物聯網技術在太陽能熱水器上的應用

渠榮華　盧炳奇　蔣建平

青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司　山東青島　266101

1　引言

隨著科技的發展和人民生活水平的提高，互聯網已成為生活中的一個重要組成部分，無論是家中的固定寬帶還是手機信號中的移動流量，互聯網的應用已無處不在。人民在享受網絡帶來的便捷生活的同時，也在積極研究如何利用它，物聯網就是典型應用之一。物聯網技術增近了“人與物”、“物與物”、“人與人”之間的交流，交互不再受空間、時間、距離的限制。物聯網技術已被廣泛地應用在各行各業，大大提升了原有產品的使用體驗。

當前石油、煤炭等不可再生能源緊缺，太陽能作為可再生能源，以其干凈、豐富且分布范圍廣而受到越來越多人的關注，太陽能熱水器就是太陽能利用的典型形式之一。在國家強制使用節能型產品政策的推動下，太陽能熱水器已經推廣到千家萬戶。但是太陽能熱水器產生的熱水多少與天氣和氣候有關，為了保證熱水充足，生產廠家一般會在太陽能熱水器內加裝電加熱裝置用以補充熱水。電加熱如何開啟，關系到節能和熱水使用的等待問題，是決定太陽能使用體驗的重要因素。傳統控制方式不能隨時掌握當前溫度，若想提前開啟電加熱只能選擇好合適的控制模式，利用控制系統設置的功能自動啟動，節能和熱水使用不能很好的兼顧，因此用戶報怨較大。將物聯網技術應用在太陽能熱水器上后，用戶可隨時隨地掌握太陽能熱水器的當前水溫，并可隨時控制電加熱的開啟和停止。

2　物聯網技術

物聯網英文名詞是：“Internet of things”，它是指物與物通過傳感設備和無線識別技術與互聯網技術緊密地連接起來，實現智能化管理。其一，物聯網的著力和基本點還是互聯網，是在互聯網基礎上的拉伸和壯大；其二，用戶端拉開和擴展到了任何物料與物料之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息；其三，利用局部網絡或互聯網等通信技術把傳感器、控制器、機器、人和物等聯在一起，形成人與物、物與物相聯，促成信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。

物聯網實現關鍵在于射頻識別技術。射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）是通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據的無線通訊技術，它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預。

3　太陽能熱水器物聯網系統組成

太陽能熱水器物聯網系統由控制板（含Wi-Fi模塊）、云平臺、控制APP、家庭路由器4部分組成，完整的控制系統圖如圖1所示。

3.1　控制板（含Wi-Fi模塊）

控制板被認為是物聯網的感知層，就是指系統信息的采集和傳送。把所有物品通過一維/二維條碼、射頻識別（RFID）、傳感器、紅外感應器、全球定位系統等信息傳感裝置自動采集到與物品相關的信息，并傳送到上位端，完成傳輸到互聯網前的準備工作。太陽能熱水器的控制板主要作用是采集水箱溫度信號，執行云平臺發出的操作指令。控制板執行操作指令時，發出執行結果信號由家庭路由器進入互聯網，通過互聯網傳遞給云平臺。

3.2　控制APP

控制APP被認為是物聯網的應用層，為用戶提供豐富的服務，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，是物聯網發展的目的。控制APP軟件安裝在用戶移動終端，為用戶提供方便、友好的交互界面。控制APP可以向用戶展示太陽能熱水器的運行狀態、可以對熱水器進行實時操控，還可以提供產品相關的論壇、網站的鏈接。控制APP可以通過手機移動數據實現與云平臺間的數據交互。

3.3　云平臺

云平臺被認為是物聯網的網絡層，其處理方式通常被稱為云計算。其最基本概念是透過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。

透過這項技術，網絡服務提供者可以在數秒之內，處理數以千萬計甚至億計的信息，達到和“超級計算機”同樣強大效能的網絡服務。狹義云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源；廣義云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關的，也可以是任意其他的服務，它具有超大規模、虛擬化、可靠安全等獨特功效。云平臺是控制板和控制APP之間的聯絡站。

