（控制理论与控制工程专业论文）基于射频识别技术的供热计量系统研究.pdf

r e s e a r c ho nh e a t i n gm e a s u r i n gs y s t e m b a s e do nr f i d w a n g x i a o u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f m ar u j i a n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y , 2 0 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 埔 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 口公开 口保密( 年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：至鱼导师签名： 济南大学硕卜学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i i i i 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景和意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 课题的意义l 1 2 国内外研究动态2 1 2 2 热计量研究发展概况2 1 2 2 供热计量数据传输方式6 1 3 射频识别与无线组网技术l o 1 3 1 射频识别技术1 0 1 3 2 无线组网技术1 1 l - 3 3r f i d 与无线自组网络的技术融合1 1 1 4 课题研究的内容1 2 1 5 本章小结l3 第二章供热计量系统的总体设计一1 5 2 1 热量计量原理15 2 1 1 用户的供暖负荷1 5 2 1 2 供给建筑物的热量1 6 6 2 2 热计量系统网络结构设计1 7 2 2 1z i g b e e 协议17 2 2 2 热计量系统组网方案2 2 2 3 基于r f i d 的供热计量系统设计2 4 2 3 1 网络终端节点2 5 2 3 2 网络路由器2 7 2 3 3 网络协调器2 8 8 2 4 本章小结一2 8 9 基于射频识别技术的供热计鼍系统研究 第三章热计量节点设计及实现3 1 3 1 节点硬件设计3 1 3 1 1 主控制器3l 3 1 2 温度采集3 2 3 1 3 流量测量3 4 3 1 4 液晶显示3 7 3 1 5 识读模块和射频卡3 8 3 1 6 无线传输4 3 3 1 7 其他电路4 7 3 1 8 热计量节点整体电路图4 7 3 2 节点软件设计4 9 3 2 1 主程序设计4 9 3 2 2 流量检测子程序5 0 3 2 3 温度检测子程序5 l 3 2 4 射频识别子程序5 3 3 3 本章小结5 5 第四章热计量数据远程传输的研究与实现5 7 4 1 通讯协议5 7 4 1 1m a c 协议5 7 4 1 2 路由协议研究5 8 4 1 3 数据传输模式5 9 4 1 4 数据包设计6 l 4 2 组网测试6 2 4 2 1 节点参数设置6 2 2 4 2 2 网络测试一6 5 4 2 3 计最节点数据传输7 l 4 3 本章小结7 4 第五章结论与展望7 5 5 1 结论7 5 济南大学硕七学位论文 5 2 下一步工作展望7 6 参考文献7 7 致谢81 附录8 3 基于射频识别技术的供热汁_ 嚣系统研究 i v 济南大学硕 学位论文 摘要 随着社会进步和居民生活方式的改善，传统按住宅面积收费的方法受到越 来越多用户质疑，科学的供热计量成为供暖收费制度改革的焦点，目前我国供 热企业缺乏科学计量手段，供热系统的管理水平与之发展规模不相称。国外现 在已有较为成熟的热计量技术和规范的产品，但因价格昂贵，技术垄断性强， 售后维护困难等因素都制约了其在我国的大面积推广使用；国内市场上自主开 发的热计量装置还有诸如功能少、稳定性差、使用寿命短等问题呕待解决。因 此，研制适合中国国情的热计量系统显得尤为必要。 本课题将r f i d 技术、智能检测技术、无线通信技术以及网络技术应用于 供热计量系统，根据最新国际、国内标准，运用r f i d 技术与无线网络的技术 融合设计了一种功能性强的热计量系统。r f i d 技术对于节点的自动识别有着得 天独厚的优势，而无线自组网络虽然对：符点没有令局标识，但是它的传输距离 大。将r f i d 技术和无线组网融合，利用无线组网中半径高达1 0 0 米的覆盖范 围和r f i d 对于每一网络节点的高度识别，构建适宜住宅小区、公共建筑或企 事业单供热计量管理的无线通信网络，这是本文的创新点。 