物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在太陽(yáng)能熱水器上的應(yīng)用

渠榮華　盧炳奇　蔣建平

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司　山東青島　266101

1　引言

隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，互聯(lián)網(wǎng)已成為生活中的一個(gè)重要組成部分，無(wú)論是家中的固定寬帶還是手機(jī)信號(hào)中的移動(dòng)流量，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已無(wú)處不在。人民在享受網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的便捷生活的同時(shí)，也在積極研究如何利用它，物聯(lián)網(wǎng)就是典型應(yīng)用之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)增近了“人與物”、“物與物”、“人與人”之間的交流，交互不再受空間、時(shí)間、距離的限制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)，大大提升了原有產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。

當(dāng)前石油、煤炭等不可再生能源緊缺，太陽(yáng)能作為可再生能源，以其干凈、豐富且分布范圍廣而受到越來(lái)越多人的關(guān)注，太陽(yáng)能熱水器就是太陽(yáng)能利用的典型形式之一。在國(guó)家強(qiáng)制使用節(jié)能型產(chǎn)品政策的推動(dòng)下，太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)推廣到千家萬(wàn)戶。但是太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的熱水多少與天氣和氣候有關(guān)，為了保證熱水充足，生產(chǎn)廠家一般會(huì)在太陽(yáng)能熱水器內(nèi)加裝電加熱裝置用以補(bǔ)充熱水。電加熱如何開(kāi)啟，關(guān)系到節(jié)能和熱水使用的等待問(wèn)題，是決定太陽(yáng)能使用體驗(yàn)的重要因素。傳統(tǒng)控制方式不能隨時(shí)掌握當(dāng)前溫度，若想提前開(kāi)啟電加熱只能選擇好合適的控制模式，利用控制系統(tǒng)設(shè)置的功能自動(dòng)啟動(dòng)，節(jié)能和熱水使用不能很好的兼顧，因此用戶報(bào)怨較大。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在太陽(yáng)能熱水器上后，用戶可隨時(shí)隨地掌握太陽(yáng)能熱水器的當(dāng)前水溫，并可隨時(shí)控制電加熱的開(kāi)啟和停止。

2　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)英文名詞是：“Internet of things”，它是指物與物通過(guò)傳感設(shè)備和無(wú)線識(shí)別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。其一，物聯(lián)網(wǎng)的著力和基本點(diǎn)還是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的拉伸和壯大；其二，用戶端拉開(kāi)和擴(kuò)展到了任何物料與物料之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息；其三，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人和物等聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，促成信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于射頻識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）是通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)的無(wú)線通訊技術(shù)，它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。

3　太陽(yáng)能熱水器物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能熱水器物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由控制板（含Wi-Fi模塊）、云平臺(tái)、控制APP、家庭路由器4部分組成，完整的控制系統(tǒng)圖如圖1所示。

3.1　控制板（含Wi-Fi模塊）

控制板被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的感知層，就是指系統(tǒng)信息的采集和傳送。把所有物品通過(guò)一維/二維條碼、射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感裝置自動(dòng)采集到與物品相關(guān)的信息，并傳送到上位端，完成傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)前的準(zhǔn)備工作。太陽(yáng)能熱水器的控制板主要作用是采集水箱溫度信號(hào)，執(zhí)行云平臺(tái)發(fā)出的操作指令。控制板執(zhí)行操作指令時(shí)，發(fā)出執(zhí)行結(jié)果信號(hào)由家庭路由器進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳遞給云平臺(tái)。

3.2　控制APP

控制APP被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，為用戶提供豐富的服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的。控制APP軟件安裝在用戶移動(dòng)終端，為用戶提供方便、友好的交互界面?？刂艫PP可以向用戶展示太陽(yáng)能熱水器的運(yùn)行狀態(tài)、可以對(duì)熱水器進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，還可以提供產(chǎn)品相關(guān)的論壇、網(wǎng)站的鏈接?？刂艫PP可以通過(guò)手機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互。

3.3　云平臺(tái)

云平臺(tái)被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，其處理方式通常被稱(chēng)為云計(jì)算。其最基本概念是透過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無(wú)數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。

透過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，處理數(shù)以千萬(wàn)計(jì)甚至億計(jì)的信息，達(dá)到和“超級(jí)計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。狹義云計(jì)算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源；廣義云計(jì)算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)，它具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等獨(dú)特功效。云平臺(tái)是控制板和控制APP之間的聯(lián)絡(luò)站。

3.4　家庭路由器

路由器的作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò)并選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率，從而讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)智能控制來(lái)說(shuō)，家庭路由器是家電產(chǎn)品進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的入口，誰(shuí)能搶占路由器的主導(dǎo)地位，誰(shuí)就掌握了家電產(chǎn)品進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的話語(yǔ)權(quán)。所以各廠商對(duì)于路由器產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。

4　物聯(lián)網(wǎng)在太陽(yáng)能熱水器上的發(fā)展與研究

物聯(lián)網(wǎng)的作用是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維護(hù)、自動(dòng)報(bào)警和模糊記憶等功能。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在太陽(yáng)能熱水器上的目的是使用戶的使用更加方便，提高用戶的生活質(zhì)量，并提供全方位的信息交互功能，使太陽(yáng)能熱水器更加節(jié)能。下面就探討幾種常見(jiàn)的應(yīng)用功能。

