PDF《智能暖气控制系统设计与实现》

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chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 北京科技大学? 韦晓辉? 王晨阳? 石中锁 摘要:传统暖气无法对家中温度进行控制,温度过高能源浪费温度过低 居住不舒适.采用智能暖气控制系统,让暖气流量可控,在满足人们日 常需求的同时尽量减少资源的使用,节约能源. 文章编号:140706 智能暖气控制系统设计与实现 Design and implementation of the system of intelligent heating control

1 引言 暖气供暖仍是冬天北方供暖的主要方式.目 前一些小区主要的住户以年轻的三口或两口之家 为主,白天父母上班孩子上学,家中无人.这时 的室内供暖温度与有人在家时没有区别.传统暖 气无法对家中温度进行控制,温度过高能源浪费 温度过低居住不舒适.此外现有的暖气控制器只 是提供了温度控制,想要节能只能调低温度.尤 其是在燃煤、天然气被用来供暖的不可再生能源 越来越紧缺的今天,我们希望能够在满足人们日 常需求的同时尽量减少资源的使用.因此我们提 出一个设计理念让暖气像空调一样,做到温度可 调,包含定时系统.同时结合智能家居的设计理 念加入远程控制模块,在家中无人时可以采用低 温供暖,家中回来人前采用正常供暖.采用每天 近三分之一的时间采用低温供暖模式可以节省大 量燃煤和天然气. 现在市场上出现了一些室内暖气温度控制 器,使用温度传感器测量室内温度,通过单片机 调节控制电磁阀的通断实现对温度的控制.本系 统采用步进电机代替了电磁阀控制暖气水大小;

步进电机上电后能够自锁,可以承受暖气管内很 大的压力.采用步进电机控制阀门,从而精确控 制管道内热水的流量,实现调温.本系统加入了 手机电脑等智能终端的控制,可依据回家时间随 时随地调整工作模式切换的时间,既保证了晚归 时最大限度的节约能源,又保证了早归时有一个 舒适的环境. 控制器可定制包括不同供暖模式时的温度, 不同模式的工作时间.现在物联网技术的发展, 使智能家居有了更灵活的控制方式,通过手机互 联网远程修改各参数,如提前回家或晚回家时可 以随时随地的更改模式切换的时间.这样实现了 远程控制,可随时更改设定为度和模式. 使用温度传感器测量室内温度,用模糊控制 算法调节步进电机角度实现对阀门开启大小的控 制,GPRS模块用于用户与控制器的通信.智能暖 气控制系统工作流程如图1所示.

2 整体电路设计 整体电路设计元器件包括:STM32F103CB最 小系统MCU,电源,I2C通信E2PROM,CAN总线,蜂鸣器,温度测量,AD转换,按键,扩展口 等.整体电路图如图2所示. 单片机主板的IO口和PWM口作为电机驱动板 的方向控制接口和转动距离控制接口,通过单片 机输出的PWM频率控制电机的转速.

3 步进电机控制系统设计 步进电机作为执行元件和普通电动机不同之 处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执 行机构,它同时完成两个工作:一是传递转矩, 二是控制转角位置或速度.步进电机必须有驱动 器和控制器才能正常工作.驱动器的作用是对控 制脉冲进行环形分配、功率放大,使步进电机绕 组按一定顺序通电,控制电机转动.如图3所示.

4 GPRS模块选定 选择ATK-SIM900A GSM/GPRS模块,ATK- SIM900A模块板载SIMCOM公司的工业级双频 GSM/GPRS模块:SIM900A,工作频段双频: 900/1800Mhz,可以低功耗实现语音、SMS(短信,不支持彩信)、数据和传真信息的传输.模 块功能如表1所示.

5 手机客户端软件设计 手机客户端软件可以采用已有的乐联网物联 网软件,实现系统的智能控制.乐联网(http:// open.lewei50.com),通过开放的API,可以轻 松的将各类传感器、测量设备或工业仪器仪表接 入该平台,并可以通过开发应用来监管和控制它 们.乐联网的平台提供传感器云服务,无需繁琐 的编程,便可以将自己的各类测量或控制设备实 现网络功能,快速开启物联网应用.乐联网的主 要功能有个人门户功能,数据存储和分析(结合 行业专家可延展为专家系统),工业仪表无缝接 入和手机App功能. 物联网架构分为三层,即"云端服务器->设备->传感器&控制器"的架构. "传感器&控制器" 是指可以采集、测量数据或者可以被控制的设备 或仪器;

"设备"的作用是将设备的采集数据发送 图1 智能暖气控制系统工作流程图 图2 整体电路图 表1 GPRS模块功能图 图3 步进电机控制系统图 图5 乐联网物联网架构图 下转第94页