一种智慧供暖系统和供暖方法与流程

本发明涉及热能领域，尤其涉及一种智慧供暖控制系统和供暖方法。

背景技术：

智慧供暖是以物联网技术及设备为基础，以节能、降耗、节费为出发点设计，由热量表采集管理系统和温控系统管理等子系统组成，通过热计量与室温信息、阀控状态等数据的远程集中、统计分析，设备和参数报警管控，最终达到“供热企业可控、居民用户可调、政府主管部门可管”的总体目标。

作为智慧城市的重要组成部分，智慧供暖也在国家相关政策、供热侧与用户需求等因素的刺激下被人们所关注。在供热侧，原本的集中供暖虽然在某种程度上解决了大部分片区的供暖问题，但随着太阳能、风能等可再生能源，地热、核电等新能源的加入，热源更加多元化，使得中国供暖将呈现集中分布又相对分散的格局；在用户侧，在消费升级观念的影响下，追求舒适美观、个性化的装饰成为新一代用户的基本特征；与此同时，每个人对于室温的敏感程度不同、所需的附加服务不相等也在某种程度上推动了智能化设备的普及；此外，热源集中分布又相对分散、个性化的供热需求、以及清洁、节省等种种问题的存在，都呼吁一种“智慧化”的方式和手段来解决供暖问题。在此情况下，本发明改变了传统的供暖方式，通过本系统完善供暖智慧管理，“以用户为中心，以大数据为依托”，发明了一个开放、共建的智慧化供热平台以及上下游共享的生态系统，最终实现“智汇洁能，智驭冷暖”的战略目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了解决目前供暖控制方式较为落后，需要浪费很大的能源，而且能源配置不合的问题，本发明提供了一种智慧供暖系统和供暖方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智慧供暖系统，包括至少一个供暖监测终端系统、至少一个数据采集系统和云平台服务器，

所述供暖监测终端设置于供暖用户端，用于显示及调节终端的温度、电压、电流、有用功率、无用功率，同时可以生成供暖状态信号，并通过数据采集系统发送至所述云平台服务器，

所述数据采集系统分别与所述供暖监测终端以及云平台服务器连接，用于所述供暖监测终端与云平台服务器之间的信号传输；

所述云平台服务器用于接收所述供暖状态信号，并根据所述供暖状态信号以及预设阈值生成第一控制信号，并通过数据采集系统发送至供暖监测终端；

其中，所述供暖监测终端还用于根据所述第一控制信号开启或者关闭温控阀供暖，或者调节供暖阀的流量；

所述供暖监测终端与所述数据采集系统以及所述云平台服务器之间均通过gps传输网进行信号传输。

进一步，所述供暖监测终端系统由温度控制面板、电热控制装置、调节阀三部分组成。所述温度控制面板，包括：射频单元、微处理器、报警模块及显示模块面板，所述显示模块面板上设置有电源键、温度调节按键；

所述射频单元，用于收发信号；

所述微处理器，用于产生所述供暖状态信号；

所述报警模块，被配置为开启所述调节阀后，当所述实时温度低于所述预设阈值时发出警报，如无人响应则通过所述微处理器自动调节所述电热控制装置使所述调节阀打开，反之关闭，从而通过所述调节进水量达到调节室温的目的；

所述报警模块可以调节为有人模式、无人模式、小孩及老人模式等多种用户选择模式；

当室内环境温度低于温度预设阈值时，所述微处理器通过所述射频单元向所述电热控制装置发送信号，所述电热控制装置收到信号后使所述调节阀打开，反之关闭，从而通过所述调节阀达到调节室温的目的；

所述电热控制装置、调节阀的安装在供暖管道上，

所述电热控制装置内置温度传感器、所述温度传感器用来感应室内环境温度，所述温控阀带有流量检测模块，被配置为通过流量传感器检测供暖线路的实时流量。

进一步，所述数据采集系统包括：自动采集模块、手持采集模块、数据传输模块；

所述自动采集模块自动采集所述供暖监测终端系统处的温度、压力、流量和阀门开关情况等信息，并能够通过集成的所述数据传输模块定期地将采集的信息以多跳转发方式传输给所述云平台服务器；

