电、水、气计量与管理物联网试验平台及试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种电、水、气计量与管理物联网试验平台及试验方法，感知层，由电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气表现场数据有线无线监测系统共同组成电、水、气计量与管理物联网数据采集平台；网络层，由依次连接的无线数据收发设备、数据处理系统、路由器和远程监控系统组成电、水、气计量与管理物联网信息平台；应用层，由试验平台控制中心、演示设备及计量数据存储中心组成电、水、气计量与管理物联网应用平台。本发明通过模拟远程集中抄表系统实现物联网教学及试验应用，可直观演示各设备之间的连接关系及其相互之间的信息交互方式，并可进行模拟操作及设备性能测试，有利于普及物联网知识、培养物联网人才。
【专利说明】
电、水、气计量与管理物联网试验平台及试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种电、水、气计量与管理物联网试验平台及试验方法。
【背景技术】
[0002]物联网是新一代信息技术，利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用。
[0003]目前，物联网还处于发展和普及阶段，很多人群对其概念都感到生疏。在有的高等学校中已经开设了物联网专业课程，但由于物联网技术刚引入教学环节，绝大多数学校没有配合教学的物联网技术试验装置。为此，研制一种“物联网试验平台”，供物联网技术教学和试验用是十分必要的。
[0004]目前，电、水、煤气表实行“一户三表”制，挨家挨户人工上门分别抄表的模式已暴露出种种缺陷，与城市的现代化建设不相适应，采用集中抄表系统已经成为一种趋势;随着现代科学技术的不断进步，水、电、气集中抄表己成为现代居宅区向智能化、信息化发展的必然要求。而远程集中抄表已成为近阶段与物联网技术联系最为紧密，发展最为成熟的技术，对于涵盖内容十分广泛而又比较抽象的物联网技术来说，将其系统作为物联网技术试验平台的演示系统是非常合适的。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种电、水、气计量与管理物联网试验平台及试验方法，通过模拟远程集中抄表系统实现物联网教学及试验应用，可直观演示各设备之间的连接关系及其相互之间的信息交互方式，并可进行模拟操作及设备性能测试，有利于在现阶段快速普及物联网知识并培养更多的物联网专业技术人才。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0007]电、水、气计量与管理物联网试验平台，包括感知层、网络层和应用层;所述感知层中，由电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气表现场数据有线无线监测系统共同组成电、水、气计量与管理物联网数据采集平台，其中:
[0008]电表现场数据有线无线监测系统由试验电量表、负载、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;试验电量表并联设置，每块试验电量表均连接有负载，其电源输入端、接地端分别通过火线、地线连接交流220V供电电源，交流220V供电电源的输出侧还设有移动远程无线开关;按照数据输出形式将试验电量表至少分为4组，第I组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验电量表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验电量表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0009]水表现场数据有线无线监测系统由试验水表、水量调节阀、供水系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供水系统包括储水槽、供水管和回水管，供水管和回水管分别连接储水槽，供水管伸入储水槽的一端设有潜水栗，潜水栗通过移动远程无线开关连接220V水栗供电电源;试验水表分别并联在供水管和回水管之间，每块试验水表与回水管之间均设有水量调节阀；按照数据输出形式将试验水表至少分为4组，第I组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验水表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验水表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0010]煤气表现场数据有线无线监测系统由试验煤气表、供气系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供气系统包括供气主管、供气支管、供气管和出气管，供气主管上设有试验风机，试验风机通过移