熱力供暖狀態(tài)遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

（山東和光智慧能源科技有限公司，山東 濟南 250101）

一、慨述

國北方屬于溫帶地區(qū)，冬季氣候寒冷，氣溫較低，因此北部地區(qū)冬季需要進行供暖工作，供暖工作的時間一般集中在10月份至次年的3月份，供暖期較長，同時由于人民生活水平的提高，供暖的需求也在不斷南移。我國北方大部分地區(qū)普遍采用集中供熱方式進行供暖，供暖企業(yè)通過城市高溫供熱管道將熱水或蒸汽送至各供暖區(qū)域，每年都需要消耗大量人力資源和物力資源用于供暖工作。供熱公司對用戶室內(nèi)溫度監(jiān)測，至今大多采用粗框式管理，使用的監(jiān)測方法依舊是工作人員上門走訪、人工現(xiàn)場測溫等，具有精度差、實時性差，可靠度低等缺點，并且不能及時了解居民家中的供暖動態(tài)，尤其是供暖末端，如一些頂樓、邊樓等。這樣不但造成了人力資源的浪費，也不能實時監(jiān)測供暖用戶室內(nèi)的溫度，不利于及時調(diào)節(jié)供水溫度，往往只能當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報的溫度憑借經(jīng)驗來改變供水的溫度，所以在供暖區(qū)域內(nèi)進行定時的室溫監(jiān)測是非常必要的。

二、熱力供暖系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)旨在通過在各供暖區(qū)域內(nèi)合理的設(shè)立N 個供暖用戶室溫的遠程監(jiān)測點，對室內(nèi)溫度等進行實時的采集，具有定時發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送熱力公司的監(jiān)控中心以及溫度超限短信報警等功能。監(jiān)控中心配備有遠程室溫的監(jiān)測軟件和監(jiān)控網(wǎng)站，通過Internet 技術(shù)和GPRS 技術(shù)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與共享，達到對供暖溫度遠程監(jiān)控和管理的目的。

（一）系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)下位機部分溫度遠傳儀的硬件設(shè)計是實現(xiàn)溫度采集、溫度上傳，實現(xiàn)對供暖效果監(jiān)測的基礎(chǔ)。溫度遠傳儀的硬件主要包括 STM32 主控制器模塊、GPRS 無線通信模塊、溫度和電量檢測模塊、USB 轉(zhuǎn)串口模塊、電源模塊、LCD 顯示模塊、RTC 時鐘模塊、EEPROM 模塊以及下載調(diào)試模塊等。

1.核心控制器設(shè)計。溫度遠傳儀的主控器模塊使用的MCU 是STM32L151C8T6，是推出的 STM32 系列處理器。該系列芯片產(chǎn)品成熟，性價比高，集成度高，專用于為了滿足能耗低、處理性能強、實時性好、價格低廉的嵌入式場合需求，且 STM32 系列處理器編程時可用其自帶的固件庫，有利于縮短開發(fā)周期以及后期的維護工作。

2.GPRS 無線模塊。SIM900A 是硬件部分的 GPRS 無線模塊的核心部分，它是一種雙頻的模塊，工作的頻段分別為：EGSW 900 MHz 和 DCS 1800 MHz，可自動搜索頻段，SIM900A 有豐富的硬件接口，具有鍵盤接口、SPI 顯示接口，主串口、調(diào)試串口、一路音頻接口以及多個可編程通用輸出輸入接口，能夠滿足應(yīng)用模式下的全部需求，且模塊封裝尺寸小，能夠達到近乎所有應(yīng)用場合中對空間和尺寸的需求。SIM900A 內(nèi)嵌有 TCP/IP 協(xié)議，在數(shù)據(jù)通信方面的應(yīng)用時使用其擴展的相應(yīng) AT 指令，能夠方便快速的使用。

