基于SMS短信的远程燃气壁挂炉温度控制器设计

朱晓阳　焦景丽　张明柱

摘要：燃气壁挂炉是一种分户供暖式的供暖家居设备，可以满足多居室供暖需求。随着智能家居时代的到来，将壁挂炉进行智能化管理，实现远程温度控制成为一种趋势。鉴此，文章阐述了远程温度控制流程，提出了以STM32F107为主控芯片，基于SMS短信的远程控制方法，保证了对壁挂炉的远程控制和溫度的实时监测。该设计具有远程操控、可靠性高、成本低、占用空间小等优点，为家庭物联网提供一种解决方案。

关键词：燃气壁挂炉；智能家居；温度控制；SMS短信；远程控制

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）22-0238-03

1概述

随着人们生活品质的不断提高和远程控制设备的飞速发展，越来越多的家庭安装了燃气壁挂炉，它以天然气、液化气等燃气作为燃料，利用采暖系统中的循环水在途经热交换器时，经过往复加热，不断将热量输出给建筑物的方式，为室内提供供暖服务。传统的壁挂炉控制器只具有显示跟控制部分，只能通过按键或其他交互设备进行温度调节，无法进行远程操控，因此给人们的生活带来了一些不便。SMS短信即Shoa Messaging Service，它是一种通过移动通信系统的信令信道和信令网，传输文字或数字短信息的业务。SMS短信有传输速度快、费用相对较低、稳定性强、不易受干扰、接收及发送信息灵敏、耗电量低等优点，具有广阔的应用前景，用户通过短信的收发完成对家用设备的监控和智能控制。

2系统控制流程

远程壁挂炉系统温度控制流程图如图1所示。在待机状态下，控制器不断检测是否有控制命令输入。当接收到短信模块的供暖指令后，立即向短信发送者发一条确认指令，然后开始工作。首先系统进行自检，确认各传感器及模块工作正常后，循环水泵启动，否则会进行短信报警。检测到管道内有水流时，开始脉冲点火。若此时未检测到水流，则立即短信报警，进入待机模式。点火后，打开比例阀，燃气点燃后，控制器检测是否有火焰信号，如有，控制器使电磁阀保持开启，燃烧系统进行大火燃烧，达到供暖目的。若点火三次不成功时，停止点火并短信报警。当供暖温度高于供暖设定温度5度以上时，控制器关闭比例阀，燃烧系统停止燃烧，此时循环水泵继续运转，热水温度逐渐下降。当供暖温度探测器所感应温度低于供暖设定温度5度以上时，控制器控制点火器打火，开启比例阀，开始重新加热，使温度达到设定温度。当温度又高于设定值的上限时，控制器关闭比例阀，燃烧系统停止燃烧。室内温度如此反复上升→下降→上升，始终保持在控制器设定的温度范围内。

3硬件设计

本文所设计的燃气炉温度控制系统主要由GSM通信模块、微处理器模块、传感器模块和SSR控制器、电源等5部分组成。微处理器是系统的中心硬件，与各个硬件模块相连，负责传感器数据的收集和处理。详细的系统的基本结构图如图2所示。

3.1GSM通信模块

短信通信模块采用SIM900A模块，SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作频段为：EGSM 900MHZ和DCS1800MHZ。采用省电技术设计，在SLEEP模式下最低耗流只有lmA。它内嵌了TCP3P协议，扩展的TCP/IP命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。该模块的尺寸较小，既可以满足产品对空间尺寸的要求，又能满足对产品的通信需求。

3.2微处理器模块

在本系统的设计中，采用STM32F107作为控制器的主控芯片。它是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，内核采用ARM公司最新生产的Codex-M3架构，最高工作频率72MHz、256K的程序存储空间，并且拥有丰富的片内资源，包括48K的RAM、8个定时器/计数器、2个看门狗和1个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个12C、3个SPI、5个USART、两个和一个SDIO，并有3个ADC和一个DAC等。微处理器模块满足本设计的指令处理与通信需求。

3.3传感器模块

传感器模块包括水流传感器、温度传感器等。水流传感器利用霍尔水流量感应器，供电后，有水流通过水流转子组件时，磁性转子也随着转动，且转速随着流量变化而变化，霍尔元件输出相应脉冲信号，反馈给控制器，由控制器通过读取脉冲数来判断水流量大小。温度传感器利用了K型热电偶，热电偶电路图如图3所示，配合MAX6675芯片，可以读取水箱内的温度，能够读取较大的温度范围，最大可达1000度以上。因此，也用来探测火焰温度，控制比例阀的开闭。

3.4SSR控制器

SSR即固态继电器，SSR控制器是通过继电器驱动电路控制水泵及比例阀的电源开关。该控制电路相对比较简单，主要利用继电器来实现。水泵是通过三相电供电，工作电压高，电路电流较大，单独的中间继电器额定的通过电流较小，需要外加中间继电器和交流接触器。通过继电器控制中间继电器，然后再利用中间继电器来接通或断开交流接触器，从而实现水泵的工作控制。比例阀的工作电流较小，无需交流接触器，只要通过继电器控制中间继电器来控制比例阀即可，继电器控制框图如图4所示。

3.5电源模块

设计中的电路电压有两路，一种是3.3V芯片供电，一种是5V的继电器供电，电源芯片采用了开关型电源芯片LM2596，LM2596是降压型电源管理单片集成电路，能够输出高达3A的驱动电流，具有很好的线性和负载调节特性。图5是输入24V直流后，经过LM2596输出5V电压的电路。

4软件设计

控制系统以STM32F107为核心构成闭环控制系统，根据壁挂炉测量值与给定值的偏差信号及预定的控制策略进行运算，之后输出控制信号给继电器控制器，通过控制燃烧时间实现对壁挂炉的温度控制。软件设计主要包括：系统初始化、温度读取子程序、报警子程序、显示模块子程序、按键扫描子程序、控制算法子程序和短信交互子程序。软件结构设计如图6所示：

本设计采用串行异步通讯接口的连接方式来接收手机发来的短信或者发送短信到手机，SIM900A模块支持AT指令操作，读取、发送和删除短信均采用AT指令。通过串行接口向模块发送AT指令，完成对SIM900A模块的初始化和基于GSM业务的数据收发功能。设置接收、发送的波特率为9600bit/s，设定短信格式为Text模式，使用printf（）函数发送命令，使用scanf0函数进行数据接收。STM32接收到手机发来的短消息，判定短消息的内容后，对指令进行相应的操作。控制器接收指令如表1所示。

当温度控制器接收到手机终端发送的指令后，控制器会解析指令的含义，执行立刻回复或有条件回复等指令，回复指令如表2所示。

5结论

本文对基于STM32的SMS短信远程温度控制器的软、硬件设计进行了详细的介绍。经过测试，本设计可以接收短信，并根据指令内容进行相应的操作；实现了手机随时查询、设置温度、关闭系统等功能。通过远程发送短信来操控制壁挂炉系统的启停、改变设定温度等操作，可以及时了解壁挂炉的运行情况，发现设备故障，能及时发现，然后进行相应的设备更换，增大了安全系数，避免了不必要的损失，实现了按需控制。通过远程控制，可以使采暧更及时舒适，降低采暖成本，更节能环保。此外，该系统的设计方法，可以扩展应用到其他类似设备中，如远程控制系统、温度控制系统等。