同时，所述自动采集模块也能够通过所述数据传输模块接收云平台服务器发送的采集设置参数，然后以设置参数的要求向所述云平台服务器发送采集信息；

所述自动采集模块还可以通过数据传输模块直接与手持采集模块连接，向手持采集模块发送采集信息或接受手持采集模块导入的数据；

所述自动采集模块可以通过方式实现近场通讯点对点的通讯方式交换各自的数据；

所述手持采集模块与所述自动采集模块近距离接触，通过gps方式、近场通讯或蓝牙等连接方式获取采集信息或向集成在所述自动采集模块的数据传输模块导入数据。

优选地，所述手持采集模块与所述自动采集模块近距离接触可采用所述rfid标签传感模块，所述rfid标签传感模块包括了传感器单元和rfid标签单元两部分，前述两单元既可以在物理上整合在一起，也可以在物理上分离，两者一起实现室内或室外信息采集和无线传输的作用；

进一步地，rfid标签单元包括了微处理器以及分别与微处理器连接的电源、rf芯片、温度监测电路、红外监测电路，传感器单元则可以对应的配置红外传感器和温度传感器，这些传感器则采用常规的方式与温度监测电路、红外监测电路连接将监测到的红外信息和温度信息传输到电子标签。

进一步，所述云平台服务器，包括：传输监听模块、可视监控模块、数据存储模块、大数据分析预测模块；

所述可视监控模块通过所述传输监听模块接收各个采集点发送的数据，将数据存放在所述数据存储模块中，并将数据实时显示在所述智慧供暖系统的所述可视监控模块上；

所述可视监控模块利用图形界面设定某个或某些采集点的采集参数，并通过所述传输监控模块发送给相应的所述自动采集模块上；还可以通过所述图形界面操作方式为所述手持采集模块分配采集任务，向所述手持采集模块导入采集点的数据；

通过所述可视监控模块实时显示的数据能够为判断供暖系统的运行情况、故障预测与诊断等提供支持。

进一步，所述数据传输模块用于转发所述云平台服务器发向所述自动采集模块的采集参数设置命令或所述自动采集模块发向云平台服务器的采集信息；

所述自动采集模块的数据传输模块是静态的，通过设定固定数据方式获得每个所述输出模块的转发数据，所述传输监听模块监听来自所述自动采集模块的采集信息并交付给所述可视监控模块，并将所述可视监控模块发送的采集设置命令发送出去，经由所述数据传输模块发送给相应的所述自动采集模块；

所述手持采集模块可以通过串口与所述云平台服务器直接连接，通过所述可视监控模块分配手动采集任务或导入所述自动采集模块的数据。

进一步，所述电热控制装置根据如下公式计算供热量，

供热量=（供水温度-回水温度）×热网循环水流量

进一步地，设置温度、流量对应的温度值权重，采用加权平均法计算公式得到目标温度。

进一步地，所述可视监控模块包括：

数据监测装置，用于采集供暖管网的工作参数，所述工作参数包括温度、电压、电流、有用功率、无用功率；

温度传感器，用于采集供所述供暖管网的温度；

红外传感器，用于采集所述供暖管网区域的人流量；

射频单元，用于收发信号；

微处理器，用于产生所述供暖管网状态信号；

供暖管网开关装置，用于根据所述第一控制信号开启或者关闭供暖所述管网或者调节所述供暖管网流量。

以下是本发明一种智慧供暖系统的供暖方法，包括以下步骤：

s1、供暖监测终端系统采集供暖的工作参数以及供暖区域的温度、有用功率、无用功率及流量信息，生成供暖状态信号，并通过gps传输网发送至所述云平台服务器；

s2、所述云平台服务器接收所述供暖状态信号，并根据所述供暖状态信号以及预设阈值生成第一控制信号，并通过gps传输网发送至所述供暖监测终端系统；

s3、所述供暖监测终端根据所述第一控制信号开启或者关闭供暖，或者调节供暖的流量。

进一步，还包括：

所述供暖监测终端系统设置供暖开关时间、所述温度预设阈值以及所述温度传感器的关联关系；

所述供暖监测终端系统可以调节为有人模式、无人模式、小孩及老人模式等多种用户选择模式。

进一步，所述云平台服务器分析所有供暖的历史工作参数及工作曲线以生成第二控制信号以及故障指示信号；

云平台服务器将所述第二控制信号发送至所述供暖监测终端，以及将所述故障指示信号发送至用户控制终端进行故障报警。

进一步，所述大数据分析预测模块统计供暖的工作参数以生成供暖的工作温度曲线；

所述大数据分析预测模块根据所述工作温度曲线判断是否达到最佳节能标准拐点；

当供暖的工作参数达到最佳节能标准拐点时，所述大数据分析预测模块向所述供暖监测终端系统发送供暖提醒信号，同时生成供暖超出正常耗能部分的用电费用与最佳节能标准成本之间的关系曲线。