动远程无线开关连接220V风机供电电源;试验煤气表分别通过供气支管连接供气主管，试验煤气表与供气支管连接的供气管上设气量调节阀，试验煤气表后的出气管出口与大气连通;按照数据输出形式将试验煤气表至少分为4组，第I组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验煤气表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验煤气表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0011]所述网络层中，由依次连接的无线数据收发设备、数据处理系统、路由器和远程监控系统组成电、水、气计量与管理物联网信息平台，无线数据收发设备包括移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器，移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器分别与感知层的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器通讯连接;数据处理系统另外连接数据存储器和数据库服务器;远程监控系统包括上位机、手机和笔记本电脑，路由器分别通过互联网连接上位机和云服务器，通过无线局域网连接手机或笔记本电脑；
[0012]所述应用层中，由试验平台控制中心、演示设备及计量数据存储中心组成电、水、气计量与管理物联网应用平台，演示设备及计量数据存储中心分别与试验平台控制中心连接，试验平台控制中心与云服务器通讯连接。
[0013]所述电、水、气计量与管理物联网信息平台中的数据处理系统由嵌入式微电脑及与其相连接的供电模块、无线网卡组成，嵌入式微电脑通过USB/RS-485通讯接口连接互联网，嵌入式电脑另外可选择地连接IXD显示屏和温度监测模块。
[0014]所述移动无线数据发送器为GPRS/LTE无线数据发送器，中距离无线数据发送器为RF无线数据发送器，移动无线接收器为GPRS/LTE无线数据接收器，中距离无线接收器为RF无线数据接收器;移动远程无线开关为GPRS/LTE无线开关。
[0015]所述试验电量表由网络电量计量装置控制器、电流传感器CT、电压传感器PT和ASLC测量芯片组成，电流传感器CT、电压传感器PT通过ASLC测量芯片连接网络电量计量装置控制器；网络电量计量装置控制器还分别与看门狗、时钟电路、DS18B20测温元件连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器。
[0016]所述试验水表由水表微处理器及分别与水表微处理器连接的水脉冲计数器、水表FM铁电存储器、水表时钟电路、水表电源管理模块组成;水表电源管理模块包括水表供电电源和水表电源检测模块;水表微处理器另外与水量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;水表微处理器可选择地连接水表IXD显示屏。
[0017]所述试验煤气表由煤气表微处理器及分别与煤气表微处理器连接的煤气脉冲计数器、煤气表FM铁电存储器、煤气表时钟电路、煤气表电源管理模块组成;煤气表电源管理模块包括煤气表供电电源和煤气表电源检测模块;煤气表微处理器另外与气量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;煤气表微处理器可选择地连接煤气表IXD显示屏和漏气报警器。
[0018]所述电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气现场数据有线无线监测系统集成在一个设备计量数据采集控制柜中；所述设备计量数据采集控制柜分为上、中、下三层，其中上层用于设置电表现场数据有线无线监测系统，中层用于设置煤气表现场数据有线无线监测系统，下层用于设置水表现场有线无线监测系统；各个现场数据有线无线监测系统的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器均设置在设备计量数据采集控制柜的柜体外。
[0019]基于电、水、气计量与管理物联网试验平台的电、水、气计量与管理物联网试验方法，包括如下步骤:
[0020]I)搭建电、水、气计量与管理物联网试验平台，进行设备及通讯连接的调试，保证各部分工作正常;然后分别进行电、水、气计量与管理物联网试验；
[0021]2)通过感知层进行计量数据采集；
[0022]电量计量数据采集:采用不同功率的灯泡作为负载与各试验电量表连接，通过移动远程无线开关控制交流220V供电电源向试验电量表和负载供电，对4组试验电量表的电量计量数据分组进行采集;通过电流传感器和电压传感器采集负载电路的电流值和电压值，ASLC测量芯片根据电流值和电压值自动计算出包括电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数的电量数据，并将该电量数据通过网络电量计量装置控制器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；可分别完成并联试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的电量计量数据采集试验过程；