本文研究内容主要包括以下几个方面。 第一，参照最新国际、国内标准，深入研究了射频技术和无线自组网技术 特征，提出运用r f i d 技术与无线网络的技术融合的供热计量系统设计方案。 该系统町实现用户热预付费、用热计量数据远程传输等功能，满足集中供热系 统中实行分户热计量的需求。 第二，进行热计量节点的设计研究。该节点主要由微控单元、温度采集、 流肇检测、无线收发、射频读写、显示等模块组成。完成了各部分的硬件设计 和软件编程。热计量节点内置x b e e p r o 模块实现低功耗、高稳定性的计量数据 传输。热计量节点具有射频识别功能，可实现预付费及用户信息的自动识别。 第三，对无线白组网络进行研究，针对困内供热计量的现状，提出了网状 网和簇状网相结合的多级传输热计量通信网络。该网络底层采用网状网技术组 网方式，组成像渔网一样的网络架构，热计量数据通信可以有多个路径可以进 行传输，这要比单跳网络更加稳定。 v 基于射频识别技术的供热计量系统研究 第四，进行了热计量系统通信协议的研究。对数据链路层的介质访问控制 ( m a c ) 协议和网络层的按需平面距离矢量路由( a o d v ) 协议进行研究，确定了 热计量网络数据的传输方式。 第五，组网测试。建立了包括内嵌x b e e p r o 模块的计量节点、路由器、协 调器的网络实验平台，模拟基于射频识别的供热计量系统组网结构进行测试。 测试结果表明：该系统利用自组网技术构建的多级传输热计量通信网络能够实 现热计量数据的可靠传输，可满足供热计量的需求。 总之，理论分析、软硬件设计和测试研究表明，本文所设计的供热计量系 统能够实现多用户热计量数据的可靠传输，满足集中供热系统中实行分户热计 量收费的需求，具有技术先进、设计新颖、功能性强等优点。进一步完善设计 后，将为我国供热企业提供一种科学计量方法，提高供热系统的管理水平，具 有很大的市场前景。 关键词：r f i d ；供热计量；x b e e p r o 模块；无线网络 v l 济南大学硕卜学位论文 a b s t r a c t s c i e n t i f i ch e a tm e t e r i n gb e c o m e st h ef o c u so fh e a tc h a r g i n gr e f o r m a t i o n n o w s c i e n t i f i ch e a tm e t e r i n gi sm i s s i n gi no u rh e a t i n ge n t e r p r i s ea n dm a n a g e m e n to f h e a t i n gi so u to fp r o p o r t i o nt oi t sd e v e l o p m e n t t h e r ea l r e a d yi sr e l a t i v e l ym a t u r e d h e a tm e t e r i n gt e c h n o l o g yi nf o r e i g nc o u n t r i e s ，h o w e v e r , h i g hp r i c e ，t e c h n o l o g y m o n o p o l ys t r o n ga n da f t e r - s a l e sm a i n t e n a n c ed i f f i c u l t i e se t c r e s t r i c ti t sw i d e s p r e a d u s ei nc h i n a h e a tm e t e r i n gd e v i c ed e v e l o p e di n d e p e n d e n t l yi nd o m e s t i cm a r k e th a s l i t t l er u n i o n ，p o o rs t a b i l i t ya n ds e r v i c el i f es h o r te t c ，w h i c hi sn e e dt or e s o l v e t h u si ti sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tt od e v e l o ph e a tm e t e r i n gs y s t e ms u i t a b l ef o rc h i n a t h i sp r o j e c ti sa p p l y i n gr f i d ，i n t e l l i g e n c em e a s u r i n gt e c h n o l o g y , w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n i q u e st oh e a tm e t e r i n gs y s t e m h e a t m e t e r i n gs y s t e mc o m p o u n db yr f i da n dw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n i q u e sa sp e r u p - t o - d a t ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r da n dd o m e s t i cs t a n d a r di ss t r o n gf u n c t i o n a l r f i d h a sa na d v a n t a g ei na u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt on o d em e a n w h i l ew i r e l e s sa dh o e n e t w o r kh a sad i s t a n tt r a n s m i s s i o nd i s t a n c ee v e nt h o u g hn ow h o l l yl a b e l e do nn o d e i n n o v a t i v ep o i n t so ft h i st h e s i si st ob u i l dw i r e l e s sc o m m t m i c a t i o nn e t w o r ks u i t a b l e f o rh o u s i n gd i s t r i c t ，p u b l i cw o r k so re n t e r p r i s ea n dp u b l i ci n s t i t u t i o nh e a tm e t e r i n g m a n a g e m e n tt h o u g hc o m p o u n db yr f i da n dw i r e l e s s a dh o en e t w o r k ，t a k i n g a d v a n t a g eo fc o v e r a g ea r e ab ya dh o cn e t w o r ka n da u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt on o d e b yr f i d t h i st h e s i sm a i n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n gr e s p e c t s f i r s t l y ，w i t hr e f e r e n c et ou p - t o - d a t ei n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i cs t a n d a r d ，u p o n d e e p l ys t u d yo nr a d i ot e c h n o l o g yd e s i g np r o p o s a l f o rh e a tm e t e r i n gs y s t e m c o m p o u n db yr f i da n dw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n i q u e si sp u tf o r w a r d t h i ss y s t e mc a l l r e a l i z ep r e p a y m e n tb yu s e r s ，d i s t a n tt r a n s m i s s i o nb yh e a tm e t e r i n gd a t ae t c ， s a t i s f y i n gr e q u i r e m e n t so f h o u s e h o l dh e a tm e t e r i n gi nc e n t r a lh e a t i n gs y s t e m v i i 基于射频识别技术的供热计量系统研究 s e c o n d l y , d e s i g nr e s e a r c hi n t oh e a tm e t e r i n gn o d