基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣源熱泵檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

空氣源熱泵產(chǎn)品作為新能源市場(chǎng)的新星翹楚，憑借其高能效、低功耗的特點(diǎn)，廣受國(guó)內(nèi)市場(chǎng)歡迎 [1]。但由于其工業(yè)設(shè)計(jì)限制，空氣源熱泵產(chǎn)品往往體積較為笨重[2]，用戶需要在產(chǎn)品控制面板前進(jìn)行操作，大大限制了操作人員的人身自由。對(duì)不能親臨現(xiàn)場(chǎng)的用戶來(lái)說(shuō)，面對(duì)該問(wèn)題時(shí)束手無(wú)策，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)空氣源熱泵系統(tǒng)的控制，也無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣源熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息[3]。不能遠(yuǎn)程控制空氣源熱泵系統(tǒng)的問(wèn)題很難讓用戶體驗(yàn)到使用的便捷性。因此，從方便用戶的角度出發(fā)，如何使空氣源熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控是當(dāng)前值得研究的問(wèn)題。

充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)易便捷的技術(shù)特點(diǎn)，本文依托安卓平 臺(tái)的開(kāi)源優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種全新的空氣源熱泵檢測(cè)系統(tǒng)。在對(duì) 常規(guī)的空氣源熱泵檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行少量改進(jìn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合安 卓平臺(tái)的便攜優(yōu)勢(shì)，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣源熱泵系 統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，用戶可以用手機(jī) 便捷地遠(yuǎn)程檢測(cè)、管理空氣源熱泵系統(tǒng) [4]。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)采用最常用的GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，讓用戶在有GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，都能夠通過(guò)安卓平臺(tái)實(shí)時(shí)在線查詢，了解和控制空氣源熱泵系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息[5]。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)空氣源熱泵的相關(guān)傳感器，主控制器收集其運(yùn)行狀態(tài)信息，并將信息直接在控制面板上顯示 ；用戶可以在控制面板上進(jìn)行相關(guān)的管理操作，進(jìn)而對(duì)空氣源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的管理，實(shí)現(xiàn)用戶的更改目的。同時(shí)主控制器通過(guò)GSM 無(wú)線通信模塊向指定用戶發(fā)送信息，通過(guò)GSM 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到安卓平臺(tái)，以供用戶查詢 ；用戶對(duì) 安卓平臺(tái)操作遠(yuǎn)程發(fā)送指令，通過(guò) GSM 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)到達(dá)控 制目標(biāo)，經(jīng)過(guò)空氣源熱泵的檢測(cè)執(zhí)行控制單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào) 整，最終實(shí)現(xiàn)用戶的控制管理目的 [6]。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為用戶室內(nèi)操作管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程安卓平臺(tái)管理系統(tǒng)兩部分。用戶室內(nèi)操作管理系統(tǒng)主要包含信息控制管理單元和終端檢測(cè)執(zhí)行控制單元兩部分 [7]。信息控制管理單元主要以STM32F103ZET6芯片作為本系統(tǒng)的核心處理單元，此外還擁有GSM模塊（TC35模塊）、存儲(chǔ)模塊（SD卡）以及顯示模塊（2.8寸 TFT觸摸屏）等相關(guān)器件。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

終端檢測(cè)執(zhí)行控制單元的硬件結(jié)構(gòu)主要由檢測(cè)單元模塊和執(zhí)行單元模塊兩部分組成。檢測(cè)單元模塊主要由STC89C52單片機(jī)芯片、數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 器件、紅綠色LED 狀態(tài)指示燈等構(gòu)成，用來(lái)檢測(cè)本系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的工作狀態(tài)信息和環(huán)境溫度信息[8]。執(zhí)行單元模塊主要由相應(yīng)的控制驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開(kāi)關(guān)和相應(yīng)的電機(jī)組成，目的在于控制不同電源的開(kāi)斷。檢測(cè)終端執(zhí)行控制單元硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。

