专利名称：基于通用分组无线业务技术的供热监控装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种将中国移动通用分组无线业务GPRS数据传输技术与非接触射频IC卡技术融为一体，解决供热系统中的二级供热站的用热情况的计费与各参数实时监控问题的新方法，属于供热系统中的计费与监控技术领域。
背景技术：
在中国移动公司所提供的通用分组无线业务GPRS(Gerneral PackerRadio Service)数据传输方式及其网络目前已覆盖了我国绝大部分地区，并已被广泛应用于市政、交通、水利、电力等行业中的遥测、遥控装置。
我国北方城市中，集中供热已相当普及。为满足市政供热部门运行与管理的要求，需要对所控制范围内重要场所(如用户端)进行实时监控，以确保供应系统的正常运行。然而，过去较为常用的无线电通讯方式有设备造价昂贵、维护费用高、数据传输不可靠等缺点，而传统的先用后付费方式，会带来拖欠、抗交费、供收差异大等弊端，严重影响了供应方的经济效益。
在传统的供热监控方案中，企业管理人员如果不亲临现场，根本无法获取实时的二级供热情况，使参数采集与调整无法同步进行，存在较大的时间延迟，难以做到快速、及时地决策。随着供热范围的逐渐扩大，传统的有线传输方式已远远不能满足需求，而用无线电通信的电台等设备又有设备造价高、维护费用高、占用信道资源等缺点。
通用分组无线业务GPRS是在现有GSM系统上发展起来的一种新型无线数据传输业务，目的是给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。采用GPRS技术，使网络化、信息化远程监控的范围得到了极大的扩展。GPRS网覆盖面广、可靠性高，基于GPRS的远程仪表控制系统具有维护费用低、可靠性高、费用合理等特点，可广泛应用于远程抄表和工业中各种远程仪表的测控系统。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种能将供热参数温度、压力、流量、流量积算等运行参数实时反馈到供热中心，同时对二级供热站运行费用情况进行提示和控制装置，既基于通用分组无线业务技术的供热监控装置。
技术方案本发明的基于通用分组无线业务技术的供热监控装置由读卡器、功能键窗口、E2PROM存储器、微控制器(MCU)、液晶显示电路、GPRS模块、RS232电平转换电路所组成；该装置以MCU为中心，MCU分别与读卡器、功能键窗口、E2PROM存储器、液晶显示电路、GPRS模块、RS232电平转换电路相接，RS232电平转换电路还与外部的智能流量计相接。
在具体结构上，MCU即单片机U10的“SDATA、SCLK、INTO”端分别与读卡器即读卡电路U11的“SDATA、SCLK、INTO”端相接；MCU即单片机U10的“KEYQ、SDA、SCL”端分别与功能键接口中的接口电路U2A的“KEYQ、SDA、SCL”端相接；MCU即单片机U10的“SDA、SCL”端分别与E2PROM存储器中的存储电路U9的“SDA、SCL”端相接；MCU即单片机U10的“AD0～AD7、/WR、/RD”端分别与液晶显示电路中的显示电路U16的“AD0～AD7”端、U13C的“/WR、/RD”端相接；MCU即单片机U10的“RXD1、TXD1”端分别与RS232电平转换电路中的电平转换电路U8的“RXD1、TXD1”端相接；电平转换电路U8的“R2321、T2321”端分别与GPRS模块JP1的“R2321、T2321”端相接。
本发明正是针对这些情况，对供热蒸汽状态进行实时采集，并通过GPRS设备从移动公司网络传回中心站，实现实时监测，使供热点的监控不再受地域的限制，并且减少维护费用和运营费用，减少资源占用。并在设计中加入非接触射频IC卡对供热进行管理，改先用后付费为先付费后用，减少恶意欠费等行为，减少国家的损失。加上阀门控制，可实现欠费自动停阀和自动定时开关阀的功能。
本发明以MCS-51兼容单片机W77E58为核心，配合智能传感器、非接触射频IC卡和GPRS模块等外围电路，实现实时监控、预付费管理等功能的新型供热监控装置。通过智能传感器读入当前蒸汽的状态参数，经过转换后由GPRS模块将数据向中心站报告；由12864液晶和键盘组成人机界面，在液晶上显示当前状态参数等，并由键盘控制显示界面的切换；非接触射频IC卡读与接口电路完成对IC卡的读取，完成充值和配置等操作；E2PROM中存储着系统参数，如总充值额、中心站IP地址、本机号等。在这些接口电路的配合下，完成对供热蒸汽的监控。
