CN103868144B - 热计量控制装置和热计量控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热计量控制装置和热计量控制***。该热计量控制装置包括微控制单元、嵌入式安全控制模块和阀门控制单元，所述嵌入式安全控制模块和所述阀门控制单元与所述微控制单元相连接。利用该热计量控制装置和热计量控制***，在对老旧小区进行热力改造时，通过简单地在供热管道上增加阀门，就能够为单户提供供热管道的热计量控制，从而控制供热管道的通断，有效地调节室温。

Description

热计量控制装置和热计量控制***

技术领域

本发明涉及一种热计量控制装置和热计量控制***。

背景技术

为了合理地利用能源，减少对环境的影响，很多地区开始对供热模式进行改造。目前，部分地区正在推广对小区的采暖客户进行分户控制，从而分户进行热计量收费。

因而，需要一种简单的、低成本的热计量控制装置，以用于直接实现对单户的热计量控制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种热计量控制装置，能够为单户提供供热管道的热计量控制，从而达到计量收费控制的目的。

本发明提供了一种热计量控制装置，其中，该热计量控制装置包括微控制单元、嵌入式安全控制模块和阀门控制单元，所述嵌入式安全控制模块和所述阀门控制单元与所述微控制单元相连接，所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的身份认证数据，并将该加密的温度控制器身份认证数据通过所述嵌入式安全控制模块进行解密和数据验证，在从嵌入式安全控制模块接收到认证通过信息时，接收来自于温度控制器的加密的指令信息，将该加密的指令信息通过所述嵌入式安全控制模块利用指定的密钥进行解密，根据解密的指令信息向所述阀门控制单元输出阀门控制信号；所述嵌入式安全控制模块用于对来自温度控制器的信息进行身份认证，当认证通过后嵌入式安全控制模块便可以对接收来自于温度控制器的加密信息进行解密， 并将解密后的信息传输给所述微控制单元；所述阀门控制单元用于从所述微控制单元接收所述阀门控制信号，并根据所述阀门控制信号控制阀门的开启和关闭。

优选的，所述指令信息包括阀门开启指令和阀门关闭指令，所述微控制单元当接收到阀门开启指令时，向所述阀门控制单元输出阀门开启控制信号，当接收到阀门关闭指令时，向所述阀门控制单元输出阀门关闭控制信号，所述阀门控制单元当接收到所述阀门开启控制信号时，控制阀门开启，当接收到所述阀门关闭控制信号时，控制阀门关闭。

优选的，所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的实时室温信息，并将该加密的实时室温信息传输到所述嵌入式安全控制模块，通过所述嵌入式安全控制模块对解密的实时室温信息进行解密，将所述解密的实时室温信息中的实时室温与预设温度相比较，当所述实时室温大于第一预设阈值时，输出阀门关闭控制信号，当所述实时室温小于等于第二预设阈值时，输出阀门开启控制信号，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；所述嵌入式安全控制模块还用于对所述加密的实时室温进行解密，并将解密的实时室温传输给所述微控制单元。

优选的，该热计量控制装置还包括时钟单元，所述时钟单元与所述微控制单元相连接，用于计算供热时长信息。

优选的，所述嵌入式安全控制模块还用于将所述微控制单元发出的热计量数据进行加密，并将加密的热计量数据返回所述微控制单元，所述微控制单元还用于发送所述加密的热计量数据。

优选的，该热计量控制装置还包括无线收发单元，所述无线收发单元与所述微控制单元相连接。

优选的，该热计量控制装置还包括RS-485接口，所述RS-485接口与所述微控制单元相连接。

优选的，该热计量控制装置还包括指示灯，所述指示灯与所述微控制单元相连接。

同时，本发明还提供了一种热计量控制***，其中，该热计量控制***包括前述热计量控制装置，以及温度控制器和阀门，所述温度控制器与所述微控制单元通过无线收发单元进行通信连接，用于向所述微控制单元发送所述加密的温度控制器身份认证数据和加密的指令信息，所述阀门与所述阀门控制单元相连接。

