探究供暖閥門的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、    探究供暖閥門的優(yōu)化設(shè)計(jì)    解野【摘要】針對(duì)東北地區(qū)冬季供熱冷熱不均、相關(guān)負(fù)責(zé)部門無法根據(jù)溫度開關(guān)閥門等特點(diǎn)，采用了供暖閥門遠(yuǎn)程控制方式，設(shè)計(jì)了一種供暖閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度變化，并通過無線通信技術(shù)控制用戶家中的閥門。系統(tǒng)在工作中，不但可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將溫度數(shù)據(jù)傳送到至云端平臺(tái)，方便供熱管理部門監(jiān)控用戶家中供暖期溫度數(shù)據(jù)，而且平臺(tái)也可以向多個(gè)用戶家中的控制器發(fā)送一個(gè)溫度閾值，使控制器可以自動(dòng)地根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)供熱閥門的開度，保持室溫恒定;同時(shí)，管理平臺(tái)也可以對(duì)于未繳費(fèi)用戶強(qiáng)制關(guān)閉閥門，從而在一定程度上降低能源的消耗

2、，減少污染的排放，方便管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在用戶和控制臺(tái)之間的雙向傳輸。該系統(tǒng)已在東北地區(qū)試用。結(jié)果表明，用戶家中溫度可以較好地穩(wěn)定在閾值附近，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行可靠，在遠(yuǎn)程電子閥的發(fā)展中起到了有力的推動(dòng)作用?！娟P(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 節(jié)能減排 傳感器 遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o線通信 無線閥門供暖一直是導(dǎo)致空氣污染的一個(gè)重要因素。尤其是在東北地區(qū)的冬季，由于氣候寒冷，所以需要大量焚燒煤炭進(jìn)行供暖。由于供暖公司的設(shè)備不一，工作人員技術(shù)能力參差不齊，使得煤炭不充分燃燒，導(dǎo)致了有害氣體及煙塵排放到空氣中，造成空氣污染。除此之外，由于新建樓房與老舊樓房在供暖系統(tǒng)中存在著較大差異，所以在一些地區(qū)的

3、冬天便存在著“新樓開窗放，老樓凍哆嗦”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因不僅僅設(shè)備不相同，還是供熱公司無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制用戶家中的溫度、新樓老樓一套的供暖方案，導(dǎo)致了新樓家中由于溫度過高而造成能源浪費(fèi)，進(jìn)而造成環(huán)境污染。市場(chǎng)上目前已有的供暖閥門控制方式主要有以下兩種。利用單片機(jī)配合sim卡模塊作為整體供暖閥門的控制端，用戶可以用手機(jī)發(fā)送短消息的方式來獲取用戶家中的環(huán)境溫度，從而根據(jù)當(dāng)前的溫度，以手機(jī)短消息的方式控制家中的電子閥門?？刂七h(yuǎn)程閥門的方式大都是通過線纜連接上位機(jī)與閥門，多數(shù)采用can總線、rs-485總線等方式連接小區(qū)中的各個(gè)用戶，進(jìn)而控制多用戶家中的供暖閥門。以上兩種方式都存在一定的弊端，

4、如果采用短消息方式，那么需要在各個(gè)用戶家中安放sim卡模塊，通信次數(shù)增多也會(huì)不斷導(dǎo)致費(fèi)用的提高，使總控制臺(tái)控制的復(fù)雜度較高;采用線纜控制電子閥門，由于小區(qū)中每家每戶的距離不同，布線時(shí)的難度也隨之提高，出現(xiàn)故障也較難排查發(fā)現(xiàn)。為解決以上問題，本文設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程閥門控制系統(tǒng)。一、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程閥門控制系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成。第一部分是閥門控制端，主要功能是通過無線通信方式來控制用戶家中的電子閥門;第二部分是嵌入式控制器，主要功能是接收物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送的指令、發(fā)送當(dāng)前本地采集的溫濕度信息;第三部分是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在本次設(shè)計(jì)中采用了javaweb技術(shù)，可以在平臺(tái)中接收和發(fā)送控制器端發(fā)送來