[0023]水量计量数据采集:通过移动远程无线开关控制220V水栗供电电源向潜水栗供电，潜水栗将水从储水槽中抽取到供水管，然后通过各试验水表、各水量调节阀、回水管返回到储水槽中；通过水表微处理器控制各水量调节阀的开度，使流过各试验水表的水量不同；对4组试验水表的水量计量数据分组进行采集;通过水脉冲计数器计量水表净累计流量，作为水量计量数据，通过水表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；水表FM铁电存储器用于在断电时存储水表运行参数及所采集的历史数据，水表LCD显示屏用于配合查看或设置试验水表和水量调节阀的参数;可分别完成并联试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的水量计量数据采集试验过程；
[0024]气量计量数据采集:采用试验风机输送空气模拟煤气输送过程;通过移动远程无线开关控制220V风机供电电源向试验风机供电，试验风机将空气通过供气主管、供气支管和供气管输送到各试验煤气表，然后通过试验煤气表后的出气管排放到大气中；通过煤气表微处理器控制各气量调节阀的开度，使通过各试验煤气表的气量不同；对4组试验煤气表的气量计量数据分组进行采集;通过煤气脉冲计数器计量煤气表净累计流量，作为气量计量数据，通过煤气表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；煤气表FM铁电存储器用于在断电时存储煤气表运行参数及所采集的历史数据，煤气表LCD显示屏用于配合查看或设置试验煤气表和气量调节阀的参数;可分别完成并联试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的气量计量数据采集试验过程；
[0025]3)通过网络层进行数据处理与传输；
[0026]无线数据收发设备接收来自感知层的电量、水量、气量计量数据，并将相关数据传送到数据处理系统;数据处理系统采用具有多路输入、信号统一调理、隔离可编程放大、A/D转换功能的嵌入式微电脑处理系统，可将多个采集的电量、水量或气量计量数据模拟信号同时接入，分时转换成数字信号，经嵌入式微电脑进行统计、对比、存储或执行;根据试验需要，数据库服务器中可选择地设有用于存储历史数据、实时监测数据、设备运行记录的现场监测数据库、设备维护规程数据库、专家信息数据库和故障诊断规程数据库;嵌入式微电脑进行数据对比时可随时调用相关数据库中存储的数据;通过上位机、手机或笔记本电脑可随时查看电量、水量或气量的当前计量数据或查询历史统计数据；
[0027]4)通过应用层进行试验应用或教学演示应用；
[0028]通过云平台，应用层可实现与网络层的数据共享；电脑可作为试验平台控制中心，从云端下载电、水、气计量数据，并存储到计量数据存储中心以便随时调用;演示设备可以是显示器、投影仪或大屏幕液晶电视;进行试验应用时，通过对电、水、气计量与管理物联网试验平台进行模拟操作，获取电、水、气计量与管理的有效实验数据，为电、水、气在线计量系统相关的数据库管理、设备管理、人员管理、成本管理、技术管理及服务管理提供依据，另外电、水、气计量与管理物联网试验平台可作为设备性能检测系统对其中涉及到的设备的更新换代产品进行性能检测;进行教学演示应用时可直观展示电、水、气计量与管理物联网试验平台的各种设备及其相互连接关系，进行整体或局部的模拟操作演示，使物联网从无形变为有形，便于学生理解和掌握。
[0029]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0030]I)所述试验平台集成了微电子、无线传感器、GPRS/LTE、RF无线数据收发、计算机、LCD显示、现场总线、互联网+、云存储和集中管理服务等多种现代先进技术，实现了电、水、气计量与管理物联网试验功能;可作为高校教学或科学知识普及专用设备，具有广泛的推广及较高的应用价值；
[0031]2)电、水、气计量与管理是目前物联网技术中最具代表性的远程监控系统，而本发明所述试验平台可作其组成设备性能试验测试系统，并可收集多种试验数据，有利于在线物联网监测与管理系统性能的进一步提升；
[0032]3)在模拟操作的基础上，可进一步拓展对物联网监测与管理系统的数据库、设备、人员、成本、技术和服务等领域管理人才的培养。
【附图说明】
[0033]图1是本发明所述电、水、气计量与管理物联网试验平台的组成结构图。
[0034]图2是本发明所述水表现场数据有线无线监测系统的结构示意图。
[0035]图3是本发明所述电表现场数据有线无线监测系统的结构示意图。
[0036]图4是本发明所述煤气表现场数据有线无线监测系统的结构示意图。
[0037]图5是本发明所述电、水、气计量与管理物联网信息平台的结构示意图。
