在读取过程中，要插入空操作指令NOP来延时，且要根据晶振频率适当调整NOP的个数。
3、由于温度传感器LM74的数据格式是补码形式，需要转换成用户能识别的ASCII码，在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中，先把补码转换成十进制数，再转换成相应的ASCII码。
因本发明采用的涡街式流量传感器输出4-20MA电流，经A/D转换成数字信号后，也通过A/D转换器的SPI串行总线与单片机接口，故关于监测装置的单片机与流量传感器的接口及工作过程与所述单片机与温度传感器部分的内容基本相同，在此不再详述。
二、单片机与互联网接入模块部分单片机与互联网接入模块EM2000的串行通信可以直接将单片机的TTL电平信号连接到EM2000，也可以将单片机的TTL信号转换成EIA电平信号，再通过RS232/RS485标准串行接口连接到EM2000。在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中，是将单片机的串行数据接收、发送线P3.0、P3.1的TTL信号直接连接到EM2000的。这里采用89C51/52的串行口工作方式1，即每帧10位异步通信。当作为波特率发生器的89C51/52定时器T1设置成方式2、时钟频率为11.0592MHZ时，容易获得1.2KB/S--19.2KB/S范围的常用标准异步串行通信波特率，在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中，具体使用4.8KB/S串行通信波特率；EM2000留有标准的10BASE-T双绞网线插孔，可以方便的通过网线接入互联网。
图3是EM2000应用示意图。在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中，互联网接入模块使用的是EM2000系列网关。EM2000系列网关是为了将串行设备接入互联网中而特制的微型嵌入式网关，可支持RS232/RS485或串行TTL信号和以太网的连接，并实现UDP或TCP协议到RS232/RS485或串行TTL数据的转换，实现独立的串行设备以低成本接入以太网和互联网。从图中可见，网络上的主PC计算机同监测装置(device)之间的通信是通过网络接入模块或嵌入式网关EM2000进行的。主PC计算机与EM2000之间的通信是通过TCP/IP协议族为基础的以太网实现的，网络通信过程符合标准的SOCKET接口规范，可方便的利用VB、VC、JAVA等编程语言编写成的网络应用程序通信；EM2000同监测装置之间的通信是通过串行口RS232/RS485连接实现的，如果近距离通信也可直接通过串行TTL电平连接实现，两者之间既可以实现透明的数据流传输，又可以传送类似MODEM的AT协议的简单协议命令。在本发明基于互联网的热力供暖远程监测系统中，使用透明流传输方式并使用VB语言编写网络端程序。一旦远端的PC机与EM2000建立SOCKET后，EM2000即在串口与远端PC机之间透明转发数据。
图4是主PC计算机控制程序界面。通过该界面，网上的主PC计算机可以方便的通过IP地址来选择某一监测节点，并在界面上显示被选中监测节点的温度或流量信息，且可以添加、删除某节点。通过该界面还可以向监测装置的单片机发送复位、启动监测和停止监测命令等。
图5、图6和图7是本发明的监测装置的控制流程图。结合这三个图，对本发明中监测装置的工作过程进一步说明。从图5可看到，监测装置启动后，首先延时一段时间等待系统复位，然后设置各系统参数，并启动主控部件89C51/52的定时器T0开始定时。此后，每当定时器时间到，或监测装置的单片机89C51/52串行口产生中断请求时进入相应的中断服务。所述设置各系统参数包括设置89C51/52的串口传送速率、定时器T0、T1、各中断源的开放/禁止及复位标志等；图6是所述定时器T0的中断服务程序流程图，所述定时器T0的中断是T0定时时间到产生的。定时器中断服务主要是完成对传感器数据的读取，并将数据转换成ASCII码格式后发送给远端的主PC计算机。所述传感器包括数字温度传感器LM74或涡街式流量传感器，所述发送给远端的主PC机是通过嵌入式网关EM2000发送到互联网上，再通过互联网传送给主PC机。单片机89C51/52送到EM2000的数据是通过89C51/52的串行口以TTL电平传送的，也可将TTL电平转换成RS232电平后传送到EM2000的RS232口。每次完成对传感器数据的读取和发送后，要重新设置定时器T0参数，为下次T0中断作准备。在本发明中单片机读取传感器数据是在定时器T0中断中进行的，即每隔一定的时间读取一次数据，在读取间隔期间，单片机用来完成其他工作。图7是所述监测装置的串行口中断服务程序流程图，所述串行口中断是单片机89C51/52的串行口收到串行数据后产生的。串行口中断服务主要是89C51/52接收通过互联网发送来的远端主PC机命令，并根据命令完成相应操作。所述接收通过互联网发送来的远端主PC机命令，是通过连接互联网的EM2000接收的，再通过TTL电平传送给89C51/52的串行口，或通过RS232传送给89C51/52。所述主PC机命令主要有对监测装置的复位、启动监测、停止监测命令。
综上所述，监测装置的控制过程可概括为在完成系统设置后，即等待定时器T0中断和串行口中断，在T0中断中完成监测数据的采集和发送，在串行口中断中完成对远端PC机命令的接收和执行。在本发明中，监测装置的控制程序由MCS-51系列汇编语言写成。
