一种基于云计算的热量表计量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于云计算的热量表计量系统及方法，涉及热量表技术领域，解决的技术问题是现有技术中热量表集成数据采集、计算与处理等多种功能，并导致负荷大，成本高，计算能力不强的问题。本发明专利技术的系统包括检测单元、通讯单元、云端管理系统和应用终端，应用了5G通讯等技术，实现了海量连接和快速的数据传输。本发明专利技术将热量计算及数据存储转移到云端，极大地减少终端热量表计算器芯片的成本及热量表整机功耗，同时减轻对国外进口芯片的依赖度，当终端需要调看累积流量、累积热量或历史数据时，云计算平台亦可实时将数据传回，实现数据的共享。本发明专利技术还采用了大数据分析技术，实现了多种数据信息的处理，提高了数据分析能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于云计算的热量表计量系统及方法
本专利技术涉及热量表
，且更具体地涉及一种基于云计算的热量表计量系统及方法。
技术介绍
随着计量技术的发展和智能水表的出现，不仅促进了水资源管理部门对水资源的科学管理，同时也提高了对水资源的利用率，增强了节水意识，彻底实现了“一户一表，按量收费”的计费管理模式，改变了之前先使用后交费、上门抄水电费、收费困难的情况。其中热量表是一种计算热量的仪表，热量计量直接关系到供需双方的经济利益，科学的热水计量方法，不仅能够更公平更合理地处理热水供应的收费问题，更能促进水资源管理部门对水资源的科学管理，提高广大用户对水资源的利用率，以节约水资源，减少能源浪费。热量表作为一种通过流量和温度参数复合测量来间接测量热交换回路释放或吸收热量的计量仪表，其在工作过程中要不断对流量和温度信息进行采集、测量和存储，按照标准公式计算出热量，这些工作量占据热量表整体电能消耗的90％。也就说，热量表的计算部分承担着A/D转换、热量计算、大量累积流量及热量数据存储等工作。也就是说，现有技术中热量表的芯片负责采集流量传感器传输的流量信息、采集温度传感器传输的单支、配对温度信息以及负责对采集的信号进行热量的计算，通过各种信息的采集和计算，还对大量累积的流量及热量数据进行存储等多种任务，这就给热量表的计量工作带来承重负担，单只热量表计算芯片结构复杂、设计困难，成本高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种基于云计算的热量表计量系统及方法，通过采用数据采集与数据计算、存储分离的方式，减轻了热量表内芯片的计算工作，将传统技术中的热量表计算芯片执行的热量计算工作、数据存储工作在云端服务器中进行，大大减轻了传统技术中热量表芯片计算的负担，减少了热量表的制造成本。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于云计算的热量表计量系统，其中所述系统包括检测单元、通讯单元、云端管理系统和应用终端，所述检测单元的信息输出端与通讯单元的输入端连接，所述通讯单元的输出端与云端管理系统的输入端连接，所述云端管理系统的输出端与所述应用终端的输入端连接；其中所述检测单元内设置有热量表，所述热量表连接有流体信息采集器和与所述流体信息采集器连接的电源，所述流体信息采集器包括接收换能器内流体信息的温度传感器、流量传感器、压力传感器、余氯传感器、TOC传感器、PH传感器、电导率传感器、ORP传感器、浊度传感器或者溶解氧传感器，其中所述温度传感器安装在通过载热流体的上行管和下行管上，所述流量传感器安装在流体入口或回流管上；所述热量表还设置有无线通讯接口；其中所述通讯单元包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括蓝牙模块、无线宽带Wi-Fi模块、超宽带UWB模块、近场通讯NFC模块、RFID模块、红外数据组织IrDA模块、紫蜂ZigBee模块、GPRS模块、CDMA模块或者云通讯模块；其中所述云端管理系统包括云端服务器和设置在云端服务器内的大数据管理平台，所述大数据管理平台设置有数据底层结构、存储单元、计算模型和云端接口，其中所述数据底层结构至少包括信息输入模块、信息抽取模块、信息融合模块、资源分配模块、信息交互模块、信息比对模块、信息描述模块、资源存储模块、交互执行模块、信息筛选模块、信息输出模块和系统检测模块；所述存储模块包括数据库，所述数据库中至少包括流体检测的位置数据信息、温度数据信息、流量数据信息、日期数据信息、故障数据信息、检索数据信息、空间数据信息、水位数据信息和压力数据信息；所述计算模型包括公式计算模型和大数据计算模型，所述大数据计算模型包括改进型蚁群算法模型、故障诊断算法模型或者关联算法模型，所述云端接口管理模块包括接口设置模块、ZigBee接口模块、以太网接口模块、Wi-Fi接口模块、蓝牙接口模块、GPRS接口模块、CDMA模块或者云通讯模块；其中所述应用终端包括设置有数据应用接口、存储模块和可视化应用模块的智能移动设备，所述智能移动设备至少包括PC机，平板、iphone手机或者android手机。在本专利技术的技术方案中，所述流体信息采集器包括型号为MK10DN512VLLH10的单片机芯片，所述单片机芯片的内核为ARMCortex-M4，工作电压范围为1.7V-3.6V，工作频率为100MHz。在本专利技术的技术方案中，所述单片机芯片分别连接有电源电路、接口电路、晶振电路、通讯模块、存储模块和复位电路，其中所述通讯模块为无线通讯模块。在本专利技术的技术方案中，所述云端服务器的主机的硬件配置为IntelXeonE3-1220v53.0GHz四核，内存为16GDDR4，硬盘为1*Intel企业级SSD，1*SATA1T，网卡为2*千兆网口；工作机节点的硬件配置中，CPU型号为IntelXeonE53.0GHZ，内存为640GB，硬盘容量为128TB。在本专利技术的技术方案中，所述改进型蚁群算法模型、故障诊断算法模型或者关联算法模型均设置有计算芯片和所述计算芯片连接的无线通讯接口。