优选的，所述温度控制器还用于感测室温。

优选的，该热计量控制装置还包括数据集中器，所述数据集中器与所述微控制单元通过RS485进行通信连接，用于从所述微控制单元接收所述加密的热计量数据，并将所述加密的热计量数据上传到远程热计量监控中心。

利用本发明的热计量控制装置和热计量控制***，在对老旧小区进行热力改造时，通过简单地在供热管道上增加阀门及诸如端子箱等相应的配套设备，就能够为采暖用户实现分户热计量，根据用户在室内通过温度控制器发出的指令或者根据温度控制器实时采集的实时室温，可以手动或者自动控制阀门的开启和关闭，从而控制供热管道的通断，有效地调节室温。进而，可以更好地利用能源，减少对环境的影响。

附图说明

图1示出了根据本发明的热计量控制装置的结构框图；

图2示出了根据本发明的热计量控制***的结构框图；

图3示出了使用了根据本发明的热计量控制***的楼宇的示意图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了根据本发明的热计量控制装置的结构框图。

参考图1，本发明提供了一种热计量控制装置，该热计量控制装置包括微控制单元(MCU)、嵌入式安全控制模块(ESAM)和阀门控制单元，所述嵌入式安全控制模块和所述阀门控制单元与所述微控制单元相连接，所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的身份认证数据，并将该加密的温度控制器身份认证数据通过所述嵌入式安全控制模块进行加解密计算和数据验证，在从嵌入式安全控制模块接收到认证通过信息时，接收来自于温度控制器的加密的指令信息，将该加密的指令信息通过所述嵌入式安全控制模块利用指定的密钥进行解密，根据解密的指令信息向所述阀门控制单元输出阀门控制信号；所述嵌入式安全控制模块用于从所述微控制单元接收所述加密的温度控制器身份认证数据，对所述加密的温度控制器身份认证数据利用指定的密钥进行加解密计算和数据验证，并当所述温度控制器身份认证数据被识别为与所述嵌入式安全控制模块相匹配时，向所述微控制单元发送认证通过信息并对从所述微控制单元接收的所述加密的指令信息进行解密，以及将解密的指令信息传输给所述微控制单元；所述阀门控制单元用于从所述微控制单元接收所述阀门控制信号，并根据所述阀门控制信号控制阀门的开启和关闭。

温度控制器身份认证数据温度控制器身份认证数据温度控制器身份认证数据

其中，根据本发明的热计量控制装置通常安装于楼道暖井内，并与安装于室内的温度控制器进行通信。

所述ESAM用于对从MCU接收的数据进行加密或解密，该从MCU接收的数据包括但不限于所述微控制单元从温度控制器接收的加密的温度控制器身份认证数据。

所述ESAM对所述加密的温度控制器身份认证数据进行解密之后，会对解密的温度控制器身份认证数据进行识别，该温度控制器身份认证数据为用于 标识发送该信息的温度控制器，不同的温度控制器发送不同的温度控制器认证信息。指令信息诸如阀门开启指令和阀门关闭指令等。当所述温度控制器身份认证数据通过所述ESAM的认证时，向所述MCU发送认证通过信息，这样，所述温度控制器与所述MCU可以实现后续的数据通讯。当所述温度控制器身份认证数据未通过所述ESAM的认证时，所述ESAM向所述MCU发送认证未通过信息，所述温度控制器与所述MCU不进行后续的数据通讯。MCU从ESAM接收到认证通过信息之后，就会与温度控制器进行后续的通信，从温度控制器接收加密的指令信息，并将该加密的指令信息通过ESAM进行解密。ESAM将解密后的指令信息返回到所述MCU。MCU会根据该解密的指令信息向阀门控制单元输出阀门控制信号。例如，所述MCU当接收到阀门开启指令时，向所述阀门控制单元输出阀门开启控制信号，当接收到阀门关闭指令时，向所述阀门控制单元输出阀门关闭控制信号。

