基于網絡的空調程控系統設計與實現

覃盛安，李永明

（南海東軟信息技術學院 廣東 佛山 528225）

科技飛速發展，智能設備的應用已涵蓋各行各業。智能控溫、紅外遙控的空調，在家庭生活中，因為加上了人為控制因素，基本上不存在浪費的跡象。但是，對于學校等一些單位，使用群體復雜且使用時間無規律，不便安裝中央空調系統，或者安裝中央空調更浪費，而離散安裝使用分體空調的場所，要達到真正的節能、環保，充分發揮空調設備的作用，實現最佳的使用和管理，應專設遠程監控[1]管理機制，組建方便適用且易于實現的基于網絡的空調程控系統，以期解決空調使用過程中的能源浪費和物業管理難的問題。

1 空調程控系統設計背景

普通空調由主機和附機組成，使用年限一般為6年以上，質保期可以達到3年。空調核心——壓縮機的壽命在10年以上，渦旋式的更長。使用保養得當，空調壽命均可超過10年。目前，本院教室、辦公室全空調配備，數量巨大，人工控制不便。就2002年采購安裝的空調有450臺之多，都是2001年的主流產品，但到了2008年共有8臺空調報廢。在學院的運行環境中，算是提前結束了空調的壽命。物業部門花了大量的人力物力，加強空調的使用管理，仍不能解決使用與管理之間的矛盾。教室里低溫常開、空開的現象，不僅造成電能浪費和縮短空調的使用壽命，還直接影響人的身體健康。只有把這些空調實現與網絡設備對接，為每臺空調增加網絡接入設備，利用學院網絡遍及校園每個角落的特點，把學院集散安裝的空調全部納入系統管理，才能更好地利用現有資源，延長空調設備的使用壽命和降低能耗。單片機強大的功能以及低廉的價格和低功耗，恰好給我們提供了“物盡其用”的完美空間。解決單片機上網和發送紅外遙控的功能，就等于解決了現有空調的網絡接口，原有集散安裝的空調納入集中系統控制也就有可能。

2 空調程控系統構架

本系統針對使用管理情況將用戶分為3個級別，即：終端用戶、普通用戶和管理員用戶。終端用戶只能在現場控制已打開空調的運行狀態；普通用戶，可以用用戶名和密碼登陸系統，瀏覽空調的運行狀況，同時在已打開空調的控制終端，通過網頁控制平臺選擇使用空調的運行狀態，也可在線依管理流程向管理員申請空調設備的開啟；管理員用戶是整個系統的管理者，在系統內對所有空調的管理、監控。系統由Web服務器、控制終端和用戶組成。其中，Web服備器、管理員是系統核心，控制終端是信息采集和控制指令執行機構。服務器通過英特網與控制終端交換信息，以網頁的形式顯示給用戶，實現用戶與控制終端的信息交流，達到對空調可靠、實時的控制管理。設計構架如圖1所示。

圖1 基于網絡的空調程控系統構架圖Fig.1 Frame diagram of based on the network of air conditioning program system

3 控制終端

3.1 控制終端設計方案

系統設計的宗旨是集中控制管理離散安裝于各教室的分體空調，使其高效、節能、降耗。實現這一宗旨，需有一個行之有效的控制終端解決方案：基于網絡集控制與采集于一體。模擬工控網絡的控制終端方案，用C51內核的單片機做核心處理器，配置網絡轉串口模塊[2]、電流互感器件，再加上紅外發射頭和光耦、繼電器，組態為廉價、可聯網、可發送紅外遙控編碼的網絡控制終端。這樣設計的優點是：首先保證了空調的完整性；再者其具有安全、穩定、可靠、可操作性強且易于實現等特點。

3.2 控制終端硬件

控制終端硬件由網絡轉串口模塊和主板組成。模塊的主要任務是網絡數據與串口數據的相互轉換，并把轉換后的數據經過指定的協議從各自的接口中發送。主板由電源、開關量輸出、紅外發射頭、網口、模塊接口以及狀態燈等功能區塊組成，如圖2所示。每個區塊功能如表1所示。這些功能相對都很顯然，僅對模擬量采集的實現過程稍加說明。控制終端主芯片采用 STC12C5A32S2[3]，自帶 8路10位A/D（P1口）。利用單片機本身的A/D轉換功能，根據交流互感器原理，i1n1=i2n2，來采集空調電源的電流數據，并把這些數據與正常功能值比較，得出空調的運行狀態或故障信息，然后把這些信息實時上傳到Web數據庫。經服務器處理后再動態顯示給用戶，讓用戶實時撐握空調的狀態，以便做出相應的處理措施。

