摘要：傳統(tǒng)暖氣無法對家中溫度進(jìn)行控制，溫度過高能源浪費溫度過低居住不舒適。采用智能暖氣控制系統(tǒng)，讓暖氣流量可控，在滿足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮耐瑫r盡量減少資源的使用，節(jié)約能源。

暖氣供暖仍是冬天北方供暖的主要方式。目前一些小區(qū)主要的住戶以年輕的三口或兩口之家為主，白天父母上班孩子上學(xué)，家中無人。這時的室內(nèi)供暖溫度與有人在家時沒有區(qū)別。傳統(tǒng)暖氣無法對家中溫度進(jìn)行控制，溫度過高能源浪費溫度過低居住不舒適。此外現(xiàn)有的暖氣控制器只是提供了溫度控制，想要節(jié)能只能調(diào)低溫度。尤其是在燃煤、天然氣被用來供暖的不可再生能源越來越緊缺的今天，我們希望能夠在滿足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮耐瑫r盡量減少資源的使用。因此我們提出一個設(shè)計理念讓暖氣像空調(diào)一樣，做到溫度可調(diào)，包含定時系統(tǒng)。同時結(jié)合智能家居的設(shè)計理念加入遠(yuǎn)程控制模塊，在家中無人時可以采用低溫供暖，家中回來人前采用正常供暖。采用每天近三分之一的時間采用低溫供暖模式可以節(jié)省大量燃煤和天然氣。

現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了一些室內(nèi)暖氣溫度控制器，使用溫度傳感器測量室內(nèi)溫度，通過單片機(jī)調(diào)節(jié)控制電磁閥的通斷實現(xiàn)對溫度的控制。本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)代替了電磁閥控制暖氣水大小；步進(jìn)電機(jī)上電后能夠自鎖，可以承受暖氣管內(nèi)很大的壓力。采用步進(jìn)電機(jī)控制閥門，從而精確控制管道內(nèi)熱水的流量，實現(xiàn)調(diào)溫。本系統(tǒng)加入了手機(jī)電腦等智能終端的控制，可依據(jù)回家時間隨時隨地調(diào)整工作模式切換的時間，既保證了晚歸時最大限度的節(jié)約能源，又保證了早歸時有一個舒適的環(huán)境。

控制器可定制包括不同供暖模式時的溫度，不同模式的工作時間。現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使智能家居有了更靈活的控制方式，通過手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程修改各參數(shù)，如提前回家或晚回家時可以隨時隨地的更改模式切換的時間。這樣實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，可隨時更改設(shè)定為度和模式。

使用溫度傳感器測量室內(nèi)溫度，用模糊控制算法調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)角度實現(xiàn)對閥門開啟大小的控制，GPRS模塊用于用戶與控制器的通信。智能暖氣控制系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1智能暖氣控制系統(tǒng)工作流程圖

1.整體電路設(shè)計

整體電路設(shè)計元器件包括：STM32F103CB最小系統(tǒng)MCU，電源，I2C通信E2PROM，CAN總線，蜂鳴器，溫度測量，AD轉(zhuǎn)換，按鍵，擴(kuò)展口等。整體電路圖如圖2所示。

圖2整體電路圖

單片機(jī)主板的IO口和PWM口作為電機(jī)驅(qū)動板的方向控制接口和轉(zhuǎn)動距離控制接口，通過單片機(jī)輸出的PWM頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件和普通電動機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它同時完成兩個工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。

圖3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)圖

3.GPRS模塊選定

選擇ATK-SIM900AGSM/GPRS模塊，ATK-SIM900A模塊板載SIMCOM公司的工業(yè)級雙頻GSM/GPRS模塊：SIM900A，工作頻段雙頻：900/1800Mhz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS（短信，不支持彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。模塊功能如圖4所示。

圖4GPRS模塊功能圖

4.手機(jī)客戶端軟件設(shè)計

手機(jī)客戶端軟件可以采用已有的樂聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。樂聯(lián)網(wǎng)（http://open.lewei50.com），通過開放的API，可以輕松的將各類傳感器、測量設(shè)備或工業(yè)儀器儀表接入該平臺，并可以通過開發(fā)應(yīng)用來監(jiān)管和控制它們。樂聯(lián)網(wǎng)的平臺提供傳感器云服務(wù)，無需繁瑣的編程，便可以將自己的各類測量或控制設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，快速開啟物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。樂聯(lián)網(wǎng)的主要功能有個人門戶功能，數(shù)據(jù)存儲和分析（結(jié)合行業(yè)專家可延展為專家系統(tǒng)），工業(yè)儀表無縫接入和手機(jī)App功能。

物聯(lián)網(wÇŽng)架構(gòu)分為三層，即“云端服務(wù)器->設(shè)å‚™->傳感器&控制器”的架構(gòu)。“傳感器&控制器”是指可以采集、測量數(shù)æ“š(jù)或者可以被控制的設(shè)備或儀器；“設(shè)å‚™”的作用是將設(shè)備的采集數(shù)æ“š(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器上或者將控制數(shù)æ“š(jù)返回給設(shè)備，“設(shè)å‚™”前端能夠與測量設(shè)備進(jìn)行通信（例如RS232接口，RS485接口），后端需要具備網(wÇŽng)絡(luò)功能（例如GPRS，WI-FI和以太網(wÇŽng)功能）；而“云端服務(wù)器”上部署了數(shù)æ“š(jù)存儲、分析等的數(shù)æ“š(jù)庫，最后用戶通過客戶端（電腦、手機(jÄ«)）等可以以瀏覽器的形式訪問數(shù)æ“š(jù)庫，就可以實現(xiàn)豐富多樣的基于數(shù)æ“š(jù)的應(yÄ«ng)用。

以一個實例來說明，如圖5所示，例如我們要采集分別在北京和上海的兩處大棚的棚內(nèi)溫濕度數(shù)æ“š(jù)并存儲到服務(wù)器上供農(nóng)業(yè)專家進(jìn)行查詢和分析從而對種植提出指導(dÇŽo)，那么我們首先在兩地大棚內(nèi)需要安裝測量“傳感器”，然后將“傳感器”連接到網(wÇŽng)絡(luò)轉(zhuÇŽn)接模塊上，即“設(shè)å‚™”，該“設(shè)å‚™”會將采集上來的數(shù)æ“š(jù)轉(zhuÇŽn)發(fā)到公網(wÇŽng)服務(wù)器，即“云端服務(wù)器”上進(jìn)行存儲。這樣最終用戶就可以打開網(wÇŽng)頁查詢和分析各項數(shù)æ“š(jù)了。

圖5樂聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

智能暖器控制系統(tǒng)，可依據(jù)設(shè)定溫度自動調(diào)暖氣節(jié)閥門大小，實現(xiàn)室內(nèi)的溫度可控；雙管同程并聯(lián)保證各住戶間暖氣水供應(yīng)相互獨立且系統(tǒng)均衡；無人時啟動低溫模式節(jié)省煤炭、天然氣能源；可通過手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制參數(shù)。