所述阀门控制单元根据从MCU接收到阀门控制信号来控制阀门的开启和关闭。所述阀门通常安装在每户屋外暖井的供热管道上，用于控制通向各户屋内的供热管道的通断。所述阀门控制单元当从MCU接收到阀门开启控制信号时，控制阀门开启，此时通往安装有所匹配的温度控制器的屋内的供热管道接通，可以对该户进行供热；当从MCU接收到阀门关闭控制信号时，控制阀门关闭，此时通往安装有所匹配的温度控制器的屋内的供热管道中断，停止对该户进行供热。

利用该热计量控制装置，在对老旧小区进行热力改造时，通过简单地在供热管道上增加阀门及诸如端子箱等相应的配套设备，就能够为采暖用户实现分户热计量，根据用户在室内在温度控制器上发出指令，例如通过按下温度控制器上的开启或关闭按键，可以方便地控制阀门的开启和关闭，从而控制供热的开和关。

为了能够根据安装于屋内的温度控制器实时采集的屋内温度，自动控制阀门的开启和关闭，从而自动调节室温，使室温保持在合理的温度范围内，根据一种优选的实施方式，所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的实时室温信息，并将该加密的实时室温信息传输到所述嵌入式安全控制模块，以及从所述嵌入式安全控制模块接收解密的实时室温信息，将所述解密的实时室温信息中的实时室温与预设室温相比较，当所述实时室温大于第一预设阈值时，输出阀门关闭控制信号，当所述实时室温小于等于第二预设阈值时，输出阀门开启控制信号，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。

在这种优选的实施方式中，温度控制器采集实时室温并向根据本发明的热计量控制装置的MCU发送加密的实时室温信息。MCU通过ESAM对温度控制器的身份信息进行身份认证，如温度控制器认证通过，则接收该温度控制器发来的加密的实时室温信息，并将该加密的实时室温信息传输到ESAM进行解密。MCU从ESAM接收解密的实时室温信息，将解密的实时室温信息中的实时室温与MCU中已经预设的温度进行比较，如果实时室温大于第一预设阈值时，输出阀门关闭控制信号，控制阀门关闭，停止供热，当所述实时室温小于等于第二预设阈值时，输出阀门开启控制信号，控制阀门开启，开始供热。这样，可以使室温维持在第一预设阈值与第二预设阈值之间。

进一步优选的，用户可以通过温度控制器来选择不同的第一预设阈值和第二预设阈值。例如，可以在温度控制器上设置高、中、低三档温度选择，用户选择高档时，温度控制器向MCU发送加密的温度选择信号，MCU通过ESAM确定该温度控制器的身份信息通过认证后，从温度控制器接收该加密的温度选择信号，将加密的温度选择信号发送到ESAM进行解密，并从ESAM接收解密的温度选择信号，从而选择与该温度选择信号对应的第一预设阈值和第二预设阈值，即选择与高档对应的第一预设阈值和第二预设阈值。类似的，当用户选择中档或低档时，MCU就会选择与中档或低档对应的第一预设阈值 和第二预设阈值。可以理解，该方式仅仅是示例性的，也可以采用别的方式来选择不同的第一预设阈值和第二预设阈值。例如，还可以在温度控制器上直接选择想要的温度，不同的温度对应不同的第一预设阈值和第二预设阈值等。

优选的，所述热计量控制装置还可以包括无线收发单元，所述无线收发单元与所述MCU相连接。从而MCU可以通过该无线收发单元与屋内的温度控制器进行通信。

优选的，该热计量控制装置还可以包括时钟单元，所述时钟单元与所述微控制单元相连接，用于计算阀门开启的时长信息，即供热时长信息。

通常，热力公司需要远程监控和统计各个小区中各户的供热情况，为此热力公司可以设立统一的热计量监控中心。在这种情况下，MCU需要向热计量控制中心发送热计量数据。此时，所述ESAM还用于将所述MCU发出的热计量数据进行加密，并将加密的热计量数据返回所述微控制单元，MCU向热计量监控中心发送所述加密的热计量数据。其中，所述热计量数据包括用户充值记录、故障记录、供热时长等等。

