物联网技术在太阳能热水器上的应用

渠荣华　卢炳奇　蒋建平

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司　山东青岛　266101

1　引言

随着科技的发展和人民生活水平的提高，互联网已成为生活中的一个重要组成部分，无论是家中的固定宽带还是手机信号中的移动流量，互联网的应用已无处不在。人民在享受网络带来的便捷生活的同时，也在积极研究如何利用它，物联网就是典型应用之一。物联网技术增近了“人与物”、“物与物”、“人与人”之间的交流，交互不再受空间、时间、距离的限制。物联网技术已被广泛地应用在各行各业，大大提升了原有产品的使用体验。

当前石油、煤炭等不可再生能源紧缺，太阳能作为可再生能源，以其干净、丰富且分布范围广而受到越来越多人的关注，太阳能热水器就是太阳能利用的典型形式之一。在国家强制使用节能型产品政策的推动下，太阳能热水器已经推广到千家万户。但是太阳能热水器产生的热水多少与天气和气候有关，为了保证热水充足，生产厂家一般会在太阳能热水器内加装电加热装置用以补充热水。电加热如何开启，关系到节能和热水使用的等待问题，是决定太阳能使用体验的重要因素。传统控制方式不能随时掌握当前温度，若想提前开启电加热只能选择好合适的控制模式，利用控制系统设置的功能自动启动，节能和热水使用不能很好的兼顾，因此用户报怨较大。将物联网技术应用在太阳能热水器上后，用户可随时随地掌握太阳能热水器的当前水温，并可随时控制电加热的开启和停止。

2　物联网技术

物联网英文名词是：“Internet of things”，它是指物与物通过传感设备和无线识别技术与互联网技术紧密地连接起来，实现智能化管理。其一，物联网的着力和基本点还是互联网，是在互联网基础上的拉伸和壮大；其二，用户端拉开和扩展到了任何物料与物料之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息；其三，利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人和物等联在一起，形成人与物、物与物相联，促成信息化、远程管理控制和智能化的网络。

物联网实现关键在于射频识别技术。射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术，它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。

3　太阳能热水器物联网系统组成

太阳能热水器物联网系统由控制板（含Wi-Fi模块）、云平台、控制APP、家庭路由器4部分组成，完整的控制系统图如图1所示。

3.1　控制板（含Wi-Fi模块）

控制板被认为是物联网的感知层，就是指系统信息的采集和传送。把所有物品通过一维/二维条码、射频识别（RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统等信息传感装置自动采集到与物品相关的信息，并传送到上位端，完成传输到互联网前的准备工作。太阳能热水器的控制板主要作用是采集水箱温度信号，执行云平台发出的操作指令。控制板执行操作指令时，发出执行结果信号由家庭路由器进入互联网，通过互联网传递给云平台。

3.2　控制APP

控制APP被认为是物联网的应用层，为用户提供丰富的服务，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，是物联网发展的目的。控制APP软件安装在用户移动终端，为用户提供方便、友好的交互界面。控制APP可以向用户展示太阳能热水器的运行状态、可以对热水器进行实时操控，还可以提供产品相关的论坛、网站的链接。控制APP可以通过手机移动数据实现与云平台间的数据交互。

3.3　云平台

云平台被认为是物联网的网络层，其处理方式通常被称为云计算。其最基本概念是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。

透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。云平台是控制板和控制APP之间的联络站。

3.4　家庭路由器

路由器的作用是连通不同的网络并选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益。对于物联网智能控制来说，家庭路由器是家电产品进入互联网的入口，谁能抢占路由器的主导地位，谁就掌握了家电产品进入互联网的话语权。所以各厂商对于路由器产品的竞争也非常激烈。

4　物联网在太阳能热水器上的发展与研究

物联网的作用是实现控制系统的远程控制、远程维护、自动报警和模糊记忆等功能。将物联网应用在太阳能热水器上的目的是使用户的使用更加方便，提高用户的生活质量，并提供全方位的信息交互功能，使太阳能热水器更加节能。下面就探讨几种常见的应用功能。

4.1　远程控制功能

正如引言中提到，太阳能热水器利用太阳能获得热水，但因为天气和季节的不同，往往得不到需要的热水，通常要启动太阳能热水器水箱内的辅助电加热来补充。电加热何时启动成了太阳能热水器功能设计的核心。利用物联网技术将控制器的功能复制到手机上，通过使用安装在手机上的太阳能热水器控制APP，用户可随时随地查看太阳能热水器的水温情况，并根据自身对热水的需求控制电加热的启停。这对于上班族和外出人员非常实用，他们可以在办公室或回家途中提前准备热水。

4.2　故障推送及自动服务

目前太阳能热水器维修流程一般是用户发现问题后，打电话反应问题，售后服务部门根据用户反应的情况安排维修师傅上门维修。很显然，这种管理方式最大的问题是服务滞后，影响用户正常使用，利用物联网可以解决这一问题。

当出现故障后，云平台一方面将故障信息发送到用户移动终端的APP上，另一方面根据MAC地址和产品编码之间的对应关系确认产品信息和用户信息，然后故障信息传到与云平台对接的售后系统，售后系统根据故障信息和用户信息自动派发维修工单，服务单位根据维修工单的要求联系用户并上门维修。这种售后服务管理的好处是可以自动感知故障问题，避免人工干预带来的错误判断；先于用户发现问题，减少服务周期。

4.3　数据统计

为了更深入地呈现物联网带来的优点和对太阳能热水器的系统研究，部分太阳能热水器厂商在控制APP上和云平台上设计了数据统计功能。实时统计每一台热水器的水箱温度、电加热启动时间、用电量等运行参数。通过这些数据的动态展示，更好地指导用户合理应用太阳能热水器。对于太阳能厂商来说，这些统计数据是他们的宝贵资源，通过分析这些数据可以了解不同区域的热水器性能、用户使用习惯等，为太阳能热水器的性能研究提供数据支持。这些信息也是未来产品规划和开发的重要参考依据。

4.4　根据天气自动电加热

物联网控制系统可实现根据当地天气情况自动启动电加热功能。利用GPS卫星定位系统将各太阳能热水器进行定位，云平台根据太阳能热水器定位位置调用当地的天气预报信息，并根据每天的天气情况和节能原则，自动计算出用户所需的热水量及如何开启电加热。做到不需人为判断和操控，自动感知太阳能热水器的相关信息，并合理启动电加热，实现太阳能热水器的无人值守。

5　结论

信息社会的飞速发展促进了人类社会的迅速变革，物联网科技改变了太阳能热水器传统的控制方式，全新的物联网技术影响着整个太阳能热水器控制行业。物联网技术的应用，提高了太阳能热水器与人类之间的沟通能力和使用体验。但是，物联网做为一个新兴的技术还有待成熟，需要完善和研究的问题还很多，比如：灵活控制问题、设备的复杂性带来的易用性问题、安全可靠和可维护性问题、设备的配置和其配件带来的成本等物联网技术自身问题；包括热水器在内的家用电器统一控制问题、各品牌产品间互联和扩展性问题、控制APP的改善和提升问题、云平台管理和计算等物联网应用问题。这些问题推动着物联网朝着更加智能化、使用安全化、业务融合化、终端集约化的方向发展，使应用了物联网技术的太阳能热水器的使用更加便捷，功能更加合理，节能效果也更上一层楼。