3.電源模塊。由于系統(tǒng)下位機的溫度遠傳儀部分需要持續(xù)不間斷的工作在整個供暖期，單次工作的時間較長，且當(dāng)供暖期結(jié)束之后需要進行充電回收，基于這樣的較為特殊工作性質(zhì)，采用鋰電池進行設(shè)備的電源進行供電更為合適妥當(dāng)。因此，電源模塊分別兩個部分：鋰電池電源轉(zhuǎn) 3.0 V 電源電路，用于穩(wěn)定的電源輸出；鋰電池電源充電電路，用于補充鋰電池的電源電量。

（二）系統(tǒng)的軟件設(shè)計

遠程溫度檢測系統(tǒng)的下位機部分溫度遠傳儀的軟件部分是采用 ARM 公司推出的針對多種嵌入式控制器的最新軟件開發(fā)工具 MDK，即微控制器開發(fā)工具包，它是專門用于開發(fā)基于 ARM 內(nèi)核的微控制器，支持包括 ARM7、ARM9 等核處理器。軟件自身集成諸多的開發(fā)套件，易于完成項目的開發(fā)，等先前的開發(fā)軟件相比，性能得到大幅的提高。MDK 具有軟件仿真的功能，通過仿真，可以檢查程序錯誤，提高閃存的使用壽命，MDK 同時也具有支持程序下載和在線調(diào)試功能等。

1.串口命令子程序設(shè)計。在主程序的流程中檢測到串口已經(jīng)準備好，則進入到監(jiān)視串口命令子程序，串口命令子程序主要的功能是與下位機部分溫度遠傳儀配置與調(diào)試軟件進行串口通訊，達到對終端設(shè)備參數(shù)設(shè)定的目的。

2.短信報警子程序設(shè)計。短信報警子程序設(shè)定有高報溫度、低報溫度還有回差溫度。當(dāng)室溫溫度高于高報溫度時，產(chǎn)生高溫報警且發(fā)送報警短信；當(dāng)溫度低于高報溫度減去回差溫度時，高溫報警取消；當(dāng)室溫溫度低于低報溫度時，產(chǎn)生低溫報警且發(fā)送報警短信；當(dāng)溫度高于低報溫度加上回差溫度時，高溫報警取消。短信報警子程序的開始為了避免重復(fù)發(fā)送報警短信的情況，首先通過高報標志位檢測高報短信是否已經(jīng)發(fā)送，如果已經(jīng)發(fā)送，則檢測和比較室溫與高報溫度減去回差溫度的差值的大小，根據(jù)兩個數(shù)值的大小情況決定高報標志位是否置 0；高報短信沒發(fā)送，則檢測和比較室溫與高報溫度值的大小，根據(jù)兩個數(shù)值的大小情況決定是否發(fā)送短信和高報標志位是否置1。隨后進行低溫報警的檢測，流程與上述高溫報警的一致。

3.系統(tǒng)上位機設(shè)計。室溫遠程監(jiān)測網(wǎng)站的用戶管理模塊主要包括用戶登錄和用戶注冊的功能。登錄到室溫監(jiān)控網(wǎng)站主頁面，使用網(wǎng)站的監(jiān)控功能，是需要輸入正確的用戶名和密碼的，否則是無法進入的。這樣既可以保證網(wǎng)站和數(shù)據(jù)的安全性，又能保證整個系統(tǒng)的運行的性能和穩(wěn)定性。同 時，可以通過填寫相應(yīng)的注冊信息申請使用監(jiān)控網(wǎng)站的權(quán)限，經(jīng)過監(jiān)控網(wǎng)站的管理人員驗證核實后，將用戶數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)庫中，就能夠正式登錄，使用監(jiān)控網(wǎng)站功能。

對集中供熱效果不均勻的現(xiàn)象，設(shè)計與開發(fā)了基于 GPRS 無線通信技術(shù)的室溫監(jiān)測系統(tǒng)，旨在對熱力供暖的效果進行檢測，提高與保證了室溫監(jiān)測的實時性與可靠性，豐富了熱網(wǎng)調(diào)控設(shè)備范圍，室溫監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足實際應(yīng)用的功能需求。