为了解决上述技术问题，本专利技术还采用以下技术方案：一种基于云计算的热量表计量方法，包括以下步骤：(1)数据采集：通过热量表内设置的流体信息采集器采集换能器内的流体信息，所述流体信息为温度信息、流量信息、压力信息、余氯信息、TOC信息、PH值信息、电导率信息、ORP信息或者浊度信息；(2)数据传递：通过无线通讯模块传递采集器采集的数据信息；其中通过信息融合模块实现各种不同传感器数据信息的融合，信息融合模块应用的数据融合算法为：其中：为归一化公式，为在t时刻下时各种不同传感器感测流体数据信息si输出的权重系数，m为不同的流体数据信息类型，其中所述权重系数si的范围介于0-4之间；(3)数据计算：通过云端大数据管理平台进行数据管理，通过计算模型对接收到的各种数据信息进行计算、分析和输出；在本步骤中，公式计算模型为热量计算公式，所述热量计算公式包括焓差法计算公式和热系数法计算公式；所述改进型蚁群算法模型为融入分类算法模型的混合蚁群算法模型，所述分类算法模型为决策树分类模型、K-算法模型或者贝叶斯概率分类算法模型；所述故障诊断算法模型为基于BP神经网络的RPROP混合算法的大数据分析预警模型，所述关联算法模型为随机关联算法模型，通过不同的算法模型完成温度传感器、流量传感器、压力传感器、余氯传感器、TOC传感器、PH传感器、电导率传感器、ORP传感器、浊度传感器或者溶解氧传感器检测到的数据信息的计算或处理，以满足用户的不同需求；(4)数据应用：通过应用终端实现数据各种数据信息的应用。在本专利技术的技术方案中，所述焓差法计算公式为：其中Q为换能器释放的热量，单位为KJ，其中qm为流经热能表中载热液体的质量流量，单位为kg/s，hf为热交换回路中入口温度对应的载热液体的比焓值，单位为kJ/kg，hr为热交换回路中出口温度对应的载热液体的比焓值，单位为kJ/kg，t表示时间，单位为秒。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述系统包括检测单元、通讯单元、云端管理系统和应用终端，所述检测单元的信息输出端与通讯单元的输入端连接，所述通讯单元的输出端与云端管理系统的输入端连接，所述云端管理系统的输出端与所述应用终端的输入端连接；/n其中所述检测单元内设置有热量表，所述热量表连接有流体信息采集器和与所述流体信息采集器连接的电源，所述流体信息采集器包括接收换能器内流体信息的温度传感器、流量传感器、压力传感器、余氯传感器、TOC传感器、PH传感器、电导率传感器、ORP传感器、浊度传感器或者溶解氧传感器，其中所述温度传感器安装在通过载热流体的上行管和下行管上，所述流量传感器安装在流体入口或回流管上；所述热量表还设置有无线通讯接口；/n其中所述通讯单元包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括蓝牙模块、无线宽带Wi-Fi模块、超宽带UWB模块、近场通讯NFC模块、RFID模块、红外数据组织IrDA模块、紫蜂ZigBee模块、GPRS模块、CDMA模块或者云通讯模块；/n其中所述云端管理系统包括云端服务器和设置在云端服务器内的大数据管理平台，所述大数据管理平台设置有数据底层结构、存储单元、计算模型和云端接口，其中所述数据底层结构至少包括信息输入模块、信息抽取模块、信息融合模块、资源分配模块、信息交互模块、信息比对模块、信息描述模块、资源存储模块、交互执行模块、信息筛选模块、信息输出模块和系统检测模块；所述存储模块包括数据库，所述数据库中至少包括流体检测的位置数据信息、温度数据信息、流量数据信息、日期数据信息、故障数据信息、检索数据信息、空间数据信息、水位数据信息和压力数据信息；所述计算模型包括公式计算模型和大数据计算模型，所述大数据计算模型包括改进型蚁群算法模型、故障诊断算法模型或者关联算法模型，所述云端接口管理模块包括接口设置模块、ZigBee接口模块、以太网接口模块、Wi-Fi接口模块、蓝牙接口模块、GPRS接口模块、CDMA模块或者云通讯模块；/n其中所述应用终端包括设置有数据应用接口、存储模块和可视化应用模块的智能移动设备，所述智能移动设备至少包括PC机、平板、iphone手机或者android手机。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述系统包括检测单元、通讯单元、云端管理系统和应用终端，所述检测单元的信息输出端与通讯单元的输入端连接，所述通讯单元的输出端与云端管理系统的输入端连接，所述云端管理系统的输出端与所述应用终端的输入端连接；
其中所述检测单元内设置有热量表，所述热量表连接有流体信息采集器和与所述流体信息采集器连接的电源，所述流体信息采集器包括接收换能器内流体信息的温度传感器、流量传感器、压力传感器、余氯传感器、TOC传感器、PH传感器、电导率传感器、ORP传感器、浊度传感器或者溶解氧传感器，其中所述温度传感器安装在通过载热流体的上行管和下行管上，所述流量传感器安装在流体入口或回流管上；所述热量表还设置有无线通讯接口；
其中所述通讯单元包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括蓝牙模块、无线宽带Wi-Fi模块、超宽带UWB模块、近场通讯NFC模块、RFID模块、红外数据组织IrDA模块、紫蜂ZigBee模块、GPRS模块、CDMA模块或者云通讯模块；
其中所述云端管理系统包括云端服务器和设置在云端服务器内的大数据管理平台，所述大数据管理平台设置有数据底层结构、存储单元、计算模型和云端接口，其中所述数据底层结构至少包括信息输入模块、信息抽取模块、信息融合模块、资源分配模块、信息交互模块、信息比对模块、信息描述模块、资源存储模块、交互执行模块、信息筛选模块、信息输出模块和系统检测模块；所述存储模块包括数据库，所述数据库中至少包括流体检测的位置数据信息、温度数据信息、流量数据信息、日期数据信息、故障数据信息、检索数据信息、空间数据信息、水位数据信息和压力数据信息；所述计算模型包括公式计算模型和大数据计算模型，所述大数据计算模型包括改进型蚁群算法模型、故障诊断算法模型或者关联算法模型，所述云端接口管理模块包括接口设置模块、ZigBee接口模块、以太网接口模块、Wi-Fi接口模块、蓝牙接口模块、GPRS接口模块、CDMA模块或者云通讯模块；
其中所述应用终端包括设置有数据应用接口、存储模块和可视化应用模块的智能移动设备，所述智能移动设备至少包括PC机、平板、iphone手机或者android手机。


