一种基于LoRa技术的电采暖装置及系统调控策略

技术领域

本发明涉及LoRa应用领域，具体来说，涉及一种基于LoRa技术的电采暖装置及系统调控策略。

背景技术

在万物互联互通的时代，物联网接入方式一般有两类，即有线和无线。有线方式局限性大、成本高，无线方式主要有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等短距离通讯技术，这种通讯技术受距离限制，易被干扰；基于移动蜂窝网络的长距离通讯技术，功耗和成本很高。LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线通讯技术，一个LoRa网关可以接入上万个LoRa节点，不同扩频序列LoRa终端即使使用相同频率同时发送数据，也不会互相干扰，且能够同时收发和处理多个节点数据，它比同样的功耗条件下传统无线通讯距离扩大3-5倍，具有容量大、抗干扰性好、远距离、低功耗、低成本等优势。

市面上家用电采暖设备主要是手动调节方式，家庭使用数量不多易操作。而在高校、医院、企业、商场及办公大楼等有着大面积采暖需求的场所，推广大规模电采暖，面临的一个问题就是电采暖装置的分布式群控。目前该问题的解决方案还处于发展阶段。一些企业和科研单位推出了基于Wi-Fi和ZigBee技术的电采暖无线控制方案，这种方式在应用中，一到几个房间就需要配置一个无线终端，布线施工成本高，基本等同于有线控制方式。再者，其通讯频段在人们常用的无线上网频段，容易发生信道拥挤、信号干扰等问题，进而导致功耗和延迟增加，控制效果并不理想。现有的调控策略基本上是在控制中心管理平台录入温度调节计划，定时批量降温或者升温，移动端则需要用户手动调节，操作成本高。然而实际每个房间的活动情况是随机的、多变的，不能自动随着房间活动变化而变化的调控方式是体现不出智能化和人性化的。

因此，设计一种新的电采暖无线控制方案很有必要，在集中控制的基础上，实现可因地制宜感知决策，自主调控房间温度。充分体现智能、节能、人性化的理念。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术方案的缺陷和不足，提供一种基于LoRa技术的电采暖装置及系统调控策略，其结构简单合理、生产和安装成本低，解决大面积电采暖分布式群控问题，取消不必要的网络布线工程，仅需在控制中心放置一台LoRa网关，即可实现对整个大楼、小区或园区的电采暖装置集中控制，每个房间只需将电采暖装置安装到位，接上插座即可使用，该方案提供多种先进调控策略，实现了精细化、人性化和智能化的房间温度调控目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于LoRa技术的电采暖装置，包括LoRa网关、电采暖装置，所述电采暖装置与LoRa网关以无线方式连接，所述LoRa网关内设有与云管理平台服务器连接的以太网模块，通过本地控制中心或移动端登录云管理平台对电采暖装置进行状态监控和远程管理。

进一步的，所述LoRa网关包括第一LoRa通讯模块和第一MCU，所述第一LoRa通讯模块和第一MCU连接，所述以太网模块与第一MCU连接。

进一步的，所述电采暖装置包括第二LoRa通讯模块和第二MCU，所述第二LoRa通讯模块和第二MCU连接。

进一步的，所述电采暖装置包括电热膜发热单元和电能检测控制模块，所述电能检测控制模块与电热膜电热膜发热单元连接，所述电能检测控制模块与第二MCU连接，所述电能检测控制模块包括电能计量电路，电能控制电路，电能计量电路采用电阻采样法，电能控制电路采用固态继电器，用于检测电热膜发热单元耗电参数、功率，按照系统指令对电热膜发热单元工作状态进行调控。

进一步的，所述电采暖装置还包括红外检测模块，所述红外检测模块与第二MCU连接，所述红外检测模块包括红外温度传感器和热释电红外传感器，分别用于检测室内实时温度和分析室内人数。

进一步的，所述电采暖装置还包括显示屏和按键，所述显示屏和按键分别与第二MCU连接，所述显示屏显示电采暖装置当前工作状态信息，所述按键作为手动调节电采暖装置工作状态的输入设备。

一种基于LoRa技术的电采暖装置的系统调控策略，所述调控策略包括：本地集中控制、云端远程控制、单机离队控制和多机联合控制。

本地集中控制：所述本地集中控制是控制中心对全部电采暖装置进行集中控制，控制中心拥有最高权限控制权限，所有纳入管理的电采暖装置必须定时向控制中心汇报工作状态信息；

进入单机离队控制模式和多机联合控制模式必须向控制中心申请，控制中心系统判断申请的合理性，申请通过的所有电采暖装置需把每次做出的决策和动作反馈至控制中心系统；

控制中心发现单个电采暖装置工作异常，立即启用最高权限电采暖装置单机控制权，若发生拒绝服从，控制中心向管理员发出报警，并远程切断楼层电采暖装置线路电源；

本地控制中心接收来自云端平台的合理管理操作，为保证纳入管理的全部电采暖装置安全运行，本地控制中心系统拥有最高指令审查权限，来自云端的异常指令，本地控制中心有权拒绝通过；

