基于Si4432的無(wú)線熱網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　目前，城市住宅供熱的熱能早已商品化，往往諸多的熱量之差問(wèn)題，是供熱企業(yè)與居民矛盾的導(dǎo)火線。熱能計(jì)量成為供熱企業(yè)新的需求。根據(jù)目前住宅狀況，無(wú)線控制系統(tǒng)在熱網(wǎng)計(jì)量中具有施工方便，節(jié)省資源的優(yōu)勢(shì)。但是由于以往熱網(wǎng)采用的無(wú)線通信模塊的發(fā)射距離近，穿透性差，造成數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)回讀和控制，不能充分體現(xiàn)熱網(wǎng)的計(jì)費(fèi)充分透明。Si4432是Silicon Labs公司推出的新一代無(wú)線通信芯片，它具有發(fā)射距離遠(yuǎn)、穿透能力強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，完全可以應(yīng)用到本系統(tǒng)中。通過(guò)Si4432的應(yīng)用，熱網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠可靠、實(shí)時(shí)地傳輸，通過(guò)GPRS無(wú)線通信模塊和Si4432無(wú)線傳輸模塊對(duì)熱網(wǎng)的控制，進(jìn)行溫度、壓力、控制閥的開(kāi)啟時(shí)間等數(shù)據(jù)的傳輸與交互，從而解決熱能計(jì)量不透明的問(wèn)題，為最終實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)量和熱網(wǎng)的參數(shù)采集提供前提條件。

　　1 關(guān)于Si4432芯片

　　Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多頻段的EZRadioPRO系列無(wú)線收發(fā)芯片。其工作電壓為1.9~3.6 V，20引腳QFN封裝（4 mm×4 mm），可工作在315/433/868/915 MHz四個(gè)頻段；內(nèi)部集成分集式天線、功率放大器、喚醒定時(shí)器、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、64字節(jié)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)FIFO以及可配置的GPIO等。

　　Si4432芯片在使用時(shí)所需的外部元件很少，僅需要1個(gè)30 MHz的晶振、幾個(gè)電容和電感就可組成一個(gè)高可靠性的收發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且成本低。

　　Si4432的接收靈敏度達(dá)到-117 dB，可提供極佳的鏈路質(zhì)量，在擴(kuò)大傳輸范圍的同時(shí)將功耗降至最低；最小濾波帶寬達(dá)8 kHz，具有極佳的頻道選擇性；在240~960MHz頻段內(nèi)，不加功率放大器時(shí)的最大輸出功率就可達(dá)+20 dBm，設(shè)計(jì)良好時(shí)收發(fā)距離最遠(yuǎn)可達(dá)2km.

　　Si4432做成無(wú)線通信模塊應(yīng)用廣泛，可適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線遙控系統(tǒng)、小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、小型無(wú)線數(shù)據(jù)終端、無(wú)線抄表、門禁系統(tǒng)、無(wú)線遙感監(jiān)測(cè)、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無(wú)線RS485/RS232數(shù)據(jù)通信等諸多領(lǐng)域。

　　Si4432芯片引腳圖如圖1所示。

圖1 Si4432芯片引腳圖

　　2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)可對(duì)熱網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、測(cè)量、記錄熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)（溫度、壓力等參數(shù)）的超限報(bào)警；完成日常的管理工作，包括報(bào)表的生成和打印、熱網(wǎng)計(jì)量管理、對(duì)控制器的控制、參數(shù)設(shè)定、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行數(shù)據(jù)的匯總、綜合分析以及歷史數(shù)據(jù)的備份等功能。通過(guò)對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)控制，使整個(gè)系統(tǒng)供熱均勻，滿足舒適性要求。同時(shí)減少熱量消耗，達(dá)到節(jié)能的目的，為最終實(shí)現(xiàn)“熱”的商品化和市場(chǎng)化提供前提條件。

　　2.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)總體上可以分為3層：管理層、中繼層和現(xiàn)場(chǎng)儀表層�，F(xiàn)場(chǎng)儀表層又可以分為控制器和遙控器。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.2.1 管理層

　　管理層是位于熱力公司的主站，由以工業(yè)控制機(jī)為核心的網(wǎng)絡(luò)組成，工業(yè)控制機(jī)全天候運(yùn)行。工業(yè)控制機(jī)既是調(diào)度中心的服務(wù)器，同時(shí)相對(duì)于各采集控制站點(diǎn)來(lái)說(shuō)，又是客戶機(jī)。服務(wù)器通過(guò)寬帶實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)來(lái)自各客戶機(jī)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并對(duì)各站點(diǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。客戶機(jī)通過(guò)GPRS通信模塊和中繼層的集中器通信，采集集中器下的各個(gè)控制器的參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。

　　2.2.2 中繼層

　　中繼層位于用戶樓宇的公共位置，主要是集中器。它的通信部分由GPRS模塊和Si4432芯片組成。它和管理層采用GPRS模塊通信，在現(xiàn)場(chǎng)儀表層采集溫度、壓力、控制閥的狀態(tài)和開(kāi)啟時(shí)間等數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理層；集中器和現(xiàn)場(chǎng)儀表層采用Si4432無(wú)線收發(fā)芯片進(jìn)行通信，隨時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)儀表層的溫度、壓力、控制閥的狀態(tài)和開(kāi)啟時(shí)間等數(shù)據(jù)，并且發(fā)送相關(guān)命令。

　　2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)儀表層

　　現(xiàn)場(chǎng)儀表層位于各個(gè)熱用戶的住宅內(nèi)和管道井里，主要由控制器和遙控器組成�？刂破鞣旁诠艿谰�里，由2套Si4432無(wú)線收發(fā)芯片組成。它分別和集中器和遙控器通信，將熱網(wǎng)的溫度、壓力、控制閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間等參數(shù)上傳到集中器，同時(shí)接收集中器的命令；另一模塊完成與遙控器的通信，采集遙控器測(cè)定的室溫和設(shè)定的控制溫度，對(duì)控制閥進(jìn)行控制，從而控制室溫。遙控器放在室內(nèi)，可以采集室內(nèi)的溫度，并由用戶對(duì)室內(nèi)的溫度進(jìn)行預(yù)設(shè)，通過(guò)Si4432芯片將參數(shù)送到控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。