基于智能移動終端的熱泵熱水集中供應遠程控制系統(tǒng)設計

李光明，黃蓮花，林土淦，張浩雨

（1.廣西師范學院，廣西 南寧 530299；2.廣西交通職業(yè)技術學院，廣西 南寧530000）

熱泵熱水集中供應系統(tǒng)，具有高能效比、低能耗、環(huán)保節(jié)能的特點和優(yōu)勢，逐漸被廣泛應用，尤其是在公共熱水供應系統(tǒng)中大量使用，但同時這種制熱系統(tǒng)也有著制熱慢、機組運行時間長的特點，且機組多安裝放置于樓宇頂層和較偏僻的地方[1]。部分用戶如學校的學生宿舍樓，具有棟數(shù)多、機組多，分布分散的特點，傳統(tǒng)的日常維護需要的人力、物力較大，維護比較困難，故障出現(xiàn)時，不容易及時發(fā)現(xiàn)，處置滯后，導致廣大用戶較長時間無法獲得熱水供應，影響面廣，負面效應大，嚴重制約熱泵熱水集中供應系統(tǒng)的推廣應用。目前隨著GPRS無線數(shù)據(jù)網絡技術和智能手機及其軟件系統(tǒng)的日益普及和成熟，將二者應用于熱水集中供應機組的無線遠程實時監(jiān)控和主動預警，將可以很好地解決這些難題[2]。目前遠程控制技術在應用層面已經比較成熟，在多種場合都得到了應用，但用在熱泵控制系統(tǒng)的情況尚不成熟，故對此進行研究。

本文的目的就是設計一種控制系統(tǒng)，可借助于智能手機終端對熱泵系統(tǒng)進行遠程監(jiān)測與控制，克服傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的不足。

1 遠程控制系統(tǒng)的總體設計方案

遠程控制系統(tǒng)的總體設計方案如圖1所示，圖中系統(tǒng)由3個主要部分組成，分別為：安卓智能手機、智能電控箱和監(jiān)測控制部分。安卓手機用來對熱泵系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制；智能電控箱主要負責對監(jiān)測控制部分監(jiān)測到的信號進行處理，比如：水位、水溫高低的調節(jié)，壓力大小的調整等；監(jiān)測控制部分主要是通過溫度、水位傳感器和壓力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，將監(jiān)測結果傳給智能電控箱處理。

圖1 遠程控制系統(tǒng)總體設計方案

安卓手機對熱泵系統(tǒng)進行控制的過程為：由安卓智能手機操作系統(tǒng)的控制軟件對水溫或水位進行參數(shù)設置，然后由手機發(fā)送設置查詢令的數(shù)據(jù)，通過GPRS無線網絡，經由網絡服務器將該指令經過網絡發(fā)送到電控箱的GPRS模塊，由該模塊將該指令的數(shù)據(jù)包發(fā)送給單片機的控制模塊，經過單片機控制模塊序對該指令數(shù)據(jù)包進行解釋和編譯，還原出指令意圖，并發(fā)送信號令至驅動電器，形成對各繼電器的驅動電壓，驅動各相應繼電器進行開關動作，從而控制相對應的機組設置、運行，如加熱和加水等。

當機組運行至相對應的指令參數(shù)時，如水位、水溫，這時機組上的水位傳感器和水溫傳感器會實時將所采集的數(shù)據(jù)信號傳回單片機自動控制模塊該模塊中的程序對這些數(shù)控進行實時掃描，并進行運算和對照，當各傳感器信號中的數(shù)據(jù)與設定數(shù)據(jù)相符合時，可發(fā)出指令控制相應的繼電器進行斷開動作，停止加熱或加水，等待下一個指令的動作。

如果系統(tǒng)發(fā)出的是數(shù)據(jù)查詢指令，則在自動控制模塊完成設置指令，或無設置指令時，對各傳感器信號進行掃描采集相應的數(shù)據(jù)，并通過控制箱的GPRS模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包至有固定IP的網絡服務器，再由服務器將數(shù)據(jù)經由無線網絡發(fā)送回預先綁定或指定的手機號碼。對應的智能手機系統(tǒng)軟件進行解析并顯示手機的軟件系統(tǒng)界面，通過這樣的設置和查詢功能夠建立良好的人機互功能，擴大了維護人員的活動范圍和時間。

預警報警功能的實現(xiàn)主要通過自動控制模塊中的軟件對各監(jiān)控點傳感器信號進行掃描和對照，當監(jiān)控點的數(shù)據(jù)變化超出預警值時，通過程序比對結果發(fā)出指令，并通過電控箱的GSM模塊發(fā)送預置警報內容的短信或撥打指定號碼，以示提醒該號碼的手機執(zhí)有人。

2 遠程控制系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)由如下幾個部分構成：

（1）由單片機編程控制的有GPRS和GSM無線網絡通信模塊和各型號繼電器組成的智能化電控箱；（2）有固定IP的網絡服務器；（3）熱泵機組及壓縮機壓力傳感器；（4）水箱及水溫和水位傳感器。