[0038]图6是本发明所述电、水、气计量与管理物联网信息平台数据处理系统的结构示意图。
[0039]图7是本发明所述试验电量表的结构示意图。
[0040]图8是本发明所述试验水表的结构示意图。
[0041 ]图9是本发明所述试验煤气表的结构示意图。
[0042]图中:S1-S6.试验水表B1-B6.水量调节阀1.储水槽2.供水管3.回水管4.潜水栗5.移动远程无线开关D1-D6.试验电量表1D-6D.负载Q1-Q6.试验煤气表6.试验风机7.供气主管8.供气支管9.供气管10.出气管11.气量调节阀12.无线数据收发设备13.数据处理系统14.路由器15.上位机16.手机17.笔记本电脑
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0044]如图1所示，本发明所述电、水、气计量与管理物联网试验平台，包括感知层、网络层和应用层;所述感知层中，由电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气表现场数据有线无线监测系统共同组成电、水、气计量与管理物联网数据采集平台，其中:
[0045]如图3所示，电表现场数据有线无线监测系统由试验电量表D1-D6、负载1D-6D、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;试验电量表D1-D6并联设置，每块试验电量表均连接有负载，其电源输入端、接地端分别通过火线、地线连接交流220V供电电源，交流220V供电电源的输出侧还设有移动远程无线开关5;按照数据输出形式将试验电量表Dl-D6至少分为4组，第I组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验电量表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验电量表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0046]如图2所示，水表现场数据有线无线监测系统由试验水表S1-S6、水量调节阀Bl-B6、供水系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供水系统包括储水槽1、供水管2和回水管3，供水管2和回水管3分别连接储水槽1，供水管2伸入储水槽I的一端设有潜水栗4，潜水栗4通过移动远程无线开关5连接220V水栗供电电源;试验水表S1-S6分别并联在供水管2和回水管3之间，每块试验水表与回水管3之间均设有水量调节阀；按照数据输出形式将试验水表S1-S6至少分为4组，第I组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验水表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验水表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0047]如图4所示，煤气表现场数据有线无线监测系统由试验煤气表Q1-Q6、供气系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供气系统包括供气主管7、供气支管8、供气管9和出气管10，供气主管7上设有试验风机6，试验风机6通过移动远程无线开关5连接220V风机供电电源;试验煤气表Q1-Q6分别通过供气支管8连接供气主管7，试验煤气表Ql-Q6与供气支管8连接的供气管9上设气量调节阀11，试验煤气表Q1-Q6后的出气管10出口与大气连通;按照数据输出形式将试验煤气表Q1-Q6至少分为4组，第I组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验煤气表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验煤气表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接；
[0048]如图5所示，所述网络层中，由依次连接的无线数据收发设备12、数据处理系统13、路由器14和远程监控系统组成电、水、气计量与管理物联网信息平台，无线数据收发设备12包括移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器，移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器分别与感知层的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器通讯连接;数据处理系统13另外连接数据存储器和数据库服务器;远程监控系统包括上位机15、手机16和笔记本电脑17，路由器14分别通过互联网连接上位机15和云服务器，通过无线局域网连接手机15或笔记本电脑17;
