基于智能移动终端的热泵热水集中供应远程控制系统设计

李光明，黄莲花，林土淦，张浩雨

（1.广西师范学院，广西 南宁 530299；2.广西交通职业技术学院，广西 南宁530000）

热泵热水集中供应系统，具有高能效比、低能耗、环保节能的特点和优势，逐渐被广泛应用，尤其是在公共热水供应系统中大量使用，但同时这种制热系统也有着制热慢、机组运行时间长的特点，且机组多安装放置于楼宇顶层和较偏僻的地方[1]。部分用户如学校的学生宿舍楼，具有栋数多、机组多，分布分散的特点，传统的日常维护需要的人力、物力较大，维护比较困难，故障出现时，不容易及时发现，处置滞后，导致广大用户较长时间无法获得热水供应，影响面广，负面效应大，严重制约热泵热水集中供应系统的推广应用。目前随着GPRS无线数据网络技术和智能手机及其软件系统的日益普及和成熟，将二者应用于热水集中供应机组的无线远程实时监控和主动预警，将可以很好地解决这些难题[2]。目前远程控制技术在应用层面已经比较成熟，在多种场合都得到了应用，但用在热泵控制系统的情况尚不成熟，故对此进行研究。

本文的目的就是设计一种控制系统，可借助于智能手机终端对热泵系统进行远程监测与控制，克服传统热泵系统的不足。

1 远程控制系统的总体设计方案

远程控制系统的总体设计方案如图1所示，图中系统由3个主要部分组成，分别为：安卓智能手机、智能电控箱和监测控制部分。安卓手机用来对热泵系统进行监测和控制；智能电控箱主要负责对监测控制部分监测到的信号进行处理，比如：水位、水温高低的调节，压力大小的调整等；监测控制部分主要是通过温度、水位传感器和压力传感器监测系统的运行状态，将监测结果传给智能电控箱处理。

图1 远程控制系统总体设计方案

安卓手机对热泵系统进行控制的过程为：由安卓智能手机操作系统的控制软件对水温或水位进行参数设置，然后由手机发送设置查询令的数据，通过GPRS无线网络，经由网络服务器将该指令经过网络发送到电控箱的GPRS模块，由该模块将该指令的数据包发送给单片机的控制模块，经过单片机控制模块序对该指令数据包进行解释和编译，还原出指令意图，并发送信号令至驱动电器，形成对各继电器的驱动电压，驱动各相应继电器进行开关动作，从而控制相对应的机组设置、运行，如加热和加水等。

当机组运行至相对应的指令参数时，如水位、水温，这时机组上的水位传感器和水温传感器会实时将所采集的数据信号传回单片机自动控制模块该模块中的程序对这些数控进行实时扫描，并进行运算和对照，当各传感器信号中的数据与设定数据相符合时，可发出指令控制相应的继电器进行断开动作，停止加热或加水，等待下一个指令的动作。

如果系统发出的是数据查询指令，则在自动控制模块完成设置指令，或无设置指令时，对各传感器信号进行扫描采集相应的数据，并通过控制箱的GPRS模块发送数据包至有固定IP的网络服务器，再由服务器将数据经由无线网络发送回预先绑定或指定的手机号码。对应的智能手机系统软件进行解析并显示手机的软件系统界面，通过这样的设置和查询功能够建立良好的人机互功能，扩大了维护人员的活动范围和时间。

预警报警功能的实现主要通过自动控制模块中的软件对各监控点传感器信号进行扫描和对照，当监控点的数据变化超出预警值时，通过程序比对结果发出指令，并通过电控箱的GSM模块发送预置警报内容的短信或拨打指定号码，以示提醒该号码的手机执有人。

2 远程控制系统的硬件设计

系统由如下几个部分构成：

（1）由单片机编程控制的有GPRS和GSM无线网络通信模块和各型号继电器组成的智能化电控箱；（2）有固定IP的网络服务器；（3）热泵机组及压缩机压力传感器；（4）水箱及水温和水位传感器。

2.1 单片机主控制模块

控制系统采用AT89C51单片机作为控制器，其原理如图2所示。单片机接收温度传感器，水位传感器等采集到的温度信号、水位信号，以及用户发送的控制信号，并对接收到的信号进行运算、处理，将控制信号传递到各个驱动模块，进而控制供水泵运行；将运行状态显示在显示屏或远程终端上。