2.1 處理器單元

本系統(tǒng)的信息控制管理單元采用STM32F103ZET6 芯片處理器。它具有性能好、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。該款芯片有足夠滿足本系統(tǒng)所需的I/O 接口。同時(shí)芯片數(shù)據(jù)處理性能強(qiáng)，能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的需要。且其功耗低，適合一些供電不便的場(chǎng)所。因此該款芯片具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，深受嵌入式開(kāi)發(fā)者的歡迎和喜愛(ài)[9]。

2.2 GSM模塊

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起到數(shù)據(jù)傳輸作用的 GSM 通訊模塊，是本系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。在本文設(shè)計(jì)中選用了西門子TC35 系列模塊 [10]。TC35 相較于其他同類產(chǎn)品而言性價(jià)比高，且支持雙頻和標(biāo)準(zhǔn)的AT 指令集，符合本設(shè)計(jì)需要。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 信息控制管理單元

信息控制管理單元是在 MDK4.70 環(huán)境下使用V3.5.0 版本的庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)的。當(dāng)系統(tǒng)正常外加電源后，與系統(tǒng)相關(guān)的外設(shè)首先進(jìn)行初始化，讀取存儲(chǔ)芯片內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息， 根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行相關(guān)功能。由于STM32 提供了中斷功能， 可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)（關(guān)）。TC35 與處理器通過(guò)串口完成通信，并在串口中斷服務(wù)函數(shù)中完成對(duì)來(lái)自安卓平臺(tái)指令內(nèi)容的識(shí)別工作 ；系統(tǒng)還可以利用外部中斷的方式，通過(guò)接收紅外遙控發(fā)出的指令[11] 進(jìn)行相應(yīng)的管理控制。信息控制管理單元的軟件設(shè)計(jì)流程如圖 4 所示。

3.2 終端檢測(cè)執(zhí)行控制單元

系統(tǒng)中斷控制流程圖如圖 5 所示，該終端檢測(cè)執(zhí)行控制單元分析判斷來(lái)自信息控制管理單元的控制指令，判斷正確后根據(jù)指令通過(guò)控制繼電器開(kāi)關(guān)的閉合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的操作控制。當(dāng)用戶遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷/ 聯(lián)接電源。

3.3 安卓平臺(tái)

系統(tǒng)中的安卓平臺(tái)流程圖如圖 6所示，當(dāng)安卓平臺(tái)接收到信息控制管理單元發(fā)送過(guò)來(lái)的信息后，對(duì)其進(jìn)行處理并將信息存儲(chǔ)在相關(guān)內(nèi)存中，用戶可以通過(guò)相應(yīng)客戶端在線實(shí)時(shí)查閱 信息，同時(shí)還可以通過(guò)安卓平臺(tái)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān) [12]。

4 調(diào)試與測(cè)試結(jié)果

本系統(tǒng)通過(guò)采用功能模塊化、系統(tǒng)整體化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在結(jié)合前人工作的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)功能設(shè)計(jì)、軟件仿真、組裝調(diào)試和系統(tǒng)測(cè)試等流程后，基本實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初所要實(shí)現(xiàn)的功能。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，用戶可以通過(guò)安卓平臺(tái)查閱空氣源熱泵系統(tǒng)工作狀態(tài)的相關(guān)信息 ；同時(shí)用戶通過(guò)安卓平臺(tái)可以向空氣源熱泵系統(tǒng)傳達(dá)相關(guān)的控制指令，整個(gè)系統(tǒng)依照相關(guān)指令完成對(duì)應(yīng)的功能。此外，用戶不用經(jīng)過(guò)安卓平臺(tái)，僅通過(guò)操作面板就可以直接控制系統(tǒng) [13]。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的環(huán)境下可正常運(yùn)行。調(diào)試結(jié)果如圖 7 所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控、實(shí)時(shí)檢測(cè)、簡(jiǎn)單易用等功能， 同時(shí)融入了安卓開(kāi)發(fā)技術(shù)，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵產(chǎn)品相比，更加智能，便于操作，提高了空氣源熱泵系統(tǒng)的便捷性。