[0049]如图1所示，所述应用层，由试验平台控制中心、演示设备及计量数据存储中心组成电、水、气计量与管理物联网应用平台，演示设备及计量数据存储中心分别与试验平台控制中心连接，试验平台控制中心与云服务器通讯连接。
[0050]如图6所示，所述电、水、气计量与管理物联网信息平台中的数据处理系统由嵌入式微电脑及与其相连接的供电模块、无线网卡组成，嵌入式微电脑通过USB/RS-485通讯接口连接互联网，嵌入式电脑另外可选择地连接IXD显示屏和温度监测模块。
[0051 ]所述移动无线数据发送器为GPRS/LTE无线数据发送器，中距离无线数据发送器为RF无线数据发送器，移动无线接收器为GPRS/LTE无线数据接收器，中距离无线接收器为RF无线数据接收器;移动远程无线开关为GPRS/LTE无线开关。
[0052]如图7所示，所述试验电量表由网络电量计量装置控制器、电流传感器CT、电压传感器PT和ASLC测量芯片组成，电流传感器CT、电压传感器PT通过ASLC测量芯片连接网络电量计量装置控制器；网络电量计量装置控制器还分别与看门狗、时钟电路、DS18B20测温元件连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器。
[0053]如图8所示，所述试验水表由水表微处理器及分别与水表微处理器连接的水脉冲计数器、水表FM铁电存储器、水表时钟电路、水表电源管理模块组成;水表电源管理模块包括水表供电电源和水表电源检测模块;水表微处理器另外与水量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;水表微处理器可选择地连接水表IXD显示屏。
[0054]如图9所示，所述试验煤气表由煤气表微处理器及分别与煤气表微处理器连接的煤气脉冲计数器、煤气表FM铁电存储器、煤气表时钟电路、煤气表电源管理模块组成;煤气表电源管理模块包括煤气表供电电源和煤气表电源检测模块;煤气表微处理器另外与气量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;煤气表微处理器可选择地连接煤气表LCD显示屏和漏气报警器。
[0055]所述电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气现场数据有线无线监测系统集成在一个设备计量数据采集控制柜中；所述设备计量数据采集控制柜分为上、中、下三层，其中上层用于设置电表现场数据有线无线监测系统，中层用于设置煤气表现场数据有线无线监测系统，下层用于设置水表现场有线无线监测系统；各个现场数据有线无线监测系统的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器均设置在设备计量数据采集控制柜的柜体外。
[0056]基于电、水、气计量与管理物联网试验平台的电、水、气计量与管理物联网试验方法，包括如下步骤:
[0057]I)搭建电、水、气计量与管理物联网试验平台，进行设备及通讯连接的调试，保证各部分工作正常;然后分别进行电、水、气计量与管理物联网试验；
[0058]2)通过感知层进行计量数据采集；
[0059]电量计量数据采集:采用不同功率的灯泡作为负载1D-6D与各试验电量表D1-D6连接，通过移动远程无线开关5控制交流220V供电电源向试验电量表D1-D6和负载1D-6D供电，对4组试验电量表的电量计量数据分组进行采集;通过电流传感器和电压传感器采集负载电路的电流值和电压值，ASLC测量芯片根据电流值和电压值自动计算出包括电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数的电量数据，并将该电量数据通过网络电量计量装置控制器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；可分别完成并联试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的电量计量数据采集试验过程；
[0060]水量计量数据采集:通过移动远程无线开关5控制220V水栗供电电源向潜水栗4供电，潜水栗4将水从储水槽I中抽取到供水2管，然后通过各试验水表S1-S6、各水量调节阀B1-B6、回水管3返回到储水槽I中；通过水表微处理器控制各水量调节阀B1-B6的开度，使流过各试验水表S1-S6的水量不同；对4组试验水表的水量计量数据分组进行采集;通过水脉冲计数器计量水表净累计流量，作为水量计量数据，通过水表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；水表FM铁电存储器用于在断电时存储水表运行参数及所采集的历史数据，水表LCD显示屏用于配合查看或设置试验水表和水量调节阀的参数;可分别完成并联试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的水量计量数据采集试验过程；