由于热计量监控中心位于远程，所以热计量控制装置的MCU可以通过无线通信或者RS-485总线通信先将加密的热计量数据发送到距离较近的数据集中器，数据集中器再通过诸如GPRS等无线通信方式将加密的热计量数据发送到热计量监控中心，以便于热计量监控中心对用户的供热情况和计量收费情况等进行远程的监控和统计。一个数据集中器可以与多个热计量装置进行通信连接，在热计量控制装置通过RS-485总线通信将热计量数据发送到数据集中器时，该热计量控制装置还包括RS-485接口。

为了更好地指示热计量控制装置的状态，该热计量控制装置还可以包括指示灯，所述指示灯与所述微控制单元相连接。例如，该热计量控制装置可以具有电源、通信、阀门、余额、故障5个指示灯。当外部电源正常时，电源 指示灯闪烁；当电源存在问题时，指示灯常亮。当无线模块执行“对码”操作(所述对码操作是指在设备安装时，每户位于市内的温度控制器需要和位于室外暖井的热计量控制装置进行匹配，避免同一楼层不同设备间出现通信混乱)时，通信指示灯短闪烁；当无线模块正常工作时，通信指示灯长闪烁；当长时间未通信成功时，指通信示灯常亮。当阀门故障时，阀门指示灯常亮；当阀门开启时，指示灯长闪烁；当阀门关闭时，指示灯熄灭。当用户的金额用尽时，余额指示灯常亮；余额不足时，余额指示灯长闪烁。当***存在不影响日常使用的故障，故障指示灯长闪烁；当***存在影响日常使用时故障，故障指示灯常亮。可以理解，上述指示灯的具体实施方式仅是示例性的，也可以根据需要采用更多或更少的指示灯来指示热计量控制装置的状态。

该热计量控制装置还可以包括存储单元，该存储单元与所述MCU连接，其可以为EEPROM和/或Flash存储器，所述EEPROM可以存储MCU的***程序等数据，所述Flash存储器可以存储实时室温等数据。

为了能够实现热计量控制装置中固件的下载升级等，该热计量控制装置还可以具有串行及下载接口(未示出)。

图2示出了根据本发明的热计量控制***的结构框图；图3示出了使用了根据本发明的热计量控制***的楼宇的示意图。

参考图2和图3，本发明还提供了一种热计量控制***，其中，该热计量控制***包括前述热计量控制装置，以及温度控制器和阀门，所述温度控制器与所述微控制单元进行通信连接，用于向所述微控制单元发送所述加密的温度控制器身份认证数据和加密的指令信息，所述阀门与所述阀门控制单元相连接。

所述ESAM对MCU从温度控制器接收到的加密的温度控制器身份认证数据进行解密，当所述温度控制器身份认证数据通过所述ESAM的认证时，向所述MCU发送认证通过信息，这样，所述温度控制器与所述MCU可以实现后续 的数据通讯。当所述温度控制器身份认证数据未通过所述ESAM的认证时，所述ESAM向所述MCU发送认证未通过信息，所述温度控制器与所述MCU不进行后续的数据通讯。

MCU从ESAM接收到认证通过信息之后，就会从温度控制器接收加密的指令信息，并将该加密的指令信息传输到ESAM进行解密。ESAM将解密后的指令信息返回到所述MCU。MCU会根据该解密的指令信息向阀门控制单元输出阀门控制信号。例如，所述MCU当接收到阀门开启指令时，向所述阀门控制单元输出阀门开启控制信号，当接收到阀门关闭指令时，向所述阀门控制单元输出阀门关闭控制信号。