e t h i sn o d ei sc o n s i s to fm a i n c o n t r o lu n i t ，t e m p e r a t u r ec o l l e c t i o n ，f l o wm o n i t o r i n g ，w i r e l e s st r a n s m i s s i o n ，r f i d r e a d i n g ，d i s p l a ye t c h a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ep r o g r a m m e ro fe a c hp a r t sa r e c o m p l e t e d x b e e p r om o d u l eh e a tb u i l ti nh e a tm e t e r i n gn o d er e a l i z e sl o wp o w e r c o n s u m p t i o na n dh i 曲s t a b i l i t yo ft r a n s m i s s i o no fh e a tm e t e r i n gd a t a h e a tm e t e r i n g n o d e 、析t i lr f i dc a nr e a l i z ep r e p a y m e n ta n da u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o no fu s e r s t h i r d l y ，u p o nr e s e a r c ho nw i r e l e s sa dh o cn e t w o r ka n da g a i n s ts t a t u so f d o m e s t i ch e a tm e t e r i n g ，m u l t i - s t a g et r a n s m i s s i o nh e a tm e t e r i n gc o m m u n i c a t i o n n e t w o r kc o m b i n e db ym e s hn e t w o r ka n dc l u m p sn e t si sd e s i g n e d t h eu n d e r l y i n g n e t w o r kl a y e ri sa d o p t i n gm e s hn e t w o r kt e c h n o l o g yn e t w o r km o d e ，c o n s t i t u t i n g f i s h i n gn e t so fn e t w o r ka r c h i t e c t u r e c o m m u n i c a t i o no fh e a tm e t e r i n gd a t ac a nb e t r a n s m i t t e di nm u l t i p l ep a t h s ，m o r es t a b l et h a nt h eo n eh o pn e t w o r k f o u r t h l y , r e s e a r c hi n t oh e a tm e t e r i n gs y s t e mc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s m a c t o w a r dd a t al i n kl a y e ra n da o d co fn e t w o r kl a y e ra r er e s e a r c h e d ，t r a n s m i s s i o n m o d eo fh e a tm e t e r i n gs y s t e md a t ai sa s c e r t a i n e d f i f t h l y , n e t w o r k i n gt e s t m e t e r i n gn o d eb u i l ti nx b e e p r o ，r o u t e ra n dt h e n e t w o r k i n ge x p e r i m e n t a lp l a t f o r mo fc o o r d i n a t o ra r es e tu p t e s ti sc a r r i e do u t t o w a r d ss i m u l a t i o nb a s e do nr f i dh e