本地控制中心负责管理系统中所有电采暖装置、楼宇、房间、设备信息信息，为云端平台管控提供架构数据，本地控制中心负责对楼宇、房间设备进行实时监控，批量执行温度调控计划，批量设定和电采暖装置温度上下限保护，批量设定温度回差，自动矫正室内温度差，分析每日设备运行数据，学习区域温度调控规律，根据每日当地气温合理调整室内温度默认值，系统提供多种报表，记录24小时单机用电量、室内外温度变化、单体建筑能耗、本地全部设备总能耗，系统以图表、曲线可视化数据形式展示；

云端远程控制：所述云端远程控制是基于云服务平台的远程管理方式，其控制权限仅次于本地控制中心，拥有本地控制中心所有功能，但所有操作指令接受本地控制中心的审查，云端平台可在任意电脑端网页登录，也可以在移动端APP登录，云端登录的用户根据授权管理的区域划分为普通用户、二级用户、一级用户、超级用户，所述普通用户仅拥有自己所在房间的管理权，二级用户拥有单体建筑管理权限，一级用户拥有辖区管理权限，超级用户拥有系统全部权限，超级用户拥有分配权限的能力，全部用户均接受本地控制中心系统管理员的审查和管理；

单机离队控制：适用于小房间和工作异常的单机，所述单机离队控制，是小房间仅一台电采暖装置的区域活动规律异常或者工作编组内某个单机工作异常，申请离队控制的策略，如果该区域内活动规律固定，电采暖装置优先服从集中调控指令，如果检测到区域内活动规律同比异常，是针对群控模式下个别区域出现特殊情况，比如周末有人加班/临时征用场地/下班时间活动仍未停止情况，或者区域内活动未照常发生，电采暖装置向控制中心申请离队进入单机自主模式，如果电采暖装置内部异常，申请离队进入待维护模式，如果电采暖装置接受手动调节，申请离队进入单机手动模式，所述单机自主模式，单机自主检测和处理实时活动信息、自主决策，但是每次决策结果上报控制中心，如果检测到区域内活动出现，单机进入自主模式，根据活动位置的变化趋势超前升温，如果区域内活动位置进入固定，单机调节加热功率维持活动所需温度恒定，如果区域内活动位置变化并消失，电采暖装置进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式，所述单机手动模式，活动温度需要个性调节，用户在移动端提前预约或即时远程调节，或者按动电采暖装置按键实时手动调节，电采暖装置申请离队进入单机手动模式，如果区域活动消失，单机进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式；

多机联合控制：适用于大房间和公共区，所述多机联合控制，是同一区域内所有电采暖装置互相通讯建立工作编组，在接收控制中心集中调控的前提下，如果电采暖装置检测所在区域活动规律比较固定，工作编组优先服从集中调控指令，如果检测到区域内活动规律同比异常，则工作编组向控制中心申请进入多机联合自主模式的控制策略，所述多机联合自主模式，工作编组内每个单机均参与检测和处理实时活动信息，每个单机通过LoRa模块，不经过LoRa网关直接组内交流、共同决策，但是每次决策结果上报控制中心，如果检测到区域内活动出现，工作编组根据活动位置的变化趋势，预测投入超前升温的单机，如果区域内活动位置进入固定，工作编组选定最近的单机作为主力投入工作，如果区域内活动位置发生变化后再次固定，工作编组重新选定主力投入工作，如果区域内活动位置发生变化后消失，工作编组整体进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种基于LoRa技术的电采暖装置及系统调控策略在集中控制的基础上，实现可因地制宜感知决策，自主调控房间温度，充分体现智能、节能、人性化的理念，以运用在高校、医院、企业、商场及办公大楼等有大规模采暖需求的场所。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的基于LoRa的电采暖系统结构框图；

图2为本发明具体实施例提供的LoRa网关结构框图；

图3为本发明具体实施例提供的基于LoRa的电采暖装置结构框图；

图4为本发明具体实施例提供的基于LoRa的电采暖系统调控策略单机离队控制流程图；

图5为本发明具体实施例提供的基于LoRa的电采暖系统调控策略多机联合控制流程图。

附图标记：

1、LoRa网关；2、电采暖装置；3、本地控制中心；4、云管理平台。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做出进一步的描述：

请参阅图1-5，根据本发明实施例的一种基于LoRa技术的电采暖装置,包括LoRa网关1、电采暖装置2，电采暖装置2与LoRa网关1以无线方式连接，LoRa网关1内设有与云管理平台4服务器连接的以太网模块，通过本地控制中心3或移动端登录云管理平台4对电采暖装置2进行状态监控和远程管理，LoRa网关1包括第一LoRa通讯模块和第一MCU，第一LoRa通讯模块和第一MCU连接，以太网模块与第一MCU连接，电采暖装置2包括第二LoRa通讯模块和第二MCU，第二LoRa通讯模块和第二MCU连接，电采暖装置2包括电热膜发热单元和电能检测控制模块，电能检测控制模块与电热膜电热膜发热单元连接，电能检测控制模块与第二MCU连接，电能检测控制模块包括电能计量电路，电能控制电路，电能计量电路采用电阻采样法，电能控制电路采用固态继电器，用于检测电热膜发热单元耗电参数、功率，按照系统指令对电热膜发热单元工作状态进行调控，电采暖装置2还包括红外检测模块，红外检测模块与第二MCU连接，红外检测模块包括红外温度传感器和热释电红外传感器，分别用于检测室内实时温度和分析室内人数，电采暖装置2还包括显示屏和按键模块，显示屏和按键分别与第二MCU连接，显示屏显示电采暖装置2当前工作状态信息，按键作为手动调节电采暖装置2工作状态的输入设备。