有益效果本装置以单片机作为计控单元，引入非接触式射频IC卡技术对资源供应进行管理，将传统的先使用后付费改为先付费后使用，简化了管理难度。通讯中采用目前比较先进的通用分组无线业务GPRS技术，保证通讯的可靠性，降低运行成本。大大提高了供热系统运行可靠性和管理水平，既确保了企业的直接经济效益，又达到了充分利用资源的目的。其中，IC卡的管理、状态参数的统计等均可由供应方计算机来完成，便于管理。本装置作为用户端实时监控系统的关键性部件，具有存储容量大、数据保密性好、抗干扰能力强、操作简便、速度快等优点，对整个系统的实现与性能具有重要意义。
1、采用通用分组无线业务GPRS通讯技术，实现供热监控系统的无线组网。
2、以单片机作为计控单元，引入非接触射频IC卡技术对供热进行管理，将IC卡作为身份证明，改先用后付为先付后用，简化了管理难度，加强安全管理，提高经济效益。
3、实现供热监控系统的无线组网，降低组网成本，提高数据传输可靠性。
4、基于非接触式射频IC卡技术，提高了保密性，实现“先付后用”的预付费管理模式，避免拖欠、抗交费情况，大大提高了效益。
图1是本发明的结构框图。其中有读卡器1、功能键接口2、E2PROM存储器3、微控制器4、液晶显示电路5、GPRS模块6、RS232电平转换电路7。
图2是本发明读卡器1、功能键接口2、E2PROM存储器3、微处理器4的电路原理图。
图3是本发明液晶显示电路5、GPRS模块6、RS232电平转换电路7的电路原理图。
具体实施例方式
本装置由220V交流电供电，以“Winbond77E58”单片机作为硬件电路的核心，和非接触射频IC卡读卡接口电路、E2PROM存储器、点阵式液晶显示电路、功能按键接口、GPRS设备连接电路等外围电路进行数据通信，通过对其编程，实现对IC卡中存储的数据读写，功能键按键的处理，液晶显示、配置GPRS设备及串口数据传输等操作。点阵式液晶显示当前日期、时间和流量，用户按功能键可显示当时供热蒸汽的状态、余额，在刷IC卡后充值或设定参数。
本装置与智能仪表、计算机、GPRS设备之间进行全双工异步通信，实现实时监控。单片机串行端口的控制寄存器，可用来设置工作方式，发送或接收状态、特征位、数据传送的波特率以及接收、发送中断标志位。串口的数据寄存器为发送和接收共用，满足条件时，向数据寄存器中写入数据就启动发送过程，反之读数据寄存器就启动接收过程。
本装置有两个RS232标准串行接口，可方便地与外部设备进行串行通信，采用延时等待方式、中断方式相结合的方法，在保证通信可靠性的前提下最大限度的提高资源利用率。例如，本装置与现场智能仪表通过RS232标准接口，读入现场智能仪表采集到的流量等数据，经初步处理后，自动计算用户所剩余额，在液晶上显示出这些状态量，再将数据传给GPRS设备通过中国移动网络，将数据传输给供应方的中央计算机作数据处理。计算机作出决策指令，再经GPRS网络将指令发送给本装置，本装置根据指令作相应控制。这样就实现了远程监控。
该装置由读卡器1、功能键窗口2、E2PROM存储器3、MCU4、液晶显示电路5、GPRS模块6、RS232电平转换电路7所组成；该装置以MCU4为中心，MCU4分别与读卡器1、功能键窗口2、E2PROM存储器3、液晶显示电路5、GPRS模块6、RS232电平转换电路7相接，RS232电平转换电路7还与外部的智能流量计相接。具体的连接方法为MCU4即单片机U10的“SDATA、SCLK、INTO”端分别与读卡器1即读卡电路U11的“SDATA、SCLK、INTO”端相接；MCU4即单片机U10的“KEYQ、SDA、SCL”端分别与功能键接口2中的接口电路U2A的“KEYQ、SDA、SCL”端相接；MCU4即单片机U10的“SDA、SCL”端分别与E2PROM存储器3中的存储电路U9的“SDA、SCL”端相接；MCU4即单片机U10的“AD0～AD7、/WR、/RD”端分别与液晶显示电路5中的显示电路U16的“AD0～AD7”端、U13C的“/WR、/RD”端相接；MCU4即单片机U10的“RXD1、TXD1”端分别与RS232电平转换电路7中的电平转换电路U8的“RXD1、TXD1”端相接；电平转换电路U8的“R2321、T2321”端分别与GPRS模块6JP1的“R2321、T2321”端相接。
硬件部分1、51兼容单片机MCU 4选用美国华邦公司的W77E58单片机，该单片机兼容8051系列单片机的引脚和指令集；在时钟工作频率相同的情况下，执行相同的代码，是8051的3倍；内部有32KB的Flash ROM和1K的RAM，中断源增加到13个(其中6个为外部中断)；提供了第二组串行接口，方便与外设如智能仪器、计算机、GPRS装置等实现串行数据通信；内置看门狗安全保护电路。