[0061 ]气量计量数据采集:采用试验风机6输送空气模拟煤气输送过程;通过移动远程无线开关5控制220V风机供电电源向试验风机6供电，试验风机6将空气通过供气主管7、供气支管8和供气管9输送到各试验煤气表Q1-Q6，然后通过试验煤气表Q1-Q6后的出气管10排放到大气中；通过煤气表微处理器控制各气量调节阀11的开度，使通过各试验煤气表Q1-Q6的气量不同；对4组试验煤气表的气量计量数据分组进行采集;通过煤气脉冲计数器计量煤气表净累计流量，作为气量计量数据，通过煤气表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；煤气表FM铁电存储器用于在断电时存储煤气表运行参数及所采集的历史数据，煤气表LCD显示屏用于配合查看或设置试验煤气表和气量调节阀的参数;可分别完成并联试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的气量计量数据采集试验过程；
[0062]3)通过网络层进行数据处理与传输；
[0063]无线数据收发设备12接收来自感知层的电量、水量、气量计量数据，并将相关数据传送到数据处理系统13;数据处理系统13采用具有多路输入、信号统一调理、隔离可编程放大、A/D转换功能的嵌入式微电脑处理系统，可将多个采集的电量、水量或气量计量数据模拟信号同时接入，分时转换成数字信号，经嵌入式微电脑进行统计、对比、存储或执行;根据试验需要，数据库服务器中可选择地设有用于存储历史数据、实时监测数据、设备运行记录的现场监测数据库、设备维护规程数据库、专家信息数据库和故障诊断规程数据库;嵌入式微电脑进行数据对比时可随时调用相关数据库中存储的数据;通过上位机15、手机16或笔记本电脑17可随时查看电量、水量或气量的当前计量数据或查询历史统计数据；
[0064]4)通过应用层进行试验应用或教学演示应用；
[0065]通过云平台，应用层可实现与网络层的数据共享；电脑可作为试验平台控制中心，从云端下载电、水、气计量数据，并存储到计量数据存储中心以便随时调用;演示设备可以是显示器、投影仪或大屏幕液晶电视;进行试验应用时，通过对电、水、气计量与管理物联网试验平台进行模拟操作，获取电、水、气计量与管理的有效实验数据，为电、水、气在线计量系统相关的数据库管理、设备管理、人员管理、成本管理、技术管理及服务管理提供依据，另外电、水、气计量与管理物联网试验平台可作为设备性能检测系统对其中涉及到的设备的更新换代产品进行性能检测;进行教学演示应用时可直观展示电、水、气计量与管理物联网试验平台的各种设备及其相互连接关系，进行整体或局部的模拟操作演示，使物联网从无形变为有形，便于学生理解和掌握。
[0066]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.电、水、气计量与管理物联网试验平台，包括感知层、网络层和应用层；其特征在于，所述感知层中，由电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气表现场数据有线无线监测系统共同组成电、水、气计量与管理物联网数据采集平台，其中: 电表现场数据有线无线监测系统由试验电量表、负载、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;试验电量表并联设置，每块试验电量表均连接有负载，其电源输入端、接地端分别通过火线、地线连接交流220V供电电源，交流220V供电电源的输出侧还设有移动远程无线开关;按照数据输出形式将试验电量表至少分为4组，第I组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验电量表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验电量表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验电量表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接； 水表现场数据有线无线监测系统由试验水表、水量调节阀、供水系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供水系统包括储水槽、供水管和回水管，供水管和回水管分别连接储水槽，供水管伸入储水槽的一端设有潜水栗，潜水栗通过移动远程无线开关连接220V水栗供电电源;试验水表分别并联在供水管和回水管之间，每块试验水表与回水管之间均设有水量调节阀；按照数据输出形式将试验水表至少分为4组，第I组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验水表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验水表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验水表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接； 