一种基于LoRa技术的电采暖装置的系统调控策略，调控策略包括：本地集中控制、云端远程控制、单机离队控制和多机联合控制。

本地集中控制：本地集中控制是控制中心对全部电采暖装置进行集中控制，控制中心拥有最高权限控制权限，所有纳入管理的电采暖装置必须定时向控制中心汇报工作状态信息；

进入单机离队控制模式和多机联合控制模式必须向控制中心申请，控制中心系统判断申请的合理性，申请通过的所有电采暖装置需把每次做出的决策和动作反馈至控制中心系统；

控制中心发现单个电采暖装置工作异常，立即启用最高权限电采暖装置单机控制权，若发生拒绝服从，控制中心向管理员发出报警，并远程切断楼层电采暖装置线路电源；

本地控制中心接收来自云端平台的合理管理操作，为保证纳入管理的全部电采暖装置安全运行，本地控制中心系统拥有最高指令审查权限，来自云端的异常指令，本地控制中心有权拒绝通过；

本地控制中心负责管理系统中所有电采暖装置、楼宇、房间、设备信息信息，为云端平台管控提供架构数据，本地控制中心负责对楼宇、房间设备进行实时监控，批量执行温度调控计划，批量设定和电采暖装置温度上下限保护，批量设定温度回差，自动矫正室内温度差，分析每日设备运行数据，学习区域温度调控规律，根据每日当地气温合理调整室内温度默认值，系统提供多种报表，记录24小时单机用电量、室内外温度变化、单体建筑能耗、本地全部设备总能耗，系统以图表、曲线可视化数据形式展示；

云端远程控制：云端远程控制是基于云服务平台的远程管理方式，其控制权限仅次于本地控制中心，拥有本地控制中心所有功能，但所有操作指令接受本地控制中心的审查，云端平台可在任意电脑端网页登录，也可以在移动端APP登录，云端登录的用户根据授权管理的区域划分为普通用户、二级用户、一级用户、超级用户，普通用户仅拥有自己所在房间的管理权，二级用户拥有单体建筑管理权限，一级用户拥有辖区管理权限，超级用户拥有系统全部权限，超级用户拥有分配权限的能力，全部用户均接受本地控制中心系统管理员的审查和管理；

单机离队控制：适用于小房间和工作异常的单机，单机离队控制，是小房间仅一台电采暖装置的区域活动规律异常或者工作编组内某个单机工作异常，申请离队控制的策略，如果该区域内活动规律固定，电采暖装置优先服从集中调控指令，如果检测到区域内活动规律同比异常，是针对群控模式下个别区域出现特殊情况，比如周末有人加班/临时征用场地/下班时间活动仍未停止情况，或者区域内活动未照常发生，电采暖装置向控制中心申请离队进入单机自主模式，如果电采暖装置内部异常，申请离队进入待维护模式，如果电采暖装置接受手动调节，申请离队进入单机手动模式，单机自主模式，单机自主检测和处理实时活动信息、自主决策，但是每次决策结果上报控制中心，如果检测到区域内活动出现，单机进入自主模式，根据活动位置的变化趋势超前升温，如果区域内活动位置进入固定，单机调节加热功率维持活动所需温度恒定，如果区域内活动位置变化并消失，电采暖装置进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式，单机手动模式，活动温度需要个性调节，用户在移动端提前预约或即时远程调节，或者按动电采暖装置按键实时手动调节，电采暖装置申请离队进入单机手动模式，如果区域活动消失，单机进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式；

多机联合控制：适用于大房间和公共区，多机联合控制，是同一区域内所有电采暖装置互相通讯建立工作编组，在接收控制中心集中调控的前提下，如果电采暖装置检测所在区域活动规律比较固定，工作编组优先服从集中调控指令，如果检测到区域内活动规律同比异常，则工作编组向控制中心申请进入多机联合自主模式的控制策略，多机联合自主模式，工作编组内每个单机均参与检测和处理实时活动信息，每个单机通过LoRa模块，不经过LoRa网关直接组内交流、共同决策，但是每次决策结果上报控制中心，如果检测到区域内活动出现，工作编组根据活动位置的变化趋势，预测投入超前升温的单机，如果区域内活动位置进入固定，工作编组选定最近的单机作为主力投入工作，如果区域内活动位置发生变化后再次固定，工作编组重新选定主力投入工作，如果区域内活动位置发生变化后消失，工作编组整体进入阶梯式降温，直至温度下限，等待控制中心发布集中调控指令，回归本地集中控制模式。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。