基于STM32的暖氣管道監控系統

摘要：論文介紹了一種基于STM32單片機的家庭暖氣管道監控智能系統。系統結合WIFI知識，采用分布式傳感器，對暖氣管道進行監控。用戶可以利用手機終端實時監控暖氣管道系統的狀況。

關鍵詞：STM32；WIFI；管道監控

北方冬天集中供暖后暖氣管道破裂事件頻頻發生，管道發生破裂時第一時間無法發現，需要等到管道內熱水大量滲出地面后才會被人發現，發現后還需要通過儀器確定管道破裂部位。而市面上的暖氣管道檢測儀器效率非常低，等到確定破裂部分時間已經過去很久，這樣不光會加大維修難度，還會浪費資源，物力，人力等。本論文介紹一種暖氣管道實時監測系統，當管道發生破裂之后，系統可以第一時間判定管道發生破裂，立即關閉管道，并排出管道中的水，同時通知業主。

1 系統硬件設計

系統使用STM32作為主控連接TFT液晶屏，顯示當前系統的各種指標的參數。同時具備GPRS通訊功能，通過串口與主控通信，發給業主信息，使用WIFI模塊作為節點與主控建立通信。STM32使用電子流量計來測量暖氣管道中水流的情況，從而判斷暖氣管道是否破裂。系統還連接有電磁閥，可以控制暖氣管道的開關。

1.1 主控模塊

系統中采用的主控是STM32F103。主控的系統時鐘速度可以達到72M，可以達到本系統的要求。外接有80個GPIO端口，可以滿足外接模塊的端口要求。內置有實時時鐘RTC時鐘模塊。有足夠多的中斷以及5個定時器，還有如兩個USB、五個USART、兩個CAN、三個IIC、兩個SPI等通信端口，足以滿足系統的設計要求。

1.2 ESP8266

ESP8266 是一款集成了32位處理器的Wi-Fi 芯片模塊。ESP8266高度集成了各種硬件模組，有很好的屏蔽作用，并且價格很便宜。還具有低功耗的功能。非常合適作為本系統的通信以及終端控制采集模塊使用。

ESP8266與STM32連接也非常簡單，ESP8266的UTXD與STM32的RXD相連，URXD與TXD相連。

1.3 流量計

管道上使用電子流量計，計算暖氣管道的流量。通過霍爾元器件采集轉子的速度，通過公式計算出流經的水流量，將信號發給微控制器，進行數據判斷與處理。計算水流量的公式

F是轉子轉動的計數，Q是水的體積，單位是升。誤差在±2%之內，供電電壓在3.5-24V之間，電流不能超過10mA，流完一升水輸出300個脈沖。

1.4電磁閥

利用差分放大電路設置一個雙向門電路，實現電路可以輸出正負脈沖來控制電磁閥得開關。實現管道控制電氣化。電磁閥另有外漏堵絕，內漏易控，系統簡略，便接微控制器控制，價格低廉，響應快速，功率比較小，外狀輕盈等特色，也就很合適這套系統中對管道的實時控制。電磁閥選擇12V供電，驅動一個差分電路，可以實現正負脈沖的轉換。電磁閥的控制方式是給一個20ms的正脈沖就可以打開電磁閥，給一個20ms的負脈沖就可以關閉電磁閥。差分電路如圖所示。

2 系統軟件設計

2.1 系統流程圖

本系統使用操作系統做軟件程序開發，所以系統可以分為以下模塊：圖形顯示任務、流量監測任務、管道控制任務。任務之間的通信使用自己設定的信號量來傳輸各個任務的狀態。

2.2 ESP8266數據通信解析

ESP8266作為系統數據采集和終端控制的節點，還有為了配合系統的分布式控制，系統中使用了多個ESP8266模塊。按照實現的功能可以把模塊分為網關節點，數據采集終端，電磁閥控制終端和云端通信節點。各個ESP8266模塊之間的通信是使用的UDP協議局域網內通信，ESP8266與云端通信方式使用TCP協議通信。

網關節點作為主控、手機、各個終端的連接器。在網關ESP8266中進行數據打包，然后將數據傳送到系統中各個模塊上。所有的終端都與網關節點通過WIFI建立連接，進行數據交換，通過串口建立與主控的連接。

數據采集ESP8266終端是系統中主要數據采集來源，作為系統的最重要感知層。模塊上集成4路電子流量計采集模塊。在數據采集終端將所有的采集來的數據進行打包發往到網關節點。

電磁閥響應終端是系統的主要響應終端，有三組響應電路，可以實現正負脈沖的輸出，來控制家庭中各個管道的通斷。終端接收的數據來自于網關。

云端通信模塊主要是實現與云端的數據連接，及時的把采集的數據發送到云端，還有家庭中的其他數據控制信號傳送到云端，云端與手機APP建立通信。

3 結論

論文介紹了基于STM32的暖氣管道系統，運用WIFI技術能夠使用戶實時檢測家中管道情況。經過實物論證，該系統能很好的解決當前家庭暖氣管道側漏存在的問題。

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作者簡介：許春磊（1978.12--），男，漢族，山東莒南人，講師，碩士，主要從事計算機技術和電子信息技術研究