煤气表现场数据有线无线监测系统由试验煤气表、供气系统、移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器组成;供气系统包括供气主管、供气支管、供气管和出气管，供气主管上设有试验风机，试验风机通过移动远程无线开关连接220V风机供电电源;试验煤气表分别通过供气支管连接供气主管，试验煤气表与供气支管连接的供气管上设气量调节阀，试验煤气表后的出气管出口与大气连通;按照数据输出形式将试验煤气表至少分为4组，第I组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接移动无线数据发送器，第2组:至少2块试验煤气表的数据输出端并联后连接中距离无线数据发送器，第3组:单块试验煤气表的数据输出端与移动无线数据发送器连接，第4组:单块试验煤气表的数据输出端与中距离无线数据发送器连接； 所述网络层中，由依次连接的无线数据收发设备、数据处理系统、路由器和远程监控系统组成电、水、气计量与管理物联网信息平台，无线数据收发设备包括移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器，移动无线数据接收器及中距离无线数据接收器分别与感知层的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器通讯连接;数据处理系统另外连接数据存储器和数据库服务器;远程监控系统包括上位机、手机和笔记本电脑，路由器分别通过互联网连接上位机和云服务器，通过无线局域网连接手机或笔记本电脑； 所述应用层，由试验平台控制中心、演示设备及计量数据存储中心组成电、水、气计量与管理物联网应用平台，演示设备及计量数据存储中心分别与试验平台控制中心连接，试验平台控制中心与云服务器通讯连接。2.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述电、水、气计量与管理物联网信息平台中的数据处理系统由嵌入式微电脑及与其相连接的供电模块、无线网卡组成，嵌入式微电脑通过USB/RS-485通讯接口连接互联网，嵌入式电脑另外可选择地连接IXD显示屏和温度监测模块。3.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述移动无线数据发送器为GPRS/LTE无线数据发送器，中距离无线数据发送器为RF无线数据发送器，移动无线接收器为GPRS/LTE无线数据接收器，中距离无线接收器为RF无线数据接收器；移动远程无线开关为GPRS/LTE无线开关。4.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述试验电量表由网络电量计量装置控制器、电流传感器CT、电压传感器PT和ASLC测量芯片组成，电流传感器CT、电压传感器PT通过ASLC测量芯片连接网络电量计量装置控制器；网络电量计量装置控制器还分别与看门狗、时钟电路、DS18B20测温元件连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器。5.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述试验水表由水表微处理器及分别与水表微处理器连接的水脉冲计数器、水表FM铁电存储器、水表时钟电路、水表电源管理模块组成;水表电源管理模块包括水表供电电源和水表电源检测模块;水表微处理器另外与水量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;水表微处理器可选择地连接水表LCD显示屏。6.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述试验煤气表由煤气表微处理器及分别与煤气表微处理器连接的煤气脉冲计数器、煤气表FM铁电存储器、煤气表时钟电路、煤气表电源管理模块组成;煤气表电源管理模块包括煤气表供电电源和煤气表电源检测模块;煤气表微处理器另外与气量调节阀的控制端连接，并通过USB/RS-485通讯接口连接移动无线数据发送器或中距离无线数据发送器;煤气表微处理器可选择地连接煤气表IXD显示屏和漏气报警器。7.根据权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台，其特征在于，所述电表现场数据有线无线监测系统、水表现场数据有线无线监测系统和煤气现场数据有线无线监测系统集成在一个设备计量数据采集控制柜中；所述设备计量数据采集控制柜分为上、中、下三层，其中上层用于设置电表现场数据有线无线监测系统，中层用于设置煤气表现场数据有线无线监测系统，下层用于设置水表现场有线无线监测系统;各个现场数据有线无线监测系统的移动无线数据发送器、中距离无线数据发送器均设置在设备计量数据采集控制柜的柜体外。8.