表1 主板各區塊主要功能表Tab.1 Main function table of motherboard block

圖2 控制終端實驗板實物圖Fig.2 Expe rimental physical map control terminal board

3.3 控制終端軟件的實現

控制終端主芯片STC12C5A32S2通過一對一的串口連接方式與網絡轉串口模塊連接，網絡模塊設置成固定的客戶端網絡訪問模式。控制終端上電即開始與設置的固定服務器連接。主芯片直接收發、處理串口數據。驅動紅外和繼電器等I/O控制裝置，把現場采集到的信息每間隔兩2 s發送一次到服務器并循環檢測串口。如發現口串口的接收標志位為高電平，立即拉低發送標志位，直到數據接收完畢后再復位發送標志位，并把控制終端的即時狀態信息發送到服務器，如此往復循環。軟件的流程圖如圖3所示。

4 基于網絡的空調程控系統模型

4.1 系統配置

服務器配置如表2所示。

控制終端網絡資料配置如表3所示。

圖3 控制終端軟件流程圖Fig.3 Control terminal software flow chart

4.2 數據庫表格設計

系統模型涉及存儲的數據和狀態比較少，通過一張表來表示，如圖4所示。

數據庫表的具體說明見表4所示。

4.3 測 試

配置好系統的硬件和軟件，把服務器（普通辦公電腦代替）固定在行政樓辦公室里，按測試點的IP段分別配置兩臺控制終端，實地進行系統測試。然后在瀏覽器上進入系統控制界面，如圖5所示。

表2 系統服務器配置表Tab.2 System server configuration table

表3 系統模型控制終端的網絡資料配置表Tab.3 Control system model of network configuration data terminal table

圖4 數據庫表截圖Fig.4 Screenshots database table

表4 數據庫表說明Tab.4 Database description table

圖5 測試系統網頁操控界面Fig.5 Test system web control interface

兩臺控制終端分別與ID為3、4的兩操作行對接，按3號操作行的open鍵，一號機就發射紅外信號，打開空調；再按close鍵，一號機就發送紅外關閉空調。對4號ID行的兩按鍵操作，相應的動作在二號機上一樣可靠執行；對其它ID行操作，現有的兩臺控制終端沒有任何反應；在校園網內，分別把兩臺控制終端先后安裝在不同的地點測試，控制效果均正常。測試系統測試過程中一個控制結果的具體數據如圖6所示。

圖6 測試中具體數據Fig.6 The specific test data

反復多次進行網線插拔，斷電后再上電操作，均能可靠控制空調。測試結果表明，控制終端能夠穩定、可靠地工作在網絡模式下。并能達到基于網絡的空調程控系統的預期要求，將在實際運用中，運用主芯片大量的剩于空間和I/O口，可以擴展更多的實用功能，如室內溫度檢測[5]、使用無線（430 M或者ZigBee、Wifi等無線網絡）傳輸數據[6]等。讓系統組件的安裝布線更容易，功能更完善，使用的場合也會更加廣泛。

5 結束語

通過系統模型的在線運行測試，結果證實了通過遠程網絡對空調穩定控制的可行性，給物業管理創建了良好的系統管理基礎平臺。解決了離散安裝的空調需要大量人工監控的繁瑣事務。從側面解決了空調設備基于網絡的遠程控制問題，為空調設備開發商的空調控制系統研發提供參考，對強化智能的設備管理工作有著重要的意義。

[1]鄧式陽，李耀明.工業鍋爐安全遠程多點監控系統[J].計算機工程，2010，36（17）：255-257.

DENG Shi-yang，LI Yao-ming.Remote multi-point monitoring system for industrial boiler safety[J].Computer Engineering，2010，36（17）:255-257.

[2]北京恒信盈泰科技有限公司.ETH2232D模塊手冊[EB/OL].[2011-06-11].http://hiersun-wintech.com/down/class/.

[3]宏晶科技.STC12C5A60S2系列單片機器件手冊[EB/OL].[2011-06-11].http://www.mcu-memory.com/datasheet/stc/STCAD-PDF/STC12C5A60S2.pdf，

[4]鄒天思，孫鵬.PHP從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2008.

[5]陸綺榮.電子測量技術[M].北京：電子工業出版社，2010.

[6]徐敬東，趙文耀，李淼，等.基于ZigBee的無線傳感器網絡設計[J].計算機工程，2010，36（10）：110-112.

XU Jing-dong， ZHAO Wen-yao， LI Miao， et al.Design of wireless sensor network based on ZigBee [J].Computer Engineering，2010，36（10）:110-112.