5、的數(shù)據(jù)，在平臺(tái)中進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，對(duì)用戶家中電子閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。二、軟件硬件設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)硬件主要包括兩個(gè)部分。第一部分是負(fù)責(zé)與互聯(lián)網(wǎng)收發(fā)數(shù)據(jù)以及控制電子閥門的主控制端，第二部分是電子閥門的被控制端。主控制端采用主控制單元+esp8266 wi fi模塊+傳感器+nrf24l01無線射頻通信的方案。主控制器mcu通過無線wi fi網(wǎng)絡(luò)向總控制臺(tái)發(fā)送不同節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，總控制臺(tái)接收到數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷，同樣經(jīng)過wi fi網(wǎng)絡(luò)到esp8266wi fi模塊再到主控制器的主控制單元，經(jīng)過主控制單元將數(shù)據(jù)分析處理后，控制當(dāng)前用戶所指定電子閥門的開關(guān)狀態(tài)。（二）主控電路硬件設(shè)計(jì)主控制器采用a

6、tmega328p au處理芯片，芯片集成了spi、12c、usart等多種通信方式，方便與esp8266無線wifi單元和nrf24l0無線射頻單元配合執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)可擴(kuò)展豐富的接口，方便與外圍傳感器的結(jié)合。芯片閃存容量可達(dá)32 kb，先進(jìn)的精簡指令集計(jì)算機(jī)（reduced instruction set computer，risc）體系結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部程序運(yùn)行時(shí)可以與外圍電路更流暢、更無縫地銜接。（三）電子閥門端硬件設(shè)計(jì)在進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式時(shí)，考慮到信息傳輸?shù)木嚯x、外界環(huán)境的干擾，以及整體功耗和成本的因素，通過nrf24l01無線射頻方案進(jìn)行傳輸是較為合適的選擇。nrf24l01無線

7、射頻單元工作在2.42.5ghz之間，可進(jìn)行同時(shí)收發(fā)的操作，工作電流11.3ma，工作溫度40+80，傳輸距離可以達(dá)到100m，能滿足多用戶電子閥門的控制指令的傳輸操作。（四）無線網(wǎng)絡(luò)通信端硬件設(shè)計(jì)目前，憑借穩(wěn)定、可二次開發(fā)和價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，esp8266無線網(wǎng)絡(luò)模塊應(yīng)用在很多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。與主控芯片控制器采用串口的通信方式，供電電壓3.3v，可作為服務(wù)器或客戶端。通過設(shè)置好的密碼，系統(tǒng)可自動(dòng)連接覆蓋在小區(qū)內(nèi)的wi fi網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)與主控制臺(tái)的雙向通信。（五）溫度采集硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用單總線通信方案。一方面，涉及到的引腳較少，僅需要三個(gè)引腳;另一方面，這款傳感器價(jià)格低廉，比較適合量產(chǎn)開發(fā)。三

8、、部分軟件設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)主要包括主控制器的軟件編程設(shè)計(jì)。主控制器采集用戶家中的環(huán)境信息后，通過wifi網(wǎng)絡(luò)傳送到總控制臺(tái);由主控制臺(tái)通過wifi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶端控制器的過程中，控制器將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并通過串口發(fā)送給控制器后，由控制器與電子閥門端進(jìn)行指令的發(fā)送控制。四、整體系統(tǒng)調(diào)試整體系統(tǒng)調(diào)試主要分為兩個(gè)部分。第一部分是控制器與控制臺(tái)的通信，第二部分是主控制器與電子閥門端的通信。五、結(jié)束語本文設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的閥門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)是設(shè)計(jì)了從主控制臺(tái)到分用戶主控制器再到電子閥門端一體化的流程，既有利于在這三端進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，又有利于相關(guān)部門對(duì)不同用戶進(jìn)行特定化的方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在保證硬件成本的前提下，達(dá)到了節(jié)約