基于权利要求1所述的电、水、气计量与管理物联网试验平台的电、水、气计量与管理物联网试验方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)搭建电、水、气计量与管理物联网试验平台，进行设备及通讯连接的调试，保证各部分工作正常;然后分别进行电、水、气计量与管理物联网试验； 2)通过感知层进行计量数据采集； 电量计量数据采集:采用不同功率的灯泡作为负载与各试验电量表连接，通过移动远程无线开关控制交流220V供电电源向试验电量表和负载供电，对4组试验电量表的电量计量数据分组进行采集；通过电流传感器和电压传感器采集负载电路的电流值和电压值，ASLC测量芯片根据电流值和电压值自动计算出包括电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数的电量数据，并将该电量数据通过网络电量计量装置控制器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；可分别完成并联试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验电量表电量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的电量计量数据采集试验过程； 水量计量数据采集:通过移动远程无线开关控制220V水栗供电电源向潜水栗供电，潜水栗将水从储水槽中抽取到供水管，然后通过各试验水表、各水量调节阀、回水管返回到储水槽中；通过水表微处理器控制各水量调节阀的开度，使流过各试验水表的水量不同；对4组试验水表的水量计量数据分组进行采集;通过水脉冲计数器计量水表净累计流量，作为水量计量数据，通过水表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；水表FM铁电存储器用于在断电时存储水表运行参数及所采集的历史数据，水表LCD显示屏用于配合查看或设置试验水表和水量调节阀的参数;可分别完成并联试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验水表水量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的水量计量数据采集试验过程； 气量计量数据采集:采用试验风机输送空气模拟煤气输送过程;通过移动远程无线开关控制220V风机供电电源向试验风机供电，试验风机将空气通过供气主管、供气支管和供气管输送到各试验煤气表，然后通过试验煤气表后的出气管排放到大气中；通过煤气表微处理器控制各气量调节阀的开度，使通过各试验煤气表的气量不同；对4组试验煤气表的气量计量数据分组进行采集;通过煤气脉冲计数器计量煤气表净累计流量，作为气量计量数据，通过煤气表微处理器传送到对应的移动无线数据发送器/中距离无线数据发送器中；煤气表FM铁电存储器用于在断电时存储煤气表运行参数及所采集的历史数据，煤气表LCD显示屏用于配合查看或设置试验煤气表和气量调节阀的参数;可分别完成并联试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、并联试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过移动无线数据发送器发送、单块试验煤气表气量计量数据采集并通过中距离无线数据发送器发送的气量计量数据采集试验过程； 3)通过网络层进行数据处理与传输； 无线数据收发设备接收来自感知层的电量、水量、气量计量数据，并将相关数据传送到数据处理系统;数据处理系统采用具有多路输入、信号统一调理、隔离可编程放大、A/D转换功能的嵌入式微电脑处理系统，可将多个采集的电量、水量或气量计量数据模拟信号同时接入，分时转换成数字信号，经嵌入式微电脑进行统计、对比、存储或执行;根据试验需要，数据库服务器中可选择地设有用于存储历史数据、实时监测数据、设备运行记录的现场监测数据库、设备维护规程数据库、专家信息数据库和故障诊断规程数据库;嵌入式微电脑进行数据对比时可随时调用相关数据库中存储的数据;通过上位机、手机或笔记本电脑可随时查看电量、水量或气量的当前计量数据或查询历史统计数据； 4)通过应用层进行试验应用或教学演示应用； 通过云平台，应用层可实现与网络层的数据共享；电脑可作为试验平台控制中心，从云端下载电、水、气计量数据，并存储到计量数据存储中心以便随时调用;演示设备可以是显示器、投影仪或大屏幕液晶电视;进行试验应用时，通过对电、水、气计量与管理物联网试验平台进行模拟操作，获取电、水、气计量与管理的有效实验数据，为电、水、气在线计量系统相关的数据库管理、设备管理、人员管理、成本管理、技术管理及服务管理提供依据，另外电、水、气计量与管理物联网试验平台可作为设备性能检测系统对其中涉及到的设备的更新换代产品进行性能检测;进行教学演示应用时可直观展示电、水、气计量与管理物联网试验平台的各种设备及其相互连接关系，进行整体或局部的模拟操作演示，使物联网从无形变为有形，便于学生理解和掌握。
【文档编号】H04L29/08GK106060161SQ201610541770
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】程万胜, 王春岩, 武景鑫, 胡金刚, 金晓晨, 孟璐
【申请人】辽宁科技大学, 王春岩, 武景鑫