白文樂　胡越　肖宇　梁東升

摘 要：為了實(shí)時檢測空氣源熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息，文中設(shè)計(jì)了一種能對空氣源熱泵的工作狀態(tài)信息進(jìn)行檢測、處理與控制的系統(tǒng)。本系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托安卓平臺，可通過GSM通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對空氣源熱泵系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(guān)鍵詞：空氣源熱泵；檢測系統(tǒng)；安卓平臺；物聯(lián)網(wǎng)

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

0 引 言

空氣源熱泵產(chǎn)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(diǎn)，廣受國內(nèi)市場歡迎[1]。但由于其工業(yè)設(shè)計(jì)限制，空氣源熱泵產(chǎn)品往往體積較為笨重[2]，用戶需要在產(chǎn)品控制面板前進(jìn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對空氣源熱泵系統(tǒng)的控制，也無法實(shí)時檢測空氣源熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息[3]。不能遠(yuǎn)程控制空氣源熱泵系統(tǒng)的問題很難讓用戶體驗(yàn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控是當(dāng)前值得研究的問題。

充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)簡易便捷的技術(shù)特點(diǎn)，本文依托安卓平臺的開源優(yōu)勢，設(shè)計(jì)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(jìn)行少量改進(jìn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合安卓平臺的便攜優(yōu)勢，通過無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對空氣源熱泵系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，用戶可以用手機(jī)便捷地遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，讓用戶在有GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，都能夠通過安卓平臺實(shí)時在線查詢，了解和控制空氣源熱泵系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息[5]。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)整個系統(tǒng)工作時，通過空氣源熱泵的相關(guān)傳感器，主控制器收集其運(yùn)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(jìn)行相關(guān)的管理操作，進(jìn)而對空氣源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的管理，實(shí)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(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到安卓平臺，以供用戶查詢；用戶對安卓平臺操作遠(yuǎn)程發(fā)送指令，通過GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)到達(dá)控制目標(biāo)，經(jīng)過空氣源熱泵的檢測執(zhí)行控制單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)用戶的控制管理目的[6]。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為用戶室內(nèi)操作管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程安卓平臺管理系統(tǒng)兩部分。用戶室內(nèi)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(guān)器件。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

終端檢測執(zhí)行控制單元的硬件結(jié)構(gòu)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(jī)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(gòu)成，用來檢測本系統(tǒng)在運(yùn)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(yīng)的控制驅(qū)動電路、繼電器開關(guān)和相應(yīng)的電機(jī)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(jié)構(gòu)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(jià)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(qiáng)，能夠滿足系統(tǒng)實(shí)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(dú)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(shè)計(jì)中起到數(shù)據(jù)傳輸作用的GSM通訊模塊，是本系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。在本文設(shè)計(jì)中選用了西門子TC35系列模塊[10]。TC35相較于其他同類產(chǎn)品而言性價(jià)比高，且支持雙頻和標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，符合本設(shè)計(jì)需要。

3 軟件設(shè)計(jì)

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(jìn)行編碼設(shè)計(jì)的。當(dāng)系統(tǒng)正常外加電源后，與系統(tǒng)相關(guān)的外設(shè)首先進(jìn)行初始化，讀取存儲芯片內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容執(zhí)行相關(guān)功能。由于STM32提供了中斷功能，可以實(shí)現(xiàn)定時開（關(guān)）。TC35與處理器通過串口完成通信，并在串口中斷服務(wù)函數(shù)中完成對來自安卓平臺指令內(nèi)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(jìn)行相應(yīng)的管理控制。信息控制管理單元的軟件設(shè)計(jì)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(guān)的閉合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的操作控制。當(dāng)用戶遠(yuǎn)程控制開關(guān)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(dāng)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(jìn)行處理并將信息存儲在相關(guān)內(nèi)存中，用戶可以通過相應(yīng)客戶端在線實(shí)時查閱信息，同時還可以通過安卓平臺遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的開關(guān)[12]。

4 調(diào)試與測試結(jié)果

本系統(tǒng)通過采用功能模塊化、系統(tǒng)整體化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在結(jié)合前人工作的基礎(chǔ)上，經(jīng)過功能設(shè)計(jì)、軟件仿真、組裝調(diào)試和系統(tǒng)測試等流程后，基本實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初所要實(shí)現(xiàn)的功能。進(jìn)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(guān)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(dá)相關(guān)的控制指令，整個系統(tǒng)依照相關(guān)指令完成對應(yīng)的功能。此外，用戶不用經(jīng)過安卓平臺，僅通過操作面板就可以直接控制系統(tǒng)[13]。經(jīng)測試，本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的環(huán)境下可正常運(yùn)行。調(diào)試結(jié)果如圖7所示。endprint