周伯俊+姜平

摘 要： 家用太陽(yáng)能熱水器已成為中國(guó)可再生能源市場(chǎng)上需求量最大、發(fā)展最為迅速的產(chǎn)品之一。目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)大多是傳統(tǒng)的儀表控制，這種傳統(tǒng)的儀表操作模式與現(xiàn)代信息技術(shù)不相適應(yīng)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)原有的家用太陽(yáng)能熱水控制儀表進(jìn)行升級(jí)，設(shè)計(jì)一套具有遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)控制和手機(jī)短信控制功能的新型家用太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)。測(cè)試證明該系統(tǒng)安全穩(wěn)定、可靠性高、實(shí)時(shí)性好，具有很好的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 太陽(yáng)能熱水器； 遠(yuǎn)程控制； 短信控制

中圖分類(lèi)號(hào)： TN915?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）22?0073?02

物聯(lián)網(wǎng)作為信息網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的趨勢(shì)和發(fā)展的一部分，已經(jīng)開(kāi)始重塑世界格局和社會(huì)生活方式。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初期，與人頻繁互動(dòng)的就是家居系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期最重要、最直接、最廣泛的應(yīng)用[1]。目前，智能家居已經(jīng)進(jìn)入黃金時(shí)代，用戶(hù)更希望使用的產(chǎn)品智能化，操作簡(jiǎn)單方便。對(duì)于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，用戶(hù)能夠通過(guò)手機(jī)、電腦等上網(wǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)查詢(xún)家用熱水器的水箱水溫、水箱水位等情況，并能實(shí)現(xiàn)熱水系統(tǒng)智能上水，報(bào)警等。當(dāng)用戶(hù)使用熱水時(shí)，能立即提供合適溫度的熱水[2?5]。這樣的熱水系統(tǒng)將是未來(lái)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的風(fēng)標(biāo)，是人類(lèi)進(jìn)入智能化時(shí)代的應(yīng)用產(chǎn)品。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前一些家用太陽(yáng)能熱水器雖然能通過(guò)儀表控制加熱上水，但不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)控制[6]。本文提出的設(shè)計(jì)方案，實(shí)際上是在物聯(lián)網(wǎng)框架下典型的M2M應(yīng)用，M2M的應(yīng)用范圍很廣泛，M既可以是機(jī)器（Machine），也可以是人（Man），又可以涉及到自然事物（水溫、水位、空氣質(zhì)量等）。M2M技術(shù)的目標(biāo)就是使所有機(jī)器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，其核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切[7]。

物聯(lián)網(wǎng)家用太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)由太陽(yáng)能熱水器、智能控制儀表、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器及網(wǎng)頁(yè)發(fā)布等組成。如圖1所示，遠(yuǎn)程終端控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成了家用太陽(yáng)能熱水器的現(xiàn)場(chǎng)終端控制器。終端控制器通過(guò)Internet與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相連，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)Internet向外發(fā)布監(jiān)控網(wǎng)頁(yè)。此外家用終端控制系統(tǒng)還可以通過(guò)GSM與用戶(hù)手機(jī)通信。用戶(hù)像給親友發(fā)送短信一樣，一條短信，便能輕松對(duì)熱水器進(jìn)行上水、加熱等控制操作。用戶(hù)還可以通過(guò)電腦上網(wǎng)，登錄服務(wù)器網(wǎng)站對(duì)熱水器進(jìn)行同樣的控制[8]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 智能控制儀表的設(shè)計(jì)

家用太陽(yáng)能熱水器智能控制儀表是在原控制儀表中嵌入物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，其中硬件部分主要是由遠(yuǎn)程終端模塊RTU（Remote Terminal Unit）以及數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU（Data Transfer Unit）組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

DTU是熱水器實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)控制的關(guān)鍵，由STM32F107單片機(jī)與GTM900C通信模塊組成，通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與外圍通信。不僅可以把熱水器的狀態(tài)信息傳給用戶(hù)，還可以把用戶(hù)的控制指令傳給儀表單片機(jī)執(zhí)行加熱、上水等操作。

2.2 網(wǎng)頁(yè)控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 網(wǎng)頁(yè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)要求以及對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控模式的過(guò)程分析，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)家用太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)采用Web技術(shù)的B/S結(jié)構(gòu)。如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要被劃分為3層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。

圖3 網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信

多個(gè)家用太陽(yáng)能熱水器DTU終端與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的通信屬于C/S模式，DTU終端相當(dāng)于Client，遠(yuǎn)程服務(wù)器就是Server，它們是通過(guò)套接字進(jìn)行通信的[9]。本文通過(guò)對(duì)VB中Winsock控件編程，很好地實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器和客戶(hù)端之間的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)DTU中的SIM卡聯(lián)網(wǎng)成功后，就根據(jù)表1定時(shí)上傳熱水器的狀態(tài)信息給服務(wù)器。服務(wù)器可以按照表2格式向DTU發(fā)送控制命令。

考慮到GPRS流量的限制和網(wǎng)絡(luò)擁塞等問(wèn)題，本課題把GPRS數(shù)據(jù)傳輸分為兩種模式，即熱線模式和非熱線模式。所謂熱線就是DTU每5 s向服務(wù)器發(fā)一次數(shù)據(jù)，非熱線模式就是DTU每20 s向服務(wù)器發(fā)一次數(shù)據(jù)。為了防止DTU長(zhǎng)時(shí)間不通信與服務(wù)器掉線，DTU每隔40 s向服務(wù)器發(fā)送一次心跳數(shù)據(jù)包，心跳數(shù)據(jù)為DTU的出廠設(shè)備編號(hào)。每臺(tái)智能控制儀表都被標(biāo)貼了惟一的出廠設(shè)備編號(hào)，方便區(qū)分[10]。

2.2.3 網(wǎng)頁(yè)界面設(shè)計(jì)

本文選用Dreamweaver作為網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)軟件，采用Ajax技術(shù)實(shí)時(shí)刷新網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)。為了方便讓用戶(hù)能夠在互聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)端對(duì)自家的太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)太陽(yáng)能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)登錄界面、太陽(yáng)能熱水器工作界面、用戶(hù)信息修改界面等。其主界面如圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家用太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)中，充分利用現(xiàn)代化的智能工具（手機(jī)、電腦等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備），實(shí)現(xiàn)對(duì)家用太陽(yáng)能熱水器的智能化控制，不僅改變家用太陽(yáng)能熱水器的控制方式，給家用太陽(yáng)能熱水器行業(yè)注入了新的活力，而且為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居行業(yè)的應(yīng)用起到了示范作用。

注：本文通信作者為姜平。

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