3.4　家庭路由器

路由器的作用是連通不同的網絡并選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統通信負荷，節約網絡系統資源，提高網絡系統暢通率，從而讓網絡系統發揮出更大的效益。對于物聯網智能控制來說，家庭路由器是家電產品進入互聯網的入口，誰能搶占路由器的主導地位，誰就掌握了家電產品進入互聯網的話語權。所以各廠商對于路由器產品的競爭也非常激烈。

4　物聯網在太陽能熱水器上的發展與研究

物聯網的作用是實現控制系統的遠程控制、遠程維護、自動報警和模糊記憶等功能。將物聯網應用在太陽能熱水器上的目的是使用戶的使用更加方便，提高用戶的生活質量，并提供全方位的信息交互功能，使太陽能熱水器更加節能。下面就探討幾種常見的應用功能。

4.1　遠程控制功能

正如引言中提到，太陽能熱水器利用太陽能獲得熱水，但因為天氣和季節的不同，往往得不到需要的熱水，通常要啟動太陽能熱水器水箱內的輔助電加熱來補充。電加熱何時啟動成了太陽能熱水器功能設計的核心。利用物聯網技術將控制器的功能復制到手機上，通過使用安裝在手機上的太陽能熱水器控制APP，用戶可隨時隨地查看太陽能熱水器的水溫情況，并根據自身對熱水的需求控制電加熱的啟停。這對于上班族和外出人員非常實用，他們可以在辦公室或回家途中提前準備熱水。

4.2　故障推送及自動服務

目前太陽能熱水器維修流程一般是用戶發現問題后，打電話反應問題，售后服務部門根據用戶反應的情況安排維修師傅上門維修。很顯然，這種管理方式最大的問題是服務滯后，影響用戶正常使用，利用物聯網可以解決這一問題。

當出現故障后，云平臺一方面將故障信息發送到用戶移動終端的APP上，另一方面根據MAC地址和產品編碼之間的對應關系確認產品信息和用戶信息，然后故障信息傳到與云平臺對接的售后系統，售后系統根據故障信息和用戶信息自動派發維修工單，服務單位根據維修工單的要求聯系用戶并上門維修。這種售后服務管理的好處是可以自動感知故障問題，避免人工干預帶來的錯誤判斷；先于用戶發現問題，減少服務周期。

4.3　數據統計

為了更深入地呈現物聯網帶來的優點和對太陽能熱水器的系統研究，部分太陽能熱水器廠商在控制APP上和云平臺上設計了數據統計功能。實時統計每一臺熱水器的水箱溫度、電加熱啟動時間、用電量等運行參數。通過這些數據的動態展示，更好地指導用戶合理應用太陽能熱水器。對于太陽能廠商來說，這些統計數據是他們的寶貴資源，通過分析這些數據可以了解不同區域的熱水器性能、用戶使用習慣等，為太陽能熱水器的性能研究提供數據支持。這些信息也是未來產品規劃和開發的重要參考依據。

4.4　根據天氣自動電加熱

物聯網控制系統可實現根據當地天氣情況自動啟動電加熱功能。利用GPS衛星定位系統將各太陽能熱水器進行定位，云平臺根據太陽能熱水器定位位置調用當地的天氣預報信息，并根據每天的天氣情況和節能原則，自動計算出用戶所需的熱水量及如何開啟電加熱。做到不需人為判斷和操控，自動感知太陽能熱水器的相關信息，并合理啟動電加熱，實現太陽能熱水器的無人值守。

5　結論

信息社會的飛速發展促進了人類社會的迅速變革，物聯網科技改變了太陽能熱水器傳統的控制方式，全新的物聯網技術影響著整個太陽能熱水器控制行業。物聯網技術的應用，提高了太陽能熱水器與人類之間的溝通能力和使用體驗。但是，物聯網做為一個新興的技術還有待成熟，需要完善和研究的問題還很多，比如：靈活控制問題、設備的復雜性帶來的易用性問題、安全可靠和可維護性問題、設備的配置和其配件帶來的成本等物聯網技術自身問題；包括熱水器在內的家用電器統一控制問題、各品牌產品間互聯和擴展性問題、控制APP的改善和提升問題、云平臺管理和計算等物聯網應用問題。這些問題推動著物聯網朝著更加智能化、使用安全化、業務融合化、終端集約化的方向發展，使應用了物聯網技術的太陽能熱水器的使用更加便捷，功能更加合理，節能效果也更上一層樓。