图2 单片机系统原理图

2.2 水位及温度控制模块

热泵系统工作过程中，需要实时监测水箱水位高低，如果水位超过设定水位，控制系统就发出指令停止供水马达；若水位低于警戒水位，控制系统就发出指令启动供水马达，从而保证供水系统始终能有水供应，且不会发生溢出情况。水位控制原理图如图3所示，图中，水位高低变化通过传感器转换为电阻的变化，进而转化为电压信号，以此来控制马达的启停，实现供水控制。

图3 水位控制原理图

温度控制模块的原理跟水位控制同理，通过温度传感器实时监测温度情况，当水温达到预设温度上限时，输出控制信号停止加热，当水温低到预设温度下限时，输出控制信号启动加热装置，以保持水温始终处在预设的温度范围内，保证系统正常稳定工作。

3 远程控制系统的软件实现

远程控制系统软件部分的核心任务是：（1）处理传感器采集到的温度和水位实时数据，判断，执行预设任务；（2）完成控制电箱和智能移动终端的实时数据通信，完成各种数据的处理与指令的传达。

控制系统的软件相应地包含两个部分：控制电箱主控程序设计和智能移动终端APP设计。

3.1 控制电箱主控程序设计

节选部分程序代码如下：

void main（void）

{

int yt；

WDT_CONTR=0x3f； //kanmengou

//调整输入函数的加载值可以改变串口波特率

// Uart1Init（0，1，184）；//初始化串口，设置波特率4800

// Uart2Init（0，1，220）；//初始化串口，设置波特率9600

// Uart2Init（0，1，232）；//初始化串口，设置波特率14400

init_lcd（）；

inte_93c04（）；

print_hz（0，0，" 智能控制系统 "）；

Timer0Init（）；

// Uart1Init（0，1，220）；//初始化串口，设置波特率9600

Uart2Init（0，1，220）；//初始化串口，设置波特率9600

Serial_Init（）；//串口初始化函数

……

//zhiling（）；

e=0；

j=j*2；

//Uart2Send（data_r_485[1]）；//发送指令指定发送的是中文短信

//Uart1Send（0x31）；//发送指令指定发送的是中文短信

控制电箱主控程序主要实现水温、水位等各种参数的实时监控及各种数据通信的正常进行，并发送短信到智能移动终端。

3.2 智能移动终端的APP控制

智能移动终端的软件界面如图4所示，其主要任务包括：

图4 安卓手机显示界面

（1）对热泵系统进行设置和控制

可以通过移动智能终端对供水的温度进行设置；对供水时间段进行设置，比如：可分为中午和晚上两个时段分时供给热水；对水箱的预设水位进行设置，既能够持续正常供水，又经济合理的控制水温范围，对于节能减排意义重大。

（2）对热泵系统的运行状态进行实时监控

借助于智能移动终端显示界面，可以实时查看热泵系统的各种状态参数，如：当前的水温、水位、压力等各项参数，若发现系统有异常情况可以第一时间进行处理，既节约人力物力，也为快速处理故障提供了技术保障。

4 系统应用实例

本系统开发完成以后已经投入市场，在南宁、来宾等多个城市的学校、企事业单位使用目前市场反馈良好。部分实际应用场景如图5、图6所示。

图5 远程监控系统主机实物外形图

图6 远程监控系统主机内部图

5 结束语

热泵热水集中供应GPRS智能移动远程控制系统可以为用户提供有效的热泵机组远程管理和维护，实现热泵运行状态实时显示、信息管理、机组远程控制与调试、故障诊断报警与远程排除等功能。拓展了管理人员的运维能力，实现了人员与机组的时间同步、空间分割与远程同步，有利于提高系统运行的效费比，解决了有线监控带来的布线工作量大、成本高、线路检修扩容困难等问题。后续将根据使用反馈情况，进一步升级系统。由于该产品成本低、结构简单，体积小，具有较高的推广价值。

参考文献：

[1]颜诗敏，姜周曙，黄国辉．基于S3F9488单片机的热泵热水器控制器[J]．机电工程，2009，26（02）：34-37．

[2]卫 革．基于GPRS的远程无线数据采集系统设计[D]．北京：北方工业大学，2010：1-48．