基于物聯(lián)網的空氣源熱泵檢測系統(tǒng)設計

白文樂　胡越　肖宇　梁東升

摘 要：為了實時檢測空氣源熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息，文中設計了一種能對空氣源熱泵的工作狀態(tài)信息進行檢測、處理與控制的系統(tǒng)。本系統(tǒng)借助物聯(lián)網技術，依托安卓平臺，可通過GSM通信網絡實現(xiàn)對空氣源熱泵系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，方便用戶查詢、管理。本系統(tǒng)注重操作便捷性，采用簡易交互界面，以方便用戶使用。

關鍵詞：空氣源熱泵；檢測系統(tǒng)；安卓平臺；物聯(lián)網

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）03-00-03

0 引 言

空氣源熱泵產品作為新能源市場的新星翹楚，憑借其高能效、低功耗的特點，廣受國內市場歡迎[1]。但由于其工業(yè)設計限制，空氣源熱泵產品往往體積較為笨重[2]，用戶需要在產品控制面板前進行操作，大大限制了操作人員的人身自由。對不能親臨現(xiàn)場的用戶來說，面對該問題時束手無策，無法實現(xiàn)遠程對空氣源熱泵系統(tǒng)的控制，也無法實時檢測空氣源熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息[3]。不能遠程控制空氣源熱泵系統(tǒng)的問題很難讓用戶體驗到使用的便捷性。因此，從方便用戶的角度出發(fā)，如何使空氣源熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控是當前值得研究的問題。

充分發(fā)揮物聯(lián)網簡易便捷的技術特點，本文依托安卓平臺的開源優(yōu)勢，設計了一種全新的空氣源熱泵檢測系統(tǒng)。在對常規(guī)的空氣源熱泵檢測系統(tǒng)進行少量改進的基礎上，結合安卓平臺的便攜優(yōu)勢，通過無線通信技術實現(xiàn)對空氣源熱泵系統(tǒng)的遠程控制。在實現(xiàn)基本功能的前提下，用戶可以用手機便捷地遠程檢測、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網絡進行數(shù)據(jù)傳輸，讓用戶在有GSM網絡覆蓋的情況下，都能夠通過安卓平臺實時在線查詢，了解和控制空氣源熱泵系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)信息[5]。系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。

當整個系統(tǒng)工作時，通過空氣源熱泵的相關傳感器，主控制器收集其運行狀態(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行相關的管理操作，進而對空氣源熱泵系統(tǒng)進行相應的管理，實現(xiàn)用戶的更改目的。同時主控制器通過GSM無線通信模塊向指定用戶發(fā)送信息，通過GSM無線通信網絡傳達到安卓平臺，以供用戶查詢；用戶對安卓平臺操作遠程發(fā)送指令，通過GSM無線通信網絡到達控制目標，經過空氣源熱泵的檢測執(zhí)行控制單元實現(xiàn)相應的調整，最終實現(xiàn)用戶的控制管理目的[6]。

2 硬件電路設計

本系統(tǒng)分為用戶室內操作管理系統(tǒng)和遠程安卓平臺管理系統(tǒng)兩部分。用戶室內操作管理系統(tǒng)主要包含信息控制管理單元和終端檢測執(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）、存儲模塊（SD卡）以及顯示模塊（2.8寸TFT觸摸屏）等相關器件。其硬件結構如圖2所示。

終端檢測執(zhí)行控制單元的硬件結構主要由檢測單元模塊和執(zhí)行單元模塊兩部分組成。檢測單元模塊主要由STC89C52單片機芯片、數(shù)字溫度傳感器 DS18B20器件、紅綠色LED 狀態(tài)指示燈等構成，用來檢測本系統(tǒng)在運行過程中的工作狀態(tài)信息和環(huán)境溫度信息[8]。執(zhí)行單元模塊主要由相應的控制驅動電路、繼電器開關和相應的電機組成，目的在于控制不同電源的開斷。檢測終端執(zhí)行控制單元硬件結構圖如圖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、價格低的優(yōu)勢。該款芯片有足夠滿足本系統(tǒng)所需的I/O接口。同時芯片數(shù)據(jù)處理性能強，能夠滿足系統(tǒng)實時處理數(shù)據(jù)的需要。且其功耗低，適合一些供電不便的場所。因此該款芯片具有獨特的優(yōu)勢，深受嵌入式開發(fā)者的歡迎和喜愛[9]。

2.2 GSM模塊

在系統(tǒng)設計中起到數(shù)據(jù)傳輸作用的GSM通訊模塊，是本系統(tǒng)的關鍵器件。在本文設計中選用了西門子TC35系列模塊[10]。TC35相較于其他同類產品而言性價比高，且支持雙頻和標準的AT指令集，符合本設計需要。

3 軟件設計

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版本的庫函數(shù)進行編碼設計的。當系統(tǒng)正常外加電源后，與系統(tǒng)相關的外設首先進行初始化，讀取存儲芯片內的相關數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)內容執(zhí)行相關功能。由于STM32提供了中斷功能，可以實現(xiàn)定時開（關）。TC35與處理器通過串口完成通信，并在串口中斷服務函數(shù)中完成對來自安卓平臺指令內容的識別工作；系統(tǒng)還可以利用外部中斷的方式，通過接收紅外遙控發(fā)出的指令[11]進行相應的管理控制。信息控制管理單元的軟件設計流程如圖4所示。

3.2 終端檢測執(zhí)行控制單元

系統(tǒng)中斷控制流程圖如圖5所示，該終端檢測執(zhí)行控制單元分析判斷來自信息控制管理單元的控制指令，判斷正確后根據(jù)指令通過控制繼電器開關的閉合實現(xiàn)相應電機工作狀態(tài)進而實現(xiàn)對應的操作控制。當用戶遠程控制開關時，系統(tǒng)會自動切斷/聯(lián)接電源。

3.3 安卓平臺

系統(tǒng)中的安卓平臺流程圖如圖6所示，當安卓平臺接收到信息控制管理單元發(fā)送過來的信息后，對其進行處理并將信息存儲在相關內存中，用戶可以通過相應客戶端在線實時查閱信息，同時還可以通過安卓平臺遠程實現(xiàn)整個系統(tǒng)的開關[12]。

4 調試與測試結果

本系統(tǒng)通過采用功能模塊化、系統(tǒng)整體化的方法進行設計，在結合前人工作的基礎上，經過功能設計、軟件仿真、組裝調試和系統(tǒng)測試等流程后，基本實現(xiàn)了本系統(tǒng)設計之初所要實現(xiàn)的功能。進行測試時，用戶可以通過安卓平臺查閱空氣源熱泵系統(tǒng)工作狀態(tài)的相關信息；同時用戶通過安卓平臺可以向空氣源熱泵系統(tǒng)傳達相關的控制指令，整個系統(tǒng)依照相關指令完成對應的功能。此外，用戶不用經過安卓平臺，僅通過操作面板就可以直接控制系統(tǒng)[13]。經測試，本系統(tǒng)在網絡狀況良好的環(huán)境下可正常運行。調試結果如圖7所示。endprint