本发明的有益效果是，利用信息化手段建立智能管理系统，通过网络平台实时监控和调度供暖区内的系统运行，依据用户状态信息、室内外温度乃至气候等因素自动完成室内温度调控。在使用本发明后，当用户室内温度保持在20摄氏度左右时，在智能供暖服务控制下的供暖能耗比人工控制降低了20%。同时，本发明直接连接用户端，方便用户都能采用现代信息技术手段，如智能手机、平板电脑等手持设备进行监控，可以根据自己的实际情况自由设置供暖时长、温度，用热也可单独计量，另外，本发明在大数据的基础之上，建立智慧供热计量体系，通过供暖计量数据的实时监测，包括实时掌握各个关键点的温度，流量，压力，水，电，热等能耗指标，后台管理者对数据的挖掘分析，数据的多方位交叉共享，在不降低体验感的同时实时的提醒用户最佳的能耗管理，为用户节约成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的智慧供暖监测终端的系统框图。

图2是本发明的智慧供暖监测终端电热控制装置、调节阀部分结构图。

图3是本发明的智慧供暖数据采集系统的系统框图。

图4是本发明的智慧供暖系统的rfid标签传感模块的结构框图。

图5是本发明的智慧供暖数云平台服务器系统的系统框图。

图6是本发明的智慧供暖系统的供暖方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

如图1所示，是一种智慧供暖系统的暖监测终端系统，包括：

供暖监测终端系统由温度控制面板、电热控制装置、调节阀三部分组成。温度控制面板，包括：射频单元、微处理器、报警模块及显示模块面板，显示模块面板上设置有电源键、温度调节按键；射频单元，用于收发信号，此实例中，蓝牙通讯模块选择bt816s蓝牙集成模块，；微处理器，用于产生供暖状态信号,微处理器与蓝牙通讯模块电连接；微处理器采用c9s12g128单片机，该单片机共64引脚，其中包括：单片机供电引脚6个；晶振引脚2个；下载、测试、复位引脚共4个；ad转换引脚16个；pwm引脚8个；通信引脚6个；普通i/o引脚22个；其中组成该单片机最小系统的包括以下电路：电源滤波电路、下载电路、晶振电路、外部存储电路。其中电源滤波电路主要是稳定给单片机供电的电源。下载电路主要用于下载程序。晶振电路主要产生晶振频率供单片机使用。外部看门狗可以使系统执行更稳定。外部存储电路为系统提软件供额外的存储空间；蓝牙通讯模块与单片机通过串口进行通信，并且通过ipx接口与外置蓝牙天线进行连接；

报警模块，被配置为开启调节阀后，当实时温度低于预设阈值时发出警报，如无人响应则通过微处理器自动调节电热控制装置使调节阀打开，反之关闭，从而通过调节进水量达到调节室温的目的；报警模块可以调节为有人模式、无人模式、小孩及老人模式等多种用户选择模式；当室内环境温度低于温度预设阈值时，微处理器通过射频单元向电热控制装置发送信号，电热控制装置收到信号后使调节阀打开，反之关闭，从而通过调节阀达到调节室温的目的；电热控制装置、调节阀的安装在供暖管道上，电热控制装置内置温度传感器、温度传感器用来感应室内环境温度，温控阀带有流量检测模块，被配置为通过流量传感器检测供暖线路的实时流量。

电热控制装置是供暖监测终端系统的核心部件，它通过感应环境温度的变化而产生体积变化，带动调节阀阀芯产生移动，从而改变阀门的开度，进而调节介质进水量以改变散热量，达到调节室温的目的。

