基于智能移動終端的熱泵熱水集中供應遠程控制系統設計

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.廣西交通職業技術學院，廣西 南寧530000）

熱泵熱水集中供應系統，具有高能效比、低能耗、環保節能的特點和優勢，逐漸被廣泛應用，尤其是在公共熱水供應系統中大量使用，但同時這種制熱系統也有著制熱慢、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，具有棟數多、機組多，分布分散的特點，傳統的日常維護需要的人力、物力較大，維護比較困難，故障出現時，不容易及時發現，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的推廣應用。目前隨著GPRS無線數據網絡技術和智能手機及其軟件系統的日益普及和成熟，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，可借助于智能手機終端對熱泵系統進行遠程監測與控制，克服傳統熱泵系統的不足。

1 遠程控制系統的總體設計方案

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

圖1 遠程控制系統總體設計方案

安卓手機對熱泵系統進行控制的過程為：由安卓智能手機操作系統的控制軟件對水溫或水位進行參數設置，然后由手機發送設置查詢令的數據，通過GPRS無線網絡，經由網絡服務器將該指令經過網絡發送到電控箱的GPRS模塊，由該模塊將該指令的數據包發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據包進行解釋和編譯，還原出指令意圖，并發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據信號傳回單片機自動控制模塊該模塊中的程序對這些數控進行實時掃描，并進行運算和對照，當各傳感器信號中的數據與設定數據相符合時，可發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。

如果系統發出的是數據查詢指令，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據，并通過控制箱的GPRS模塊發送數據包至有固定IP的網絡服務器，再由服務器將數據經由無線網絡發送回預先綁定或指定的手機號碼。對應的智能手機系統軟件進行解析并顯示手機的軟件系統界面，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主要通過自動控制模塊中的軟件對各監控點傳感器信號進行掃描和對照，當監控點的數據變化超出預警值時，通過程序比對結果發出指令，并通過電控箱的GSM模塊發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有人。

2 遠程控制系統的硬件設計

系統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；將運行狀態顯示在顯示屏或遠程終端上。

圖2 單片機系統原理圖

2.2 水位及溫度控制模塊

熱泵系統工作過程中，需要實時監測水箱水位高低，如果水位超過設定水位，控制系統就發出指令停止供水馬達；若水位低于警戒水位，控制系統就發出指令啟動供水馬達，從而保證供水系統始終能有水供應，且不會發生溢出情況。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，保證系統正常穩定工作。

3 遠程控制系統的軟件實現

遠程控制系統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據，判斷，執行預設任務；（2）完成控制電箱和智能移動終端的實時數據通信，完成各種數據的處理與指令的傳達。

控制系統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

節選部分程序代碼如下：

void main（void）

{

int yt；

WDT_CONTR=0x3f； //kanmengou

//調整輸入函數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 "）；

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

……

//zhiling（）；

e=0；

j=j*2；

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

//Uart1Send（0x31）；//發送指令指定發送的是中文短信

控制電箱主控程序主要實現水溫、水位等各種參數的實時監控及各種數據通信的正常進行，并發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，既能夠持續正常供水，又經濟合理的控制水溫范圍，對于節能減排意義重大。

（2）對熱泵系統的運行狀態進行實時監控

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

4 系統應用實例

本系統開發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 遠程監控系統主機實物外形圖

圖6 遠程監控系統主機內部圖

5 結束語

熱泵熱水集中供應GPRS智能移動遠程控制系統可以為用戶提供有效的熱泵機組遠程管理和維護，實現熱泵運行狀態實時顯示、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，有利于提高系統運行的效費比，解決了有線監控帶來的布線工作量大、成本高、線路檢修擴容困難等問題。后續將根據使用反饋情況，進一步升級系統。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 革．基于GPRS的遠程無線數據采集系統設計[D]．北京：北方工業大學，2010：1-48．