熱力供暖狀態遠程監測系統的設計與實現

（山東和光智慧能源科技有限公司，山東 濟南 250101）

一、慨述

國北方屬于溫帶地區，冬季氣候寒冷，氣溫較低，因此北部地區冬季需要進行供暖工作，供暖工作的時間一般集中在10月份至次年的3月份，供暖期較長，同時由于人民生活水平的提高，供暖的需求也在不斷南移。我國北方大部分地區普遍采用集中供熱方式進行供暖，供暖企業通過城市高溫供熱管道將熱水或蒸汽送至各供暖區域，每年都需要消耗大量人力資源和物力資源用于供暖工作。供熱公司對用戶室內溫度監測，至今大多采用粗框式管理，使用的監測方法依舊是工作人員上門走訪、人工現場測溫等，具有精度差、實時性差，可靠度低等缺點，并且不能及時了解居民家中的供暖動態，尤其是供暖末端，如一些頂樓、邊樓等。這樣不但造成了人力資源的浪費，也不能實時監測供暖用戶室內的溫度，不利于及時調節供水溫度，往往只能當地天氣預報的溫度憑借經驗來改變供水的溫度，所以在供暖區域內進行定時的室溫監測是非常必要的。

二、熱力供暖系統的設計

本系統旨在通過在各供暖區域內合理的設立N 個供暖用戶室溫的遠程監測點，對室內溫度等進行實時的采集，具有定時發送數據到發送熱力公司的監控中心以及溫度超限短信報警等功能。監控中心配備有遠程室溫的監測軟件和監控網站，通過Internet 技術和GPRS 技術等，實現數據存儲與共享，達到對供暖溫度遠程監控和管理的目的。

（一）系統的硬件設計

系統下位機部分溫度遠傳儀的硬件設計是實現溫度采集、溫度上傳，實現對供暖效果監測的基礎。溫度遠傳儀的硬件主要包括 STM32 主控制器模塊、GPRS 無線通信模塊、溫度和電量檢測模塊、USB 轉串口模塊、電源模塊、LCD 顯示模塊、RTC 時鐘模塊、EEPROM 模塊以及下載調試模塊等。

1.核心控制器設計。溫度遠傳儀的主控器模塊使用的MCU 是STM32L151C8T6，是推出的 STM32 系列處理器。該系列芯片產品成熟，性價比高，集成度高，專用于為了滿足能耗低、處理性能強、實時性好、價格低廉的嵌入式場合需求，且 STM32 系列處理器編程時可用其自帶的固件庫，有利于縮短開發周期以及后期的維護工作。

2.GPRS 無線模塊。SIM900A 是硬件部分的 GPRS 無線模塊的核心部分，它是一種雙頻的模塊，工作的頻段分別為：EGSW 900 MHz 和 DCS 1800 MHz，可自動搜索頻段，SIM900A 有豐富的硬件接口，具有鍵盤接口、SPI 顯示接口，主串口、調試串口、一路音頻接口以及多個可編程通用輸出輸入接口，能夠滿足應用模式下的全部需求，且模塊封裝尺寸小，能夠達到近乎所有應用場合中對空間和尺寸的需求。SIM900A 內嵌有 TCP/IP 協議，在數據通信方面的應用時使用其擴展的相應 AT 指令，能夠方便快速的使用。

3.電源模塊。由于系統下位機的溫度遠傳儀部分需要持續不間斷的工作在整個供暖期，單次工作的時間較長，且當供暖期結束之后需要進行充電回收，基于這樣的較為特殊工作性質，采用鋰電池進行設備的電源進行供電更為合適妥當。因此，電源模塊分別兩個部分：鋰電池電源轉 3.0 V 電源電路，用于穩定的電源輸出；鋰電池電源充電電路，用于補充鋰電池的電源電量。

（二）系統的軟件設計

遠程溫度檢測系統的下位機部分溫度遠傳儀的軟件部分是采用 ARM 公司推出的針對多種嵌入式控制器的最新軟件開發工具 MDK，即微控制器開發工具包，它是專門用于開發基于 ARM 內核的微控制器，支持包括 ARM7、ARM9 等核處理器。軟件自身集成諸多的開發套件，易于完成項目的開發，等先前的開發軟件相比，性能得到大幅的提高。MDK 具有軟件仿真的功能，通過仿真，可以檢查程序錯誤，提高閃存的使用壽命，MDK 同時也具有支持程序下載和在線調試功能等。

1.串口命令子程序設計。在主程序的流程中檢測到串口已經準備好，則進入到監視串口命令子程序，串口命令子程序主要的功能是與下位機部分溫度遠傳儀配置與調試軟件進行串口通訊，達到對終端設備參數設定的目的。

2.短信報警子程序設計。短信報警子程序設定有高報溫度、低報溫度還有回差溫度。當室溫溫度高于高報溫度時，產生高溫報警且發送報警短信；當溫度低于高報溫度減去回差溫度時，高溫報警取消；當室溫溫度低于低報溫度時，產生低溫報警且發送報警短信；當溫度高于低報溫度加上回差溫度時，高溫報警取消。短信報警子程序的開始為了避免重復發送報警短信的情況，首先通過高報標志位檢測高報短信是否已經發送，如果已經發送，則檢測和比較室溫與高報溫度減去回差溫度的差值的大小，根據兩個數值的大小情況決定高報標志位是否置 0；高報短信沒發送，則檢測和比較室溫與高報溫度值的大小，根據兩個數值的大小情況決定是否發送短信和高報標志位是否置1。隨后進行低溫報警的檢測，流程與上述高溫報警的一致。

3.系統上位機設計。室溫遠程監測網站的用戶管理模塊主要包括用戶登錄和用戶注冊的功能。登錄到室溫監控網站主頁面，使用網站的監控功能，是需要輸入正確的用戶名和密碼的，否則是無法進入的。這樣既可以保證網站和數據的安全性，又能保證整個系統的運行的性能和穩定性。同 時，可以通過填寫相應的注冊信息申請使用監控網站的權限，經過監控網站的管理人員驗證核實后，將用戶數據加入到數據庫中，就能夠正式登錄，使用監控網站功能。

對集中供熱效果不均勻的現象，設計與開發了基于 GPRS 無線通信技術的室溫監測系統，旨在對熱力供暖的效果進行檢測，提高與保證了室溫監測的實時性與可靠性，豐富了熱網調控設備范圍，室溫監測系統能夠滿足實際應用的功能需求。