电热控制装置，用于根据所述第一控制信号开启或者关闭供暖所述管网或者调节所述供暖管网流量。供暖监测终端系统还包括用于测量介质流量的流量传感器，所述流量传感器与所述微处理器连接，在介质通过时，利用流量传感器采集的实时流量结合介质流入时间来计算供暖热量，当供暖超过极限值时，微处理器则自动向电热控制装置、调节阀发出指令，调节供热量。供暖监测终端系统还包括温度调节按钮。

如图2是本发明的智慧供暖监测终端电热控制装置、调节阀部分结构图，介质进入管101开始有介质流入时，如果有多余的介质则通过介质余留管102流出，其余部分通过介质入户管103流入，电热控制装置201，调节阀301，外壳上均印有刻度，温度控制面板安装在房屋的公共区域，距地面1.5米处；电热控制装置201、调节阀301的安装位置一般在分水器的总进水管道上。通过电热控制装置201里的温度传感器来感应环境温度。当环境温度低于温度控制面板预设阈值温度时，温度控制面板向电热控制装置发送信号，电热控制装置收到信号后使调节阀打开，反之关闭，从而通过调节进水量达到调节室温的目的。电热控制装置的正常工作需要220v市电的支持。

如图3是本发明的智慧供暖数据采集系统的系统框图，数据采集系统包括：自动采集模块、手持采集模块、数据传输模块；自动采集模块自动采集供暖监测终端系统处的温度、压力、流量和阀门开关情况等信息，并能够通过集成的数据传输模块定期地将采集的信息以多跳转发方式传输给云平台服务器；同时，自动采集模块也能够通过数据传输模块接收云平台服务器发送的采集设置参数，然后以设置参数的要求向云平台服务器发送采集信息；自动采集模块还可以通过数据传输模块直接与手持采集模块连接，向手持采集模块发送采集信息或接受手持采集模块导入的数据；自动采集模块可以通过方式实现近场通讯点对点的通讯方式交换各自的数据；手持采集模块与自动采集模块近距离接触，通过gps方式、近场通讯或蓝牙等连接方式获取采集信息或向集成在自动采集模块的数据传输模块导入数据;

优选地，本发明手持采集模块可以是具有nfc阅读器的设备（智能终端），例如智能手机、pda、平板电脑等，它包括一个显示屏、可以实现点对点连接的近场通讯芯片（nfc阅读器）、输入设备、蓝牙通讯芯片和配置上述硬件的cpu、gpu等处理器，输入设备可以是机械输入键盘，也可以由触控式显示屏的触控功能所代替。智能终端可以在显示屏上显示图形界面，如果是触控式显示屏，图形界面上不仅可以显示供暖系统的数据，还可以显示用于控制供暖装置触摸对象，触摸对象包括但不仅仅包括介质进入管101、介质余留管102、介质入户管103、电热控制装置201和调节阀301。

如图4是本发明的智慧供暖系统的rfid标签传感模块的结构框图，手持采集模块与自动采集模块近距离接触可采用rfid标签传感模块，rfid标签传感模块包括了传感器单元和rfid标签单元两部分，前述两单元既可以在物理上整合在一起，也可以在物理上分离，两者一起实现室内或室外信息采集和无线传输的作用；rfid标签单元包括了微处理器以及分别与微处理器连接的电源、rf芯片、温度监测电路、红外监测电路，传感器单元则可以对应的配置红外传感器和温度传感器，这些传感器则采用常规的方式与温度监测电路、红外监测电路连接将监测到的红外信息和温度信息传输到电子标签。

供暖监测终端系统还包括gprs通讯模块，选用中兴mc8818模块，所述gprs通讯模块与微处理器电连接并且由电源供电，微处理器通过grps通讯模块与internet上的云平台服务器连接，实现云平台服务器对智慧供暖系统的远程控制，以及远程获取智慧供暖系统的工作数据，例如收集温度传感器采集的系统环境温度。

如图5是本发明的智慧供暖数云平台服务器系统的系统框图，所述云平台服务器，包括：传输监听模块、可视监控模块、数据存储模块、大数据分析预测模块；所述可视监控模块通过所述传输监听模块接收各个采集点发送的数据，将数据存放在所述数据存储模块中，并将数据实时显示在所述智慧供暖系统的所述可视监控模块上；所述可视监控模块利用图形界面设定某个或某些采集点的采集参数，并通过所述传输监控模块发送给相应的所述自动采集模块上；还可以通过所述图形界面操作方式为所述手持采集模块分配采集任务，向所述手持采集模块导入采集点的数据；通过所述可视监控模块实时显示的数据能够为判断供暖系统的运行情况、故障预测与诊断等提供支持。