2.1 單片機主控制模塊

控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為控制器，其原理如圖2所示。單片機接收溫度傳感器，水位傳感器等采集到的溫度信號、水位信號，以及用戶發(fā)送的控制信號，并對接收到的信號進行運算、處理，將控制信號傳遞到各個驅動模塊，進而控制供水泵運行；將運行狀態(tài)顯示在顯示屏或遠程終端上。

圖2 單片機系統(tǒng)原理圖

2.2 水位及溫度控制模塊

熱泵系統(tǒng)工作過程中，需要實時監(jiān)測水箱水位高低，如果水位超過設定水位，控制系統(tǒng)就發(fā)出指令停止供水馬達；若水位低于警戒水位，控制系統(tǒng)就發(fā)出指令啟動供水馬達，從而保證供水系統(tǒng)始終能有水供應，且不會發(fā)生溢出情況。水位控制原理圖如圖3所示，圖中，水位高低變化通過傳感器轉換為電阻的變化，進而轉化為電壓信號，以此來控制馬達的啟停，實現(xiàn)供水控制。

圖3 水位控制原理圖

溫度控制模塊的原理跟水位控制同理，通過溫度傳感器實時監(jiān)測溫度情況，當水溫達到預設溫度上限時，輸出控制信號停止加熱，當水溫低到預設溫度下限時，輸出控制信號啟動加熱裝置，以保持水溫始終處在預設的溫度范圍內，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作。

3 遠程控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

遠程控制系統(tǒng)軟件部分的核心任務是：（1）處理傳感器采集到的溫度和水位實時數(shù)據(jù)，判斷，執(zhí)行預設任務；（2）完成控制電箱和智能移動終端的實時數(shù)據(jù)通信，完成各種數(shù)據(jù)的處理與指令的傳達。

控制系統(tǒng)的軟件相應地包含兩個部分：控制電箱主控程序設計和智能移動終端APP設計。

3.1 控制電箱主控程序設計

節(jié)選部分程序代碼如下：

void main（void）

{

int yt；

WDT_CONTR=0x3f； //kanmengou

//調整輸入函數(shù)的加載值可以改變串口波特率

// Uart1Init（0，1，184）；//初始化串口，設置波特率4800

// Uart2Init（0，1，220）；//初始化串口，設置波特率9600

// Uart2Init（0，1，232）；//初始化串口，設置波特率14400

init_lcd（）；

inte_93c04（）；

print_hz（0，0，" 智能控制系統(tǒng) "）；

Timer0Init（）；

// Uart1Init（0，1，220）；//初始化串口，設置波特率9600

Uart2Init（0，1，220）；//初始化串口，設置波特率9600

Serial_Init（）；//串口初始化函數(shù)

……

//zhiling（）；

e=0；

j=j*2；

//Uart2Send（data_r_485[1]）；//發(fā)送指令指定發(fā)送的是中文短信

//Uart1Send（0x31）；//發(fā)送指令指定發(fā)送的是中文短信

控制電箱主控程序主要實現(xiàn)水溫、水位等各種參數(shù)的實時監(jiān)控及各種數(shù)據(jù)通信的正常進行，并發(fā)送短信到智能移動終端。

3.2 智能移動終端的APP控制

智能移動終端的軟件界面如圖4所示，其主要任務包括：

圖4 安卓手機顯示界面

（1）對熱泵系統(tǒng)進行設置和控制

可以通過移動智能終端對供水的溫度進行設置；對供水時間段進行設置，比如：可分為中午和晚上兩個時段分時供給熱水；對水箱的預設水位進行設置，既能夠持續(xù)正常供水，又經濟合理的控制水溫范圍，對于節(jié)能減排意義重大。

（2）對熱泵系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控

借助于智能移動終端顯示界面，可以實時查看熱泵系統(tǒng)的各種狀態(tài)參數(shù)，如：當前的水溫、水位、壓力等各項參數(shù)，若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有異常情況可以第一時間進行處理，既節(jié)約人力物力，也為快速處理故障提供了技術保障。

4 系統(tǒng)應用實例

本系統(tǒng)開發(fā)完成以后已經投入市場，在南寧、來賓等多個城市的學校、企事業(yè)單位使用目前市場反饋良好。部分實際應用場景如圖5、圖6所示。

圖5 遠程監(jiān)控系統(tǒng)主機實物外形圖

圖6 遠程監(jiān)控系統(tǒng)主機內部圖

5 結束語

熱泵熱水集中供應GPRS智能移動遠程控制系統(tǒng)可以為用戶提供有效的熱泵機組遠程管理和維護，實現(xiàn)熱泵運行狀態(tài)實時顯示、信息管理、機組遠程控制與調試、故障診斷報警與遠程排除等功能。拓展了管理人員的運維能力，實現(xiàn)了人員與機組的時間同步、空間分割與遠程同步，有利于提高系統(tǒng)運行的效費比，解決了有線監(jiān)控帶來的布線工作量大、成本高、線路檢修擴容困難等問題。后續(xù)將根據(jù)使用反饋情況，進一步升級系統(tǒng)。由于該產品成本低、結構簡單，體積小，具有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1]顏詩敏，姜周曙，黃國輝．基于S3F9488單片機的熱泵熱水器控制器[J]．機電工程，2009，26（02）：34-37．

[2]衛(wèi) 革．基于GPRS的遠程無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[D]．北京：北方工業(yè)大學，2010：1-48．