图8是主PC计算机的控制监测程序流程图，结合图8，对本发明中主PC计算机的工作过程进一步说明。运行本程序后，在主PC机屏幕上将显示出图4所示控制界面，用户通过对该程序界面的点击或输入，可以实现对各监测节点的选择、添加/删除及连接等操作，所述对各监测节点的选择、添加/删除及连接是通过对IP地址的点击或输入完成的。对选中和连接的监测节点，可以发送复位、启动监测、停止监测等命令，还可以连续的接收、存储和显示监测节点采集的数据。如图4所示，所述接收的数据是以温度字符形式显示在界面上，所述监测节点是以编号及IP地址形式显示在界面上。如图8所示，主PC程序的另一功能是设置及保存主PC系统参数，所述主PC系统参数指的是主PC的IP地址、端口号、显示效果等。在本发明中，主PC计算机的控制程序由VB语言写成。
另外，在本发明中，有关网络通信过程的基本情况是，将监测装置的嵌入式网关EM2000设置成服务器模式，而远端的主PC计算机以客户机模式与EM2000的特定服务端口连接，EM2000自动接收请求，建立SOCKET连接，并开始在SOCKET和单片机串口之间透明转发数据。这里EM2000的服务端口号可以自由配置。
本发明的原理及工作过程是a.主PC计算机在监测界面上多个被监测节点中选择一个，发送开始测量、停止测量及复位等命令，并通过互联网将命令传送到监测点后，通过嵌入式网关或其他网络接入模块接收后再传送给监测装置的单片机或其他形式的主控部件。如果网络接入模块包含在监测装置的主控部件中，也可以直接通过互联网将命令传送给监测装置。
b.监测点的监测装置根据接收到的命令，首先由单片机或其他形式的主控部件通过串行方式定时读入传感器测得的数据；然后将数据转换成ASCII码数据形式；再将数据通过嵌入式网关或其他网络接入模块发送到互联网上。如果网络接入模块包含在监测装置的主控部件中，也可以直接通过监测装置将数据传送给互联网，最后通过互联网回送给主PC计算机。
c.主PC计算机在监测界面上显示出被监测节点的温度或流量信息。
本发明利用互联网传送监测点温度及流量信息，省去了原有的“锅炉供暖系统节能技术”架设明线的烦琐和维护的困难，大大降低了系统成本，且将监测范围扩大到每个城市的供暖区域，监测主机可以使用互联网上的任意一台计算机，而不限于锅炉房主控室中的一台计算机。随着宽带网建设的不断深入普及，和宽带接入技术的日趋成熟，宽带网已深入到各家各户、办公及生产地点，为这种基于互联网的热力供暖远程监测系统提供了坚实的应用基础，使管理人员可以坐在办公室或家中通过互联网进行远程监测。
根据本发明提供的监测信息，再经过对供热管路系统的调节，可以实现供热系统的均衡，达到改善供暖质量，节约能源的目的。本发明已成功运行于山东大学威海分校锅炉供暖系统。
权利要求
1.一种基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于其包括与互联网连接的主PC计算机和若干分别与互联网连接的监测装置；所述的主PC计算机除通常的硬、软件外，还包括网络环境和主控制监测程序，所述的监测装置通过互联网接入模块与互联网连接，监测装置包括传感器和主控部件。
2.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的主控制监测程序是用编程语言编写成的网络应用程序，其运行后将在主PC计算机上显示控制界面，通过对该控制界面的点击或输入操作，主PC计算机可以方便的选择网上的某一监测节点，并在界面上显示被选中监测节点的温度或流量信息，且可以添加、删除某节点，通过该界面还可以向节点监测装置发送复位、启动监测和停止监测命令。
3.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的监测装置中的传感器包括温度传感器和流量传感器。
4.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的监测装置中的主控部件可以使用单片机MCU。
5.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的监测装置中的主控部件可以使用数字信号处理器DSP。
6.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的监测装置中的主控部件可以使用嵌入式微处理器MPU。
7.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的监测装置中的主控部件可以使用单片系统SOC。
8.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的互联网接入模块可以使用接入宽带网的嵌入式网关。
9.根据权利要求1所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的互联网接入模块可以使用通过拨号上网的互联网接入模块。
10.根据权利要求1或8或9所述的基于互联网的热力供暖远程监测系统，其特征在于所述的互联网接入模块可以独立存在，也可以包含在监测装置中的主控部件中。
全文摘要
本发明涉及一种基于互联网的热力供暖远程监测系统，其包括与互联网连接的主PC计算机和若干分别与互联网连接的监测装置；所述的主PC计算机包括网络环境和主控制监测程序，所述的监测装置包括传感器和主控部件，监测装置通过互联网接入模块与互联网连接。主PC计算机通过主控制程序界面经由互联网与各监测节点的监测装置建立连接，对各节点的监测装置发送监测命令，返回并显示各节点监测装置测得的温度和流量信息。本发明利用互联网传送测点温度和流量信息，省去了架设明线的烦琐和维护的困难，方便和低成本地解决了热力供暖的远程监测问题。
文档编号H04L12/26GK1741477SQ20041003561
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者师恩培 申请人:山东大学威海分校