a tm e t e r i n gs y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r e t h e r e s u l ts h o w st h a tc o m m u n i c a t i o no ft h i ss y s t e mi ss t a b l ea n dr e l i a b l e ，w h i c hc a n g r e a t l ye n h a n c ea u t o m a t i o nl e v e lo ft h e r m a lm a n a g e m e n t i nb r i e f , t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g na n dt e s ts h o w st h a t h e a tm e t e r i n gs y s t e md e s i g n e dc a nf u l f i l sr e l i a b l et r a n s m i s s i o no fm u l t i u s e rh o t m e a s u r e m e n td a t aa n ds a t i s f yr e q u i r e m e n t so fh o u s e h o l dh e a tm e t e r i n gi nc e n t r a l h e a t i n gs y s t e m t h i ss y s t e mi so fa d v a n c e dt e c h n o l o g y , n o v e ld e s i g na n ds t r o n g f u n c t i o ne t c u p o nf u r t h e ri m p r o v e m e n tf o rd e s i g nas c i e n t i f i cm e t e r i n gm e t h o dw i l l b ep r o v i d e dt oo u rh e a t i n ge n t e r p r i s ea n de n h a n c em a n a g e m e n to fh e a ts y s t e m k e yw o r d s ：h e a t i n gm e a s u r e m e n t ；r f i d ；x b e e p r om o d u l e ；n e t w o r k i n gt e s t 济南大学硕学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景和意义 1 1 1 研究背景 现在我国供热城市已达到1 2 0 多个，近几年来，城区面积不断增加，房地 产开发迅猛增长，建筑面积的不断增加，在我国北方地区，集中供热的建筑面 积占总建筑面积的6 0 以上，发展速度迅猛，已经形成一定规模。随着经济的 发展，社会的进步和人民生活水平的提高，人们对居住环境、生活质量的要求 也越来越高，传统集中供热收费的方法受到越来越多用户质疑，科学的供热计 量成为供暖收费制度改革的焦点，目f j 我国供热企业缺乏科学计量手段，供热 系统的管理水平与之发展规模不相称【l , 2 1 。集中供热的发展趋势是按热量计费， 也是节能环保的一项基本措施，各地区都努力从现有条件出发，积极调整能源 结构，实现供热事业的叮持续发展【3 l 。由于市场的原因和热量计量的复杂性， 供热计量在我国起步较晚，到2 0 世纪末期国内基本没有正规的热量计量产品生 产企业，当时全国甚至没有一套热计量的标准设备。国内市场上见到的是欧洲 的标准和一些欧洲公司的产品。为了保证供热计量的可靠性和适用性，2 0 0 7 年 l o 月建设部发布标准热量表的公告，批准热量表为城镇建设行业产品 标准( 编号为c j l 2 8 2 0 0 7 ) ，该标准一直沿用至今。 1 1 2 课题的意义 随着社会t 义市场经济体制不断完善，也使城市供热体制改革迫在眉睫， 改革的目的是供热企业与采暖用户之间的关系逐渐变成卖家与买家的商品买卖 关系，即供热企业按照提供给用户热量的质量、数量进行计算，收取热费1 4 ； 采暖用户按照其获得的热量付费，使“热”真正成为一种商品。 实行用热商品化、货币化并非一蹴而就的事情，它需要具备各种条件作为 其顺利实施的保证【5 6 l 。首先，根据社会经济状况，遵循市场经济规律，建立起 合理的收费体制，缓解供热收费不足，提高供热收费率，保证冬季供热的正常 运行。其次，逐步实现按热计量收取费，居民的节能意识也会很快得到提高。 