4.1　遠(yuǎn)程控制功能

正如引言中提到，太陽(yáng)能熱水器利用太陽(yáng)能獲得熱水，但因?yàn)樘鞖夂图竟?jié)的不同，往往得不到需要的熱水，通常要啟動(dòng)太陽(yáng)能熱水器水箱內(nèi)的輔助電加熱來(lái)補(bǔ)充。電加熱何時(shí)啟動(dòng)成了太陽(yáng)能熱水器功能設(shè)計(jì)的核心。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將控制器的功能復(fù)制到手機(jī)上，通過(guò)使用安裝在手機(jī)上的太陽(yáng)能熱水器控制APP，用戶可隨時(shí)隨地查看太陽(yáng)能熱水器的水溫情況，并根據(jù)自身對(duì)熱水的需求控制電加熱的啟停。這對(duì)于上班族和外出人員非常實(shí)用，他們可以在辦公室或回家途中提前準(zhǔn)備熱水。

4.2　故障推送及自動(dòng)服務(wù)

目前太陽(yáng)能熱水器維修流程一般是用戶發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，打電話反應(yīng)問(wèn)題，售后服務(wù)部門(mén)根據(jù)用戶反應(yīng)的情況安排維修師傅上門(mén)維修。很顯然，這種管理方式最大的問(wèn)題是服務(wù)滯后，影響用戶正常使用，利用物聯(lián)網(wǎng)可以解決這一問(wèn)題。

當(dāng)出現(xiàn)故障后，云平臺(tái)一方面將故障信息發(fā)送到用戶移動(dòng)終端的APP上，另一方面根據(jù)MAC地址和產(chǎn)品編碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系確認(rèn)產(chǎn)品信息和用戶信息，然后故障信息傳到與云平臺(tái)對(duì)接的售后系統(tǒng)，售后系統(tǒng)根據(jù)故障信息和用戶信息自動(dòng)派發(fā)維修工單，服務(wù)單位根據(jù)維修工單的要求聯(lián)系用戶并上門(mén)維修。這種售后服務(wù)管理的好處是可以自動(dòng)感知故障問(wèn)題，避免人工干預(yù)帶來(lái)的錯(cuò)誤判斷；先于用戶發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，減少服務(wù)周期。

4.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

為了更深入地呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)太陽(yáng)能熱水器的系統(tǒng)研究，部分太陽(yáng)能熱水器廠商在控制APP上和云平臺(tái)上設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)每一臺(tái)熱水器的水箱溫度、電加熱啟動(dòng)時(shí)間、用電量等運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)展示，更好地指導(dǎo)用戶合理應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器。對(duì)于太陽(yáng)能廠商來(lái)說(shuō)，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是他們的寶貴資源，通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)可以了解不同區(qū)域的熱水器性能、用戶使用習(xí)慣等，為太陽(yáng)能熱水器的性能研究提供數(shù)據(jù)支持。這些信息也是未來(lái)產(chǎn)品規(guī)劃和開(kāi)發(fā)的重要參考依據(jù)。

4.4　根據(jù)天氣自動(dòng)電加熱

物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r自動(dòng)啟動(dòng)電加熱功能。利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)將各太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行定位，云平臺(tái)根據(jù)太陽(yáng)能熱水器定位位置調(diào)用當(dāng)?shù)氐奶鞖忸A(yù)報(bào)信息，并根據(jù)每天的天氣情況和節(jié)能原則，自動(dòng)計(jì)算出用戶所需的熱水量及如何開(kāi)啟電加熱。做到不需人為判斷和操控，自動(dòng)感知太陽(yáng)能熱水器的相關(guān)信息，并合理啟動(dòng)電加熱，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器的無(wú)人值守。

5　結(jié)論

信息社會(huì)的飛速發(fā)展促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的迅速變革，物聯(lián)網(wǎng)科技改變了太陽(yáng)能熱水器傳統(tǒng)的控制方式，全新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)影響著整個(gè)太陽(yáng)能熱水器控制行業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，提高了太陽(yáng)能熱水器與人類(lèi)之間的溝通能力和使用體驗(yàn)。但是，物聯(lián)網(wǎng)做為一個(gè)新興的技術(shù)還有待成熟，需要完善和研究的問(wèn)題還很多，比如：靈活控制問(wèn)題、設(shè)備的復(fù)雜性帶來(lái)的易用性問(wèn)題、安全可靠和可維護(hù)性問(wèn)題、設(shè)備的配置和其配件帶來(lái)的成本等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身問(wèn)題；包括熱水器在內(nèi)的家用電器統(tǒng)一控制問(wèn)題、各品牌產(chǎn)品間互聯(lián)和擴(kuò)展性問(wèn)題、控制APP的改善和提升問(wèn)題、云平臺(tái)管理和計(jì)算等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用問(wèn)題。這些問(wèn)題推動(dòng)著物聯(lián)網(wǎng)朝著更加智能化、使用安全化、業(yè)務(wù)融合化、終端集約化的方向發(fā)展，使應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的太陽(yáng)能熱水器的使用更加便捷，功能更加合理，節(jié)能效果也更上一層樓。