所述数据传输模块用于转发所述云平台服务器发向所述自动采集模块的采集参数设置命令或所述自动采集模块发向云平台服务器的采集信息；所述自动采集模块的数据传输模块是静态的，通过设定固定数据方式获得每个所述输出模块的转发数据，所述传输监听模块监听来自所述自动采集模块的采集信息并交付给所述可视监控模块，并将所述可视监控模块发送的采集设置命令发送出去，经由所述数据传输模块发送给相应的所述自动采集模块；所述手持采集模块可以通过串口与所述云平台服务器直接连接，通过所述可视监控模块分配手动采集任务或导入所述自动采集模块的数据。

进一步，所述电热控制装置根据如下公式计算供热量，

供热量=（供水温度-回水温度）×热网循环水流量

进一步地，设置温度、流量对应的温度值权重，采用加权平均法计算公式得到目标温度。

进一步地，所述可视监控模块包括：

数据监测装置，用于采集供暖管网的工作参数，所述工作参数包括温度、电压、电流、有用功率、无用功率；

温度传感器，用于采集供所述供暖管网的温度；

红外传感器，用于采集所述供暖管网区域的人流量；

射频单元，用于收发信号；

微处理器，用于产生所述供暖管网状态信号；

基于上述的智慧供暖系统，提供一个智慧供暖方法的实施例,如图6是本发明的智慧供暖系统的供暖方法流程图。

s1、供暖监测终端系统采集供暖的工作参数以及供暖区域的温度、有用功率、无用功率及流量信息，生成供暖状态信号，并通过gps传输网发送至所述云平台服务器；

s2、所述云平台服务器接收所述供暖状态信号，并根据所述供暖状态信号以及预设阈值生成第一控制信号，并通过gps传输网发送至所述供暖监测终端系统；

s3、所述供暖监测终端根据所述第一控制信号开启或者关闭供暖，或者调节供暖的流量。

还包括：

所述供暖监测终端系统设置供暖开关时间、所述温度预设阈值以及所述温度传感器的关联关系；

所述供暖监测终端系统可以调节为有人模式、无人模式、小孩及老人模式等多种用户选择模式。

所述云平台服务器分析所有供暖的历史工作参数及工作曲线以生成第二控制信号以及故障指示信号；

云平台服务器将所述第二控制信号发送至所述供暖监测终端，以及将所述故障指示信号发送至用户控制终端进行故障报警。

所述大数据分析预测模块统计供暖的工作参数以生成供暖的工作温度曲线；

所述大数据分析预测模块根据所述工作温度曲线判断是否达到最佳节能标准拐点；

当供暖的工作参数达到最佳节能标准拐点时，所述大数据分析预测模块向所述供暖监测终端系统发送供暖提醒信号，同时生成供暖超出正常耗能部分的用电费用与最佳节能标准成本之间的关系曲线。

一种智慧供暖方法的另一实施例，包括

步骤1：智慧供暖系统开始启动，供暖监测终端系统采集供暖的工作参数；

步骤2：数据采集系统开始工作；

步骤3：供暖状态信号发送至云平台服务器；是否达到预先设定的室内温度预设阈值，如果是，则判断是否超过预先设定的室内温度预设阈值，如是，执行第4步；如未达到预先设定的室内温度预设阈值，则执行第6步；

步骤4：调节电热控制装置，继续判断是否达到最佳节能标准拐点，如是，则判断达到预先设定的室内温度预设阈值；

步骤5：如未达到最佳节能标准拐点，则继续调节电热控制装置，直至达到预先设定的室内温度预设阈值；

步骤6：调节电热控制装置，直到达到预先设定的室内温度预设阈值，如未达到则继续调节电热控制装置，直至达到预先设定的室内温度预设阈值；

步骤7：是否室内仍需要供暖，如是则返回第3步；如否，则执行第8步；

步骤8：数据采集系统发送指令，云服务器返回命令，供暖监测终端关闭。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。