热计量表可以用来测量暖气等供热设备的热能。根据最新国际、国内标准，《城市行业标准》和《计量检定规程——热能表》，热计量表应采用一体式结构，包括流量计、供水和回水温度检测、供水阀门控制器等。该表主要用于城市集中供热上，便于实行一户一表，分户计量，按热收费。
与传统的热计量表相比，无线远程热计量表具有安装布置灵活、成本低廉、自动控制、不需工作人员上门抄表等优点。ZigBee技术的低成本、低功耗、复杂度低、延时短等优点，正是组建无线网络的良好途径。本文研究的远程热计量表就是基于ZigBee技术实现无线自动抄表功能的。
1 ZigBee技术简介
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。
ZigBee的基础是IEEE 802．15．4，这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE 802．15．4仅处理低级MAC层和物理层协议，所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化，同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。ZigBee联盟成立于2001年8月，由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成。
ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，网络层以上协议由ZigBee联盟负责，IEEE则制定物理层和链路层标准。应用汇聚层把不同的应用映射到ZigBee网络上，主要包括安全屑性和多个业务数据流的汇聚等功能。网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议，它在包含通用的网络层功能的基础上，还同底层的IEEE 802．15．4标准同样省电。另外，还能实现网络的自组织和自维护，从而最大程度地方便消费者使用，降低网络的维护成本。
2系统结构与硬件设计
无线远程热计量自动抄表系统由PC上位机、协调器、路由节点组成。协调器通过GPRS与电脑上位机连接，可以通过PC软件显示和查看信息，同时也可以通过PC软件对系统进行设置和控制。协调器与路由节点采用ZigBee无线网络方式进行通讯。系统结构如图1所示。
系统的核心是ZigBee芯片CC2430，它是TI公司推出的支持ZigBee协议的系统芯片(SoC)。它在单芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。其内嵌增强型8051 MCU，8 KB RAM，128 KBFLASH，包含8路ADC、3个定时器、AES128加密电路、MAC协处理器、看门狗定时器、21个可编程I／O引脚，并支持4种休眠模式。
2.1 带路由功能的热计量表
带路由功能的热计量表由ZigBee芯片CC2430、流量传感器、温度传感器、热量积分仪、LCD显示、键盘电源电路等组成。热量表的硬件结构框图如图2所示。
仪器安装在用户的供水管上，并将温度传感器分别装在供水与回水管路上。通过对热水流量和供水、回水温度的采样，按照流量和热量公式通过热量积分仪自动计算流量和热量。其基本原理公式为：
式中：Q为吸收或释放的热量(单位：J或W·h)；qm为流经热量表的水的质量流量(单位：kg／h)；q为流经热量表的体积流量(单位：m3／h)；ρ为流经热量表的水的密度(单位：kg／m3)；△h为在热交换系统的人口与出口温度下，水的比焓值差(单位：J／kg)；t为时间(单位：h)。
将上式化为和式，为：
式中：qvi为第i时刻流经热量表的体积；ht1，ht2分别为供水、回水的温度下对应的比焓值。
2.2 协调器
协调器一方面采用ZigBee无线网络方式同路由节点连接，另一方面采用GPRS与上位机电脑连接，从而实现远程监控。因此在ZigBee芯片CC2430外扩展GPRS模块 |
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