2、IC卡及读写接口电路IC卡采用周立功公司生产的非接触射频IC卡，该卡具有存储能力为8Kb(1KB)字节，保密性好等特点。
IC卡读卡电路选用周立功公司的ZLG500A读卡器，采用SPI串行总线协议与单片机通讯。遵从ISO/IEC14443A标准，读卡无需接触，寿命长，使用方便。
3、E2PROM数据存储 本装置用E2PROM来存储机器号、实时数据、密码等关键数据。E2PROM选用的是美国Atmel公司生产的AT24C02芯片，其存储容量为256字节，采用二线I2C串行总线协议与51单片机通讯。该芯片采用低功耗CMOS工艺制造，可以在无电源状态下长期可靠地存储系统内重要数据，工作寿命可达106次。
4、点阵式液晶显示电路 显示模块用于显示当前系统时间、供热蒸汽状态、用户设定的时间、预存剩余以及出错信息等。显示部分采用的是12864点阵式液晶显示模块，可以显示32个汉字或64个英文(符号)。该模块为反射式正显示，并行方式与单片机通讯。
5、功能按键接口电路 使用ZLG7290键盘芯片，最多可挂接64个按键，采用二线I2C串行总线协议与51单片机通讯。电路中共设置了4个功能按键，提供了一个人机接口，主要用于时间显示和蒸汽状态显示间的切换。
功能部分1.预付费功能 用户持IC卡到供应方预付费，供方在IC卡内写入供应量，同时将用户的供应量输入系统计算机数据库。用户持IC卡在本装置感应区刷卡后，按提示可将卡内供应量一次性存入本装置内。
2.配置GPRS设备功能 上电后按住取消键，可自动读取存储器中记录的系统参数进行GPRS设备的配置，无需电脑介入。
3.显示控制功能 手机菜单样式，方便用户查看时间、所供蒸汽状态、余额等数据，在刷卡通过验证后，用户可根据液晶上的菜单提示进行充值、设定系统参数等操作。
4.加密功能 用户标识码与用户处计费控制装置是唯一对应的，用户标识码存在非接触射频IC卡内，只有当刷卡通过验证后方能对本装置进行修改参数、充值等操作。
5.故障自检及处理功能 系统自动检测故障源并将故障原因显示在液晶上，同时将自动重启动故障设备。
权利要求
1.一种基于通用分组无线业务技术的供热监控装置，其特征在于该装置由读卡器(1)、功能键窗口(2)、E2PROM存储器(3)、MCU(4)、液晶显示电路(5)、GPRS模块(6)、RS232电平转换电路(7)所组成；该装置以MCU(4)为中心，MCU(4)分别与读卡器(1)、功能键窗口(2)、E2PROM存储器(3)、液晶显示电路(5)、GPRS模块(6)、RS232电平转换电路(7)相接，RS232电平转换电路(7)还与外部的智能流量计相接。
2.根据权利要求1所述的基于通用分组无线业务技术的供热监控装置，其特征在于MCU(4)即单片机U10的“SDATA、SCLK、INTO”端分别与读卡器(1)即读卡电路U11的“SDATA、SCLK、INTO”端相接；MCU(4)即单片机U10的“KEYQ、SDA、SCL”端分别与功能键接口(2)中的接口电路U2A的“KEYQ、SDA、SCL”端相接；MCU(4)即单片机U10的“SDA、SCL”端分别与E2PROM存储器(3)中的存储电路U9的“SDA、SCL”端相接；MCU(4)即单片机U10的“AD0～AD7、/WR、/RD”端分别与液晶显示电路(5)中的显示电路U16的“AD0～AD7”端、U13C的“/WR、/RD”端相接；MCU(4)即单片机U10的“RXD1、TXD1”端分别与RS232电平转换电路(7)中的电平转换电路U8的“RXD1、TXD1”端相接；电平转换电路U8的“R2321、T2321”端分别与GPRS模块(6)JP1的“R2321、T2321”端相接。
全文摘要
基于通用分组无线业务技术的供热监控装置是一种将中国移动通用分组无线业务GPRS数据传输技术与非接触射频IC卡技术融为一体，解决供热系统中的二级供热站的用热情况的计费与各参数实时监控问题的新方法，该装置由读卡器(1)、功能键窗口(2)、E2PROM存储器(3)、MCU(4)、液晶显示电路(5)、GPRS模块(6)、RS232电平转换电路(7)所组成；该装置以MCU(4)为中心，MCU(4)分别与读卡器(1)、功能键窗口(2)、E2PROM存储器(3)、液晶显示电路(5)、GPRS模块(6)、RS232电平转换电路(7)相接，RS232电平转换电路(7)还与外部的智能流量计相接。
文档编号H04L12/00GK1737867SQ20051004065
公开日2006年2月22日 申请日期2005年6月22日 优先权日2005年6月22日
发明者方彦军, 周爱斌, 陈挺, 夏正武, 沈春一 申请人:南京师范大学