基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

覃盛安，李永明

（南海東軟信息技術(shù)學(xué)院 廣東 佛山 528225）

科技飛速發(fā)展，智能設(shè)備的應(yīng)用已涵蓋各行各業(yè)。智能控溫、紅外遙控的空調(diào)，在家庭生活中，因?yàn)榧由狭巳藶榭刂埔蛩兀旧喜淮嬖诶速M(fèi)的跡象。但是，對于學(xué)校等一些單位，使用群體復(fù)雜且使用時(shí)間無規(guī)律，不便安裝中央空調(diào)系統(tǒng)，或者安裝中央空調(diào)更浪費(fèi)，而離散安裝使用分體空調(diào)的場所，要達(dá)到真正的節(jié)能、環(huán)保，充分發(fā)揮空調(diào)設(shè)備的作用，實(shí)現(xiàn)最佳的使用和管理，應(yīng)專設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控[1]管理機(jī)制，組建方便適用且易于實(shí)現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)，以期解決空調(diào)使用過程中的能源浪費(fèi)和物業(yè)管理難的問題。

1 空調(diào)程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

普通空調(diào)由主機(jī)和附機(jī)組成，使用年限一般為6年以上，質(zhì)保期可以達(dá)到3年。空調(diào)核心——壓縮機(jī)的壽命在10年以上，渦旋式的更長。使用保養(yǎng)得當(dāng)，空調(diào)壽命均可超過10年。目前，本院教室、辦公室全空調(diào)配備，數(shù)量巨大，人工控制不便。就2002年采購安裝的空調(diào)有450臺(tái)之多，都是2001年的主流產(chǎn)品，但到了2008年共有8臺(tái)空調(diào)報(bào)廢。在學(xué)院的運(yùn)行環(huán)境中，算是提前結(jié)束了空調(diào)的壽命。物業(yè)部門花了大量的人力物力，加強(qiáng)空調(diào)的使用管理，仍不能解決使用與管理之間的矛盾。教室里低溫常開、空開的現(xiàn)象，不僅造成電能浪費(fèi)和縮短空調(diào)的使用壽命，還直接影響人的身體健康。只有把這些空調(diào)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對接，為每臺(tái)空調(diào)增加網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò)遍及校園每個(gè)角落的特點(diǎn)，把學(xué)院集散安裝的空調(diào)全部納入系統(tǒng)管理，才能更好地利用現(xiàn)有資源，延長空調(diào)設(shè)備的使用壽命和降低能耗。單片機(jī)強(qiáng)大的功能以及低廉的價(jià)格和低功耗，恰好給我們提供了“物盡其用”的完美空間。解決單片機(jī)上網(wǎng)和發(fā)送紅外遙控的功能，就等于解決了現(xiàn)有空調(diào)的網(wǎng)絡(luò)接口，原有集散安裝的空調(diào)納入集中系統(tǒng)控制也就有可能。

2 空調(diào)程控系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)針對使用管理情況將用戶分為3個(gè)級(jí)別，即：終端用戶、普通用戶和管理員用戶。終端用戶只能在現(xiàn)場控制已打開空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)；普通用戶，可以用用戶名和密碼登陸系統(tǒng)，瀏覽空調(diào)的運(yùn)行狀況，同時(shí)在已打開空調(diào)的控制終端，通過網(wǎng)頁控制平臺(tái)選擇使用空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，也可在線依管理流程向管理員申請空調(diào)設(shè)備的開啟；管理員用戶是整個(gè)系統(tǒng)的管理者，在系統(tǒng)內(nèi)對所有空調(diào)的管理、監(jiān)控。系統(tǒng)由Web服務(wù)器、控制終端和用戶組成。其中，Web服備器、管理員是系統(tǒng)核心，控制終端是信息采集和控制指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)。服務(wù)器通過英特網(wǎng)與控制終端交換信息，以網(wǎng)頁的形式顯示給用戶，實(shí)現(xiàn)用戶與控制終端的信息交流，達(dá)到對空調(diào)可靠、實(shí)時(shí)的控制管理。設(shè)計(jì)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)構(gòu)架圖Fig.1 Frame diagram of based on the network of air conditioning program system

3 控制終端

3.1 控制終端設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宗旨是集中控制管理離散安裝于各教室的分體空調(diào)，使其高效、節(jié)能、降耗。實(shí)現(xiàn)這一宗旨，需有一個(gè)行之有效的控制終端解決方案：基于網(wǎng)絡(luò)集控制與采集于一體。模擬工控網(wǎng)絡(luò)的控制終端方案，用C51內(nèi)核的單片機(jī)做核心處理器，配置網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊[2]、電流互感器件，再加上紅外發(fā)射頭和光耦、繼電器，組態(tài)為廉價(jià)、可聯(lián)網(wǎng)、可發(fā)送紅外遙控編碼的網(wǎng)絡(luò)控制終端。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：首先保證了空調(diào)的完整性；再者其具有安全、穩(wěn)定、可靠、可操作性強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。