优选的，为了能够根据安装于屋内的温度控制器实时采集的屋内温度，自动控制阀门的开启和关闭，从而自动调节室温，使室温保持在合理的温度范围内，根据一种优选的实施方式，所述MCU还从温度控制器接收加密的实时室温信息。在这种情况下，所述温度控制器还用于感测室温，并将加密后的实时室温发送给MCU。

通常，热力公司需要远程监控和统计各个小区中各户的供热情况，为此热力公司可以设立统一的热计量监控中心。由于热计量监控中心通常位于远程，所以优选的，该热计量控制装置还可以包括数据集中器，所述数据集中器与所述MCU进行通信连接，用于从所述MCU接收加密的热计量数据，并将所述加密的热计量数据上传到热计量监控中心。这样，MCU可以通过无线通信或者RS-485总线通信先将热计量数据发送到距离较近的数据集中器，也可以MCU通过无线方式先与无线采集器进行通信，无线采集器再与数据集中器通过RS-485总线进行通信，数据集中器再通过诸如GPRS等无线通信方式将热计量数据发送到热计量监控中心，以便于热计量监控中心对用户的供热情况和计量收费情况等进行远程的监控和统计。

下面，详细描述本发明的热计量控制***的工作流程。

根据本发明的热计量控制装置通常安装于楼道暖井内，并与安装于室内的温度控制器进行通信。如图3所示，每户室内安装有一个温度控制器，每户室外暖井的供热管道上安装有一个阀门，每个阀门的配套设备整合在端子箱中。一个温度控制器与一个热计量控制装置相互配对，每个热计量控制装置控制安装有对应的温度控制器的这户房间的供热管道上的阀门。

温度控制器诸如通过无线方式向MCU发送加密信息，该加密信息包括加密的温度控制器身份认证数据，还可以包括加密的指令信息和加密的实时室温信息，所述MCU通过ESAM对从温度控制器接收到的加密的温度控制器身份认证数据进行解密。该温度控制器身份认证数据为用于标识发送该信息的温度控制器，不同的温度控制器发送不同认证信息。指令信息诸如阀门开启指令和阀门关闭指令等。ESAM对温度控制器的身份信息进行认证，当所述温度控制器身份认证数据通过所述ESAM的认证时，ESAM就向所述MCU发送认证通过信息，这样，所述温度控制器与所述MCU可以实现后续的数据通讯当认证不通过时，ESAM就向所述MCU发送认证未通过信息，所述温度控制器与所述MCU不进行后续的数据通讯。MCU从ESAM接收到认证通过信息之后，就会与温度控制器进行后续的通信，从温度控制器接收加密的指令信息和加密的实时室温信息，并将该加密的指令信息和加密的实时室温信息传输到ESAM进行解密。ESAM将解密的指令信息和解密的实时室温信息返回MCU。MCU接收到解密的指令信息之后，会根据该指令信息向阀门控制单元输出阀门控制信号。例如，所述MCU当接收到阀门开启指令时，向所述阀门控制单元输出阀门开启控制信号，控制对应的阀门开启，开始供热，当接收到阀门关闭指令时，向所述阀门控制单元输出阀门关闭控制信号，控制对应的阀门关闭，停止供热。并且，MCU还可以将实时室温与MCU中已经预设的室温进行比较，如果实时室温大于第一预设阈值时，输出阀门关闭控制信号，控制阀门关闭，停止供热，当所述实时室温小于等于第二预设阈值时，输出阀门 开启控制信号，控制阀门开启，开始供热。这样，可以使室温维持在第一预设阈值与第二预设阈值之间。

所以热计量控制装置的MCU可以通过RS-485总线通信或无线方式先将热计量数据发送到距离较近的数据集中器，数据集中器再通过诸如GPRS等无线通信方式将热计量数据发送到热计量监控中心，以便于热计量监控中心对用户的供热情况和计量收费情况等进行远程的监控和统计。

如上所述，利用本发明的热计量控制装置和热计量控制***，就能够为单户提供供热管道的热计量控制，根据用户在室内通过温度控制器发出的指令或者根据温度控制器实时采集的实时室温，可以手动或者自动控制阀门的开启和关闭，从而控制供热管道的通断，有效地调节室温。进而，可以更好地利用能源，减少对环境的影响。

