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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 无线网络化热计量系统的设计与实现 姓名：陈雷 申请学位级别：硕士 专业：检测技术与自动化装置 指导教师：于洋 20081201 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 目前，我国北方地区供暖收费体制一直相当不规范，其所引起的一系列问题 已经制约了城市集中供热的进一步发展。为了合理地利用“热”资源，有必要对 当前的供热收费制度进行改革。而热量表就是实施城市供热体制改革，推行按热 量收费的关键设备。并且随着科技的不断进步，利用无线传感器网络技术对供热 进行抄表、收费管理和控制将成为未来的趋势。目前市面上的无线射频芯片品种 繁多，各种无线射频芯片存在较大差异，所以挑选一款性价比
2、相对较高的无线芯 片就尤为重要。 本设计采用无线传感器技术进行数据传输的方案，构建并实现了无线网络化 热计量系统。根据系统需要，每个无线热量表节点以周立功 P89LPC938 单片机作 为控制核心，以 Chipcon公司的 CC1100 无线射频芯片作为无线数据传输的关键模 块。文章首先系统地阐述了整个无线热量表节点的硬件电路设计、单片机软件程 序开发；接着在无线热计量网络组网的过程中设计了无线通信协议，并通过研究 基于最低能耗的无线多点跳传理论算法构建了无线热计量网络系统；最后对系统 的精度和功耗进行了细致的分析。 本课题的创新之处在于将无线传感器网络技术应用到了热量计量系统中，从 而构建了
3、无线网络化热能计量系统。实验证明以 P89LPC938 作为主控芯片的无线 热量表具有体积小、功耗低、精度高等优点。并且价格低，十分有利于推广。最 重要的是， 由 CC1100 无线模块构建的无线网络化热计量系统可以将各个节点的热 量表的数据及时、有效、准确地传输到远程控制中心，从而加快居民小区远程抄 表的进程。 关键词：热量表；射频芯片；无线网络 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract The charging system of heat- supplying in our north area has always been very nonstandard right now, a
4、nd a series of problems which is caused by it have already restricted further development of city focus heat- supplying. It s necessary to make some reforms on the charging system of heat- supplying for using the heat resource reasonably. Heat meter is the key device for implementing reforms on heat
5、- supplying system in city and carrying out charging on heat- supplying. With the development of techniques, using wireless sensor network technique for meter reading, charging management and controlling will become the trend of future. There are massive kinds of wireless Radio Frequency chip on sal
6、e, and there are many differences between them, therefore it s important for us to pick up one which has reasonable price and better quality from them. This design, which use the method of wireless sensor technique for data transmission, constitute and realize the wireless networking system of heat
7、meter reading. According to the needs of system, Each of these wireless heat meters use P89LPC938 as control core, and use the radio frequency chip CC1100 of Chipcon as key module of wireless data transmission. First of all, This article elaborates systematically hardware circuit design and software
8、 program of the entire system of wireless heat meter; Then it designs the wireless communication protocol during the procedure of building up the wireless meter reading network, also constitute the wireless meter reading network by researching on the algorithm of wireless multi- hop which is based o
9、n minimum energy consumption; it analyzes precision and power consumption of the system at last. Applying wireless sensor network technique into the system of heat- meter reading, which is the innovation point of this topic, result in constituting the wireless networking system of heat meter reading
10、. It s proved by experiment that the wireless heat meter 沈阳理工大学硕士学位论文 controlled by P89LPC938 have a lot of advantages, such as small volume, low power, high precision. Also this heat meter will be on good sale and popular because of low price. Most importantly, the wireless network system of heat-
11、meter reading, which is constituted by CC1100 wireless module, can transmit the data of every heat meter to remote control center punctually, effectively and accurately. So it will accelerate the process of meter reading in inhabitant plot. Key words：heat meter; Radio Frequency chip; wireless networ
12、k 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明: 本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者 本人独立完成的。 有关观点、 方法、 数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。 对本文的研究做出重要 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 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、 使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允
13、许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 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、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪 论 1 第 1 章 绪 论 1 . 1 选题背景及意义 在社会生产力不断发展的今天，能源紧缺已经成为各个国家越来越突出的问 题。所以能源合理有效地使用已经成为我国相关部门管理的重要内容之一。 供暖系统是人们冬天正常生活的必要设施, 我国用于房屋供暖的锅炉有几百 万台, 每年供暖的费用高达几千亿元。 目前，区域性的集中供暖己在我国北方
14、的大 中城市得到普及。集中供热的高覆盖率无疑会带来降低供热成本、减少环境污染、 改善大气质量、提高人民生活水平等诸多好处。但长期以来对用户的用热量却缺 乏一个合理的计量措施。在社会主义市场经济高度发展的今天，供热却一直遵循 着计划经济的理念, 为企事业单位和居民住户提供着福利式的服务, 实行大锅饭式 的供暖包费制，按建筑面积收取采暖费，行业的收费管理相当不规范 1 。这种热 量计量与实际用热量不挂钩的计费方式，不仅不利于唤起人们的节能意识，导致 大量的能源浪费和必要的环境污染，而且直接导致供热企业的低效率，制约了城 市集中供暖的发展。另一方面在管理方式上需要大量的工作人员定期上门收费， 浪费了
15、大量的人力成本。以上问题的存在, 一方面造成热的生产、输送、管理和使 用等环节的节能意识淡薄, 浪费了资源。另一方面使产、供、需三方的矛盾日益激 化, 引起越来越多的纠纷，从而影响到企业的经营及人们的日常生活。 随着社会主义市场经济体制的逐步前进，我国供热体制正在发生改变。供热 企业与用户之间的关系己逐渐变为供暖部门与业主之间的商品买卖关系 2 。尤其 随着“房改”和住房私有化后，现行的城市住宅供暖费用由企业全部承担的政策 已不能适应当前形势的需要，住户对采暖方式有了自主选择的权利和自由。这些 都对传统的供暖计费方式提出挑战。 由上可见，对供暖收费体制进行改革刻不容缓。2003 年 7 月 2
16、1 日建设部、 国家发展和改革委员会、财政部、人事部、民政部、劳动和社会保障部、税务总 沈阳理工大学硕士学位论文 2 局、 环境保护总局联合签发 关于城镇供热体制改革试点的指导意见 ， 明确了“停 止福利供热，谁采暖、谁缴费；老百姓用多少热、交多少费；引入竞争机制和完 善社会保障制度，切实保证城镇生活困难家庭冬季采暖”的基本思路；以“改革 单位统包的用热制度，逐步停止福利供热，实行用热商品化和货币化，变暗补为 明补”为主要内容，以“稳步推进城镇用热商品化，实现供热社会化”为方向的 供热体制改革在“三北”地区拉开帷幕。 建设部于 2007 年起草制定完毕的城镇建 设行业产品标准热量表 （CJ128- 200