3.2 控制終端硬件

控制終端硬件由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊和主板組成。模塊的主要任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與串口數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過指定的協(xié)議從各自的接口中發(fā)送。主板由電源、開關(guān)量輸出、紅外發(fā)射頭、網(wǎng)口、模塊接口以及狀態(tài)燈等功能區(qū)塊組成，如圖2所示。每個(gè)區(qū)塊功能如表1所示。這些功能相對都很顯然，僅對模擬量采集的實(shí)現(xiàn)過程稍加說明?？刂平K端主芯片采用 STC12C5A32S2[3]，自帶 8路10位A/D（P1口）。利用單片機(jī)本身的A/D轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)交流互感器原理，i1n1=i2n2，來采集空調(diào)電源的電流數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)與正常功能值比較，得出空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)或故障信息，然后把這些信息實(shí)時(shí)上傳到Web數(shù)據(jù)庫。經(jīng)服務(wù)器處理后再動(dòng)態(tài)顯示給用戶，讓用戶實(shí)時(shí)撐握空調(diào)的狀態(tài)，以便做出相應(yīng)的處理措施。

表1 主板各區(qū)塊主要功能表Tab.1 Main function table of motherboard block

圖2 控制終端實(shí)驗(yàn)板實(shí)物圖Fig.2 Expe rimental physical map control terminal board

3.3 控制終端軟件的實(shí)現(xiàn)

控制終端主芯片STC12C5A32S2通過一對一的串口連接方式與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊連接，網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置成固定的客戶端網(wǎng)絡(luò)訪問模式?？刂平K端上電即開始與設(shè)置的固定服務(wù)器連接。主芯片直接收發(fā)、處理串口數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)紅外和繼電器等I/O控制裝置，把現(xiàn)場采集到的信息每間隔兩2 s發(fā)送一次到服務(wù)器并循環(huán)檢測串口。如發(fā)現(xiàn)口串口的接收標(biāo)志位為高電平，立即拉低發(fā)送標(biāo)志位，直到數(shù)據(jù)接收完畢后再復(fù)位發(fā)送標(biāo)志位，并把控制終端的即時(shí)狀態(tài)信息發(fā)送到服務(wù)器，如此往復(fù)循環(huán)。軟件的流程圖如圖3所示。

4 基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)模型

4.1 系統(tǒng)配置

服務(wù)器配置如表2所示。

控制終端網(wǎng)絡(luò)資料配置如表3所示。

圖3 控制終端軟件流程圖Fig.3 Control terminal software flow chart

4.2 數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模型涉及存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)比較少，通過一張表來表示，如圖4所示。

數(shù)據(jù)庫表的具體說明見表4所示。

4.3 測 試

配置好系統(tǒng)的硬件和軟件，把服務(wù)器（普通辦公電腦代替）固定在行政樓辦公室里，按測試點(diǎn)的IP段分別配置兩臺(tái)控制終端，實(shí)地進(jìn)行系統(tǒng)測試。然后在瀏覽器上進(jìn)入系統(tǒng)控制界面，如圖5所示。

表2 系統(tǒng)服務(wù)器配置表Tab.2 System server configuration table

表3 系統(tǒng)模型控制終端的網(wǎng)絡(luò)資料配置表Tab.3 Control system model of network configuration data terminal table

圖4 數(shù)據(jù)庫表截圖Fig.4 Screenshots database table

表4 數(shù)據(jù)庫表說明Tab.4 Database description table

圖5 測試系統(tǒng)網(wǎng)頁操控界面Fig.5 Test system web control interface

兩臺(tái)控制終端分別與ID為3、4的兩操作行對接，按3號(hào)操作行的open鍵，一號(hào)機(jī)就發(fā)射紅外信號(hào)，打開空調(diào)；再按close鍵，一號(hào)機(jī)就發(fā)送紅外關(guān)閉空調(diào)。對4號(hào)ID行的兩按鍵操作，相應(yīng)的動(dòng)作在二號(hào)機(jī)上一樣可靠執(zhí)行；對其它ID行操作，現(xiàn)有的兩臺(tái)控制終端沒有任何反應(yīng)；在校園網(wǎng)內(nèi)，分別把兩臺(tái)控制終端先后安裝在不同的地點(diǎn)測試，控制效果均正常。測試系統(tǒng)測試過程中一個(gè)控制結(jié)果的具體數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 測試中具體數(shù)據(jù)Fig.6 The specific test data

反復(fù)多次進(jìn)行網(wǎng)線插拔，斷電后再上電操作，均能可靠控制空調(diào)。測試結(jié)果表明，控制終端能夠穩(wěn)定、可靠地工作在網(wǎng)絡(luò)模式下。并能達(dá)到基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)的預(yù)期要求，將在實(shí)際運(yùn)用中，運(yùn)用主芯片大量的剩于空間和I/O口，可以擴(kuò)展更多的實(shí)用功能，如室內(nèi)溫度檢測[5]、使用無線（430 M或者ZigBee、Wifi等無線網(wǎng)絡(luò)）傳輸數(shù)據(jù)[6]等。讓系統(tǒng)組件的安裝布線更容易，功能更完善，使用的場合也會(huì)更加廣泛。

5 結(jié)束語

通過系統(tǒng)模型的在線運(yùn)行測試，結(jié)果證實(shí)了通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)對空調(diào)穩(wěn)定控制的可行性，給物業(yè)管理創(chuàng)建了良好的系統(tǒng)管理基礎(chǔ)平臺(tái)。解決了離散安裝的空調(diào)需要大量人工監(jiān)控的繁瑣事務(wù)。從側(cè)面解決了空調(diào)設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制問題，為空調(diào)設(shè)備開發(fā)商的空調(diào)控制系統(tǒng)研發(fā)提供參考，對強(qiáng)化智能的設(shè)備管理工作有著重要的意義。

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