Claims (11)

1.一种热计量控制装置，其特征在于，该热计量控制装置包括微控制单元、嵌入式安全控制模块和阀门控制单元，所述嵌入式安全控制模块和所述阀门控制单元与所述微控制单元相连接，

所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的身份认证数据，并将该加密的温度控制器身份认证数据通过所述嵌入式安全控制模块进行解密和数据验证，在从嵌入式安全控制模块接收到认证通过信息时，接收来自于温度控制器的加密的指令信息，将该加密的指令信息通过所述嵌入式安全控制模块利用指定的密钥进行解密，根据解密的指令信息向所述阀门控制单元输出阀门控制信号；

所述嵌入式安全控制模块用于对来自温度控制器的信息进行身份认证，当认证通过后嵌入式安全控制模块便可以对接收来自于温度控制器的加密信息进行解密，并将解密后的信息传输给所述微控制单元；

所述阀门控制单元用于从所述微控制单元接收所述阀门控制信号，并根据所述阀门控制信号控制阀门的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的热计量控制装置，其特征在于，所述指令信息包括阀门开启指令和阀门关闭指令，

所述微控制单元当接收到阀门开启指令时，向所述阀门控制单元输出阀门开启控制信号，当接收到阀门关闭指令时，向所述阀门控制单元输出阀门关闭控制信号，

所述阀门控制单元当接收到所述阀门开启控制信号时，控制阀门开启，当接收到所述阀门关闭控制信号时，控制阀门关闭。

3.根据权利要求2所述的热计量控制装置，其特征在于，

所述微控制单元用于接收来自于温度控制器的加密的实时室温信息，并将该加密的实时室温信息传输到所述嵌入式安全控制模块，通过所述嵌入式安全控制模块对解密的实时室温信息进行解密，将所述解密的实时室温信息中的实时室温与预设温度相比较，当所述实时室温大于第一预设阈值时，输出阀门关闭控制信号，当所述实时室温小于等于第二预设阈值时，输出阀门开启控制信号，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值；

所述嵌入式安全控制模块还用于对所述加密的实时室温进行解密，并将解密的实时室温传输给所述微控制单元。

4.根据权利要求1中任一项权利要求所述的热计量控制装置，其特征在于，该热计量控制装置还包括时钟单元，所述时钟单元与所述微控制单元相连接，用于计算供热时长信息。

5.根据权利要求1所述的热计量控制装置，其特征在于，所述嵌入式安全控制模块还用于将所述微控制单元发出的热计量数据进行加密，并将加密的热计量数据返回所述微控制单元，所述微控制单元还用于发送所述加密的热计量数据。

6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的热计量控制装置，其特征在于，该热计量控制装置还包括无线收发单元，所述无线收发单元与所述微控制单元相连接。

7.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的热计量控制装置，其特征在于，该热计量控制装置还包括RS-485接口，所述RS-485接口与所述微控制单元相连接。

8.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的热计量控制装置，其特征 在于，该热计量控制装置还包括指示灯，所述指示灯与所述微控制单元相连接。

9.一种热计量控制***，其特征在于，该热计量控制***包括根据权利要求1-8中任一项所述的热计量控制装置，以及温度控制器和阀门，所述温度控制器与所述微控制单元通过无线收发单元进行通信连接，用于向所述微控制单元发送所述加密的温度控制器身份认证数据和加密的指令信息，所述阀门与所述阀门控制单元相连接。

10.根据权利要求9所述的热计量控制***，其特征在于，所述温度控制器还用于感测室温。

11.根据权利要求9所述的热计量控制***，其特征在于，该热计量控制装置还包括数据集中器，所述数据集中器与所述微控制单元通过RS485进行通信连接，用于从所述微控制单元接收所述加密的热计量数据，并将所述加密的热计量数据上传到远程热计量监控中心。