基于射频识别技术的供热计晕系统研究 分户控制可以加大“热费”力度，提高“热费”收缴率。保证自觉交费用户的合法 权益，断绝不交费用户的依赖思想，消除搭车受益的不良思想意识，营造一种 热是商品，交钱供热，不交钱不供热忉，交多少钱供多少热的思想氛围。 “热”作为一种商品要进入市场，必须首先解决好计量问题。热量表是用于 测量、显示水流经用户散热器所释放或吸收热量的仪表，它安装在散热器的入 口或出口，是实行采暖分户热计量与对散热器吸收的热量进行准确计量的必不 可少的设备。随着无线通信技术、网络技术、智能检测技术以及r f i d 技术的 发展【8 l ，现在热量表的抄表方式和计量技术成为研发热点。本课题的研究是为 适应市场经济的需要，满足用户生活的自动化、舒适化，根据射频识别技术和 无线组网技术的特点，设计了一种具有远程监测的热计量系统，系统中射频卡 可以自动控制热量表开闭，同时射频卡对热鼍表的操作以及热量表的运行等信 息都能通过无线自组网络传递到供热管理中心，使供热公司和用户能同时监控 热鼍表的运行情况。将r f i d 技术和无线组网融合，利用无线组网中半径高达 1 0 0 米的覆盖范围和r f i d 对于每一网络节点的高度识别，构建适宜住宅小区、 公共建筑或企事业单供热计量管理的无线通信网络，这是本文的创新点。将为 以后供热体制改革提供重要技术支持，实现供热商品化。 1 2 国内外研究动态 国外开展热计量的时间早于我国，产品、规范都较为成熟，由于各国的自 然资源、技术水平、气候条件等不同，制定政策以及对节能环保的要求也就不 同，使得其供热方式存在很大差异。各国根据自己的实际情况，采用的供热原 料、热计量仪表、计费方式、成本等都有所不同。了解他们的供热体制状况， 从中借鉴经验1 9 l ，这对目前我国正在进行的供热体制改革有一定的帮助。 1 2 2 热计量研究发展概况 集中供暖系统足指热源与热用户分别进行设置，用供热管道相连，由热源 系统。它的工作原理是热媒介通 量，管道中水的温度降低后，系 通过供水管道进入用户散热器， 济南大学硕七学位论文 完成循环。 图1 1 集中供热系统工作原理 国外供热计量主要足采取集中供热分户计量的方式，分户计量最早起源于 丹麦、法国，他们也是最早生产和使用热量表的国家。热量表经历了从机械式、 电子模拟积分式、电子数积分式，直到以微处理器为基础的智能式的发展过程 1 0 l 。经过几十年的发展，欧洲国家对于热计量的法律、法规不断得到完善，迄 今为止已相当成熟，主要有“e n 1 4 3 4 标准”和“o i m l r 7 5 标准”。与此同时，按 热量计费的技术更加先进，供热系统的动态调节也得到进一步发展，计量结果 更加准确、可靠，整个供热计量装置向小型化、计算机化发展【1 1 1 。到2 0 世纪 9 0 年代，户用热量表基本定型，设计趋于一致，这表明欧洲热量技术的成熟和 标准化程度。 也有一些国家根据实际情况选择适合的热量表和各种分户计量方式。在法 国，有些分户计量是根据居民的职业特点、居住情况等灵活实行的【1 2 1 ，例如采 取按家庭户、按单元( 楼房、小区等) 计量等方法。例如学生的宿舍楼，同一 家公司的员工宿舍或一个小区罩居住的大都是教师，即同质性较高，则每栋楼 或每个单元装上一只热表即可。西方困家的实践经验证明，安装热量表后由于 居民节能意识的提高，可达到节能2 0 3 0 。 在欧洲热量表市场上影响力力较大的是z e n n e r 热量表。该公司主要开发 m u l t id a t as 1 、m u l t id a t an 1 系列热量表，它主要采用多流式流量计，相对于单 流式来说，减小了摩擦，大大提高了计量精度，延长了使用寿命。z e n n e r 公司 的流量计采用硬质合金、蓝宝石轴承，也增加了它的使用寿命，可确保历经多 年使用，仍能保持精确计量，这是其它单流流量计和非硬质合金、蓝宝石轴承 的普通流量计所无法达到的。在此基础f - 还能添加m b u s 、r s 2 3 2 4 8 5 等模块 基丁二射频识别技术的供热计量系统研究 进行远程数据传输，m b u s 总线系统也是欧洲专门为热量表数据传输而设计的。 h y d r o m e t e r 公司也是一家专业热量表生产商，它的热计量产品包括机械式、超 声波式和电磁式三大系列热，分为：户用、楼宇用、工业用、整体式( 分体式) 、 机械超声波( 冷) 热量表、m b u s 抄表系统等。 国外热量表起步较早，由于当时单片机技术水平较低，为了计算方便采用 k 系数法，沿用至今。采用这种方法，k 系数的值在进水管道和回水管道是不 一样的，欧洲热量表规定一般安装在回水管到上，位置固定，不能变换。这样 只能在回水管道测流量，当出现用户盗用热水的情况，不但没有办法监督，并 且热量表的计量结果还会减少。