CN1737867A - 基于通用分组无线业务技术的供热监控装置 - Google Patents

Abstract

基于通用分组无线业务技术的供热监控装置是一种将***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***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。

Description

基于通用分组无线业务技术的供热监控装置

技术领域

本发明是一种将***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***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***中的计费与监控技术领域。

背景技术

在***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***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***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***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***。

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***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***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***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***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***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***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***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***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。

附图说明

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***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***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***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***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***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***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***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 ***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。

Claims (2)

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。

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