2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述流体信息采集器包括型号为MK10DN512VLLH10的单片机芯片，所述单片机芯片的内核为ARMCortex-M4，工作电压范围为1.7V-3.6V，工作频率为100MHz。


3.根据权利要求2所述的一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述单片机芯片分别连接有电源电路、接口电路、晶振电路、通讯模块、存储模块和复位电路，其中所述通讯模块为无线通讯模块。


4.根据权利要求1所述的一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述云端服务器的主机的硬件配置为IntelXeonE3-1220v53.0GHz四核，内存为16GDDR4，硬盘为1*Intel企业级SSD，1*SATA1T，网卡为2*千兆网口；工作机节点的硬件配置中，CPU型号为IntelXeonE53.0GHZ，内存为640GB，硬盘容量为128TB。


5.根据权利要求1所述的一种基于云计算的热量表计量系统，其特征在于：所述改进型蚁群算法模型、故障诊断算法模型或者关联算法模型均设置有计算芯片和所述计算芯片连接的无线通讯接口。


6.利用权利要求1-5中任意一项所述的一种基于云计算的热量表计量系统实现云计算的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)数据采集：通过热量表内设置的流体信息采集器采集换能器内的流体信息，所述流体信息为温度信息、流量信息、压力信息、余氯信息、TOC信息、PH值信息、电导率信息、ORP信息或者浊度信息；
(2)数据传递：通过无线通讯模块传递采集器采集的数据信息；
(3)数据计算：通过云端大数据管理平台进行数据管理，通过计算模型对接收到的各种数据信息进行计算、分析和输出；其中通过信息融合模块实现各种不同传感器数据信息的融合，信息融合模块应用的数据融合算法为：



其中:
其中为归一化公式，为在t时刻下时各种不同传感器感测流体数据信息si输出的权重系数，m为不同的流体数据信息类型，其中所述权重系数si的范围介于0-4之间；
在本步骤中，公式计算模型为热量计算公式，所述热量计算公式包括焓差法计算公式和热系数法计算公式；所述改进型蚁群算法模型为融入分类算法模型的混合蚁群算法模型，所述分类算法模型为决策树分类模型、K-算法模型或者贝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柯，王梅，朱永宏，路兴杰，谷田平，周文辉，段云，陈飞，许雪琼，张霞，冯鑫，樊家成，范珍星，马振奇，
申请(专利权)人：河南省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41