国内热量表一般采用焓值法，和k 系数法相比 并无本质区别，k 系数法的来源仍然是焓值法。焓值法优点数据存贮空间少， 缺点是计算较复杂，而k 系数法优点计算热鼍简单，缺点是数据存贮空间大。 欧洲热量表采用的温度传感器足p t l 0 0 、p t 5 0 0 等，p t l 0 0 使用较多。传 感器探头的引线电阻会影响测鼍结果，产生误差，所以对引线的长度有严格要 求，一旦配对完毕，不可任意延长或缩短。这样就会产生表体和探头组合在一 起后却有一团引线堆在旁边；而另一只要安装到另一条管道上的探头，由于引 线长度有限，即使短了也是无可奈何【1 3 】。而我国热量表标准c j l 2 8 2 0 0 7 已 经规定温度传感器采用p t l 0 0 0 。 除此以外，国外产品还有价格昂贵的问题。国外技术垄断性强，售后维护 困难，这些部不利于在我国的推广使用，我们应该研制适合中国国情的热量表。 我国的热计量仪表产业是一个既存在广大市场，又面临各种严格考验的行 业。国产的热量表面对竞争日益激烈的国际化大市场，如何保证既能达到规范 要求，符合国家标准，又能满足中国供热体制改革的需要，已成为当前一个最 重要的问题。 目前，国内生产热量表的企业有四百多家，其中集中在北京、天津、河北、 山东的生产厂家约占总数的5 0 以上。与国外专业热量表生产商合资、合作的 大概占到2 5 。他们一方面认真学习借鉴国外热量表的先进技术，另一方面针 对我国国情自主研发、改进、调整热量表。这些厂商的产品大都遵照热量表 c j l 2 8 2 0 0 7 标准。表1 1 是我国热量衷厂家比较典型的几类产品。 4 济南大学硕士学位论文 表1 1 我国主要热量表性能比较 热量表是由很多部件组成的仪表，根据国家发布的热量表标准c j l 2 8 2 0 0 7 ， 每个部件都需要达到相应的技术标准。我国热量表在研发、生产过程中，应具 有以下特点：( 1 ) 测温传感器选择符合标准的铂电阻p t l 0 0 0 ，由于我困安装热量 表的建筑状况复杂多样，而p t l 0 0 只能安装在回水管道，且引线长度有限，这 会给施工带来不便，也会影响测量结果，造成计量误差。采用p t l 0 0 0 则可以 避免这些问题，并且使测鼍精度更高。( 2 ) 热量表流量传感器的选择比欧洲困家 更为严格，因为水质差，供热用水普遍存在锈蚀、氧化的问题，水中含有的有 害化学物质、对传感器有损坏性的杂质，这些会降低表的使用寿命。现在我国 热量表大多采用磁效应传感器测流量。这种传感器容易吸附铁质，影响计量精 度。( 3 ) 长期以来，一直困扰供暖部门的足收费难的问题，供热计量和解决收费 难的问题密切相关，所以能够实现预付费的热量表备受关注。这个问题在其他 国家是没有先例的，目前我围开发了i c 卡热量表来实现预付费，但是它的防潮 性差，长期使用触点易生锈、腐蚀。( 4 ) 具有无线远程传输功能的热量表，实现 自动抄表和远程监控。避免人为抄表产生的误差和入户抄表造成的扰民，节省 人力、财力，也能大大减少用户和供热部门的各种矛盾纠纷。 基于射频识别技术的供热计 萎系统研究 1 2 2 供热计量数据传输方式 数据的远程传输随着各种通信技术的发展而不断发展。根据通信方式的不 同，目前用于热计量领域主要传输方式的分类，如图1 2 所示。 图1 2 热计量领域主要传输方式 1 2 2 1 有线传输方式 ( 1 ) r s 2 3 2 4 8 5 总线传输方式 r s 2 3 2 4 8 5 总线传输方式在通信方面应用较早，技术非常成熟。目前，在 很多远程传输系统中已被广泛采用。r s 4 8 5 总线传输方式是由一个信息采集终 端通过r s 4 8 5 总线采集具有r s 4 8 5 接口的热量表数据，采集终端再通过r s 4 8 5 总线或者专用电缆，将采集到的数据传输到集中器进行处理和保存1 1 4 , 1 5 】，其结 构如图1 3 所示。针对供热系统中的计费与监控问题，梁红宇【1 6 1 等提出了一种 以微控器作为计控单元，通过两个r s 2 3 2 标准方便地与计算机、数传电台、智 能仪表等串行接口，从而构成实时有序的计费、监控管理系统的装置。 6 济南大学硕上学位论文 图1 3r s 4 8 5 总线数据传输结构示意图 ( 2 ) 公共电话网传输方式 公共电话网传输方式是利用建好的电话网进行数据传输，在已有的电话网 络基础上加调制解调器。首先，热量表数据通过有线传输到集中器，然后将集 中器的数据通过电话网传输到远方的上位机管理系统，上位机管理系统通过拨 号的方式向各个集中器发送控制命令或者对各个集中器进行数据接收，最后上 位机管理系统对接收到的数据进行保存、处理等。采用这种方式进行数据通信 时，系统等待时间较长，并且终端热量表较多时，集中器数量和电话线路也较 多，则其费用也会增加，所以这种方式只适合热最表较少的系统。 ( 3 ) 基于l o nw o r k s 网络的现场总线传输方式 基于l o nw o r k s 网络的现场总线传输方式是在测量设备之间实现串行双向 多字节数字通信的系鲥1 7 】。它在制造业、流程工业、建筑业、交通运输业等方 面的自动化系统中有着比较广泛的应用前景。基于l o nw o r k s 网络的集中抄表 远程传输系统兼有测控网、局域网两者的特性，能够方便的实现各种测控网络 的连接和对网络的管理，现场总线传输方式是通过l o nw o r k s 网络采集模块对 热量表的数据进行采集，然后把多个采集模块连成l o nw o r k s 网络，实现同时 对多个热量表进行数据采集，从而形成一个较大的集中器【1 8 j ，最后这些数据通 过专线传输到远程的上位机管理系统。 ( 4 ) 光纤传输方式 光纤不仅町以用来传输数字信号和模拟信号，还可以进行视频传输。常见 的有模拟光端机和数字光端机，光纤传输足通过把控制信号转换为光信号在光 纤中进行传输的，它是解决几十甚至几百公里电视监控传输的最佳解决方式。 其优点是：传输距离远、衰减小，抗1 二扰性能最好，适合远距离传输。其缺点 是：对于几公里内监控信号传输不够经济；光熔接及维护需号业技术人员及设 备操作处理，维护技术要求高，不易升级扩容。因此，在抄表系统中很少使用 基于射频识别技术的供热计最系统研究 光纤传输。 ( 5 ) 电力线载波方式 电力线载波是利用已有的电力线进行数据传输，因为在每户都有电力线， 利用电力线作为各户热量表的信息传输媒介，发送数据前先将数据调制到高频 载波，再由耦合电路到电力线上，在接收端还是用耦合电路分离出高频信号， 再解调还原成数据信号。它最大的特点就是不需要重新架设网络，只要有电线 即可，使用简单方便。由于我国电网中电磁干扰比较大，信号检测比较困难， 使得接收端信号准确度下降。所以现在虽然有些地区在使用电力线载波方式， 但是效果不是很理想。 1 2 2 2 无线传输方式 由于i t 产业的高速发展、网络的普及、家电的智能化以及单片机强有力的 功能拓展，无线通信技术正在以空前的速度走进我们的生活，它能有效地提高 系统的可靠性、扩展性和重构性【1 9 1 。使我们的生活和工作更加方便，更加安全。 无线网络是利用红外线( i n f r a r e dr a y ，简称i r ) 或无线电射频( r a d i o f r e q u e n c y ，简称r f ) 等无线传输媒介与技术构成的通信网络系统，它通过电 磁波在空气中发送和接收数据，而无须线缆介质。它有许多独立的无线节点通 过无线大气中的无线电波，光波相瓦通信而构成的无线通信网络。由于取消了 有线媒介( 例如叔绞线、光纤、同轴电缆等) ，使网络用户能够真正体会到信 息随身化【2 0 1 ，便利走天下。 ( 1 ) g s m 远程传输方式 g s m 远程传输方式是将g s m ( g l o b a ls y s t e mo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 网络 技术应用于集中抄表远程传输系统中。g s m 远程远程传输系统主要由三部分组 成：用户端、主控站、g s m 通信系统1 2 1 1 。其工作原理是通过g s m 无线网络，主 控站分别向各个热量表传输模块发送采集指令，热量表传输模块收到采集指令 后，向集中器发送热量表数据【2 2 1 ，集中器接收各采集器采集的数据并传给上位机 管理系统。 ( 2 ) g p r s 无线传输方式 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是通用分组无线业务的简称，它是在 g s m 网络的基础之上构建的，利用包交换的概念所发展出的套无线传输方式， 8 济南犬学硕十学位论文 在自动抄表系统中已得到广泛应用。g p r s 采用包交换技术，使每个终端可同时 占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多终端共享，采用这种技术的好处是 只有在有资料需要传送时才会占用频宽团1 。使用g p r s 无线传输方式抄表可以直 接从移动公司接数据专线到用户终端的通信服务器，通过这条专线将信息由 g p r s 网关传输到供热管理系统，也可以在用户终端申请一个口地址，通过i n t e m e t 网将信息由g p r s 网关传送到供热管理系统。基于g p r s 网络组建的无线远程传输 系统具有高速传输、组网简单、维护便捷、使用安全等特点。g p r s 无线传输结 构如图1 4 所示。 ( 3 ) 红外线传输方式 红外线也是光的一种，它无法穿越不透光的物体，在光谱上位于红色光外 侧，红外线是波长介于可见光与微波