朱曉陽(yáng)　焦景麗　張明柱

摘要：燃?xì)獗趻鞝t是一種分戶供暖式的供暖家居設(shè)備，可以滿足多居室供暖需求。隨著智能家居時(shí)代的到來(lái)，將壁掛爐進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制成為一種趨勢(shì)。鑒此，文章闡述了遠(yuǎn)程溫度控制流程，提出了以STM32F107為主控芯片，基于SMS短信的遠(yuǎn)程控制方法，保證了對(duì)壁掛爐的遠(yuǎn)程控制和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程操控、可靠性高、成本低、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，為家庭物聯(lián)網(wǎng)提供一種解決方案。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獗趻鞝t；智能家居；溫度控制；SMS短信；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）22-0238-03

1概述

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高和遠(yuǎn)程控制設(shè)備的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的家庭安裝了燃?xì)獗趻鞝t，它以天然氣、液化氣等燃?xì)庾鳛槿剂?，利用采暖系統(tǒng)中的循環(huán)水在途經(jīng)熱交換器時(shí)，經(jīng)過(guò)往復(fù)加熱，不斷將熱量輸出給建筑物的方式，為室內(nèi)提供供暖服務(wù)。傳統(tǒng)的壁掛爐控制器只具有顯示跟控制部分，只能通過(guò)按鍵或其他交互設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，因此給人們的生活帶來(lái)了一些不便。SMS短信即Shoa Messaging Service，它是一種通過(guò)移動(dòng)通信系統(tǒng)的信令信道和信令網(wǎng)，傳輸文字或數(shù)字短信息的業(yè)務(wù)。SMS短信有傳輸速度快、費(fèi)用相對(duì)較低、穩(wěn)定性強(qiáng)、不易受干擾、接收及發(fā)送信息靈敏、耗電量低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，用戶通過(guò)短信的收發(fā)完成對(duì)家用設(shè)備的監(jiān)控和智能控制。

2系統(tǒng)控制流程

遠(yuǎn)程壁掛爐系統(tǒng)溫度控制流程圖如圖1所示。在待機(jī)狀態(tài)下，控制器不斷檢測(cè)是否有控制命令輸入。當(dāng)接收到短信模塊的供暖指令后，立即向短信發(fā)送者發(fā)一條確認(rèn)指令，然后開(kāi)始工作。首先系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確認(rèn)各傳感器及模塊工作正常后，循環(huán)水泵啟動(dòng)，否則會(huì)進(jìn)行短信報(bào)警。檢測(cè)到管道內(nèi)有水流時(shí)，開(kāi)始脈沖點(diǎn)火。若此時(shí)未檢測(cè)到水流，則立即短信報(bào)警，進(jìn)入待機(jī)模式。點(diǎn)火后，打開(kāi)比例閥，燃?xì)恻c(diǎn)燃后，控制器檢測(cè)是否有火焰信號(hào)，如有，控制器使電磁閥保持開(kāi)啟，燃燒系統(tǒng)進(jìn)行大火燃燒，達(dá)到供暖目的。若點(diǎn)火三次不成功時(shí)，停止點(diǎn)火并短信報(bào)警。當(dāng)供暖溫度高于供暖設(shè)定溫度5度以上時(shí)，控制器關(guān)閉比例閥，燃燒系統(tǒng)停止燃燒，此時(shí)循環(huán)水泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，熱水溫度逐漸下降。當(dāng)供暖溫度探測(cè)器所感應(yīng)溫度低于供暖設(shè)定溫度5度以上時(shí)，控制器控制點(diǎn)火器打火，開(kāi)啟比例閥，開(kāi)始重新加熱，使溫度達(dá)到設(shè)定溫度。當(dāng)溫度又高于設(shè)定值的上限時(shí)，控制器關(guān)閉比例閥，燃燒系統(tǒng)停止燃燒。室內(nèi)溫度如此反復(fù)上升→下降→上升，始終保持在控制器設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

3硬件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的燃?xì)鉅t溫度控制系統(tǒng)主要由GSM通信模塊、微處理器模塊、傳感器模塊和SSR控制器、電源等5部分組成。微處理器是系統(tǒng)的中心硬件，與各個(gè)硬件模塊相連，負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的收集和處理。詳細(xì)的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.1GSM通信模塊

短信通信模塊采用SIM900A模塊，SIM900A是一個(gè)2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM 900MHZ和DCS1800MHZ。采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，在SLEEP模式下最低耗流只有l(wèi)mA。它內(nèi)嵌了TCP3P協(xié)議，擴(kuò)展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些在用戶做數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用時(shí)非常有用。該模塊的尺寸較小，既可以滿足產(chǎn)品對(duì)空間尺寸的要求，又能滿足對(duì)產(chǎn)品的通信需求。

3.2微處理器模塊

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用STM32F107作為控制器的主控芯片。它是ST意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位高性能、低成本和低功耗的增強(qiáng)型單片機(jī)，內(nèi)核采用ARM公司最新生產(chǎn)的Codex-M3架構(gòu)，最高工作頻率72MHz、256K的程序存儲(chǔ)空間，并且擁有豐富的片內(nèi)資源，包括48K的RAM、8個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)看門(mén)狗和1個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，片上集成通信接口有兩個(gè)12C、3個(gè)SPI、5個(gè)USART、兩個(gè)和一個(gè)SDIO，并有3個(gè)ADC和一個(gè)DAC等。微處理器模塊滿足本設(shè)計(jì)的指令處理與通信需求。

3.3傳感器模塊

傳感器模塊包括水流傳感器、溫度傳感器等。水流傳感器利用霍爾水流量感應(yīng)器，供電后，有水流通過(guò)水流轉(zhuǎn)子組件時(shí)，磁性轉(zhuǎn)子也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速隨著流量變化而變化，霍爾元件輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)，反饋給控制器，由控制器通過(guò)讀取脈沖數(shù)來(lái)判斷水流量大小。溫度傳感器利用了K型熱電偶，熱電偶電路圖如圖3所示，配合MAX6675芯片，可以讀取水箱內(nèi)的溫度，能夠讀取較大的溫度范圍，最大可達(dá)1000度以上。因此，也用來(lái)探測(cè)火焰溫度，控制比例閥的開(kāi)閉。

3.4SSR控制器

SSR即固態(tài)繼電器，SSR控制器是通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制水泵及比例閥的電源開(kāi)關(guān)。該控制電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要利用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。水泵是通過(guò)三相電供電，工作電壓高，電路電流較大，單獨(dú)的中間繼電器額定的通過(guò)電流較小，需要外加中間繼電器和交流接觸器。通過(guò)繼電器控制中間繼電器，然后再利用中間繼電器來(lái)接通或斷開(kāi)交流接觸器，從而實(shí)現(xiàn)水泵的工作控制。比例閥的工作電流較小，無(wú)需交流接觸器，只要通過(guò)繼電器控制中間繼電器來(lái)控制比例閥即可，繼電器控制框圖如圖4所示。

3.5電源模塊

設(shè)計(jì)中的電路電壓有兩路，一種是3.3V芯片供電，一種是5V的繼電器供電，電源芯片采用了開(kāi)關(guān)型電源芯片LM2596，LM2596是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出高達(dá)3A的驅(qū)動(dòng)電流，具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。圖5是輸入24V直流后，經(jīng)過(guò)LM2596輸出5V電壓的電路。

4軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)以STM32F107為核心構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)壁掛爐測(cè)量值與給定值的偏差信號(hào)及預(yù)定的控制策略進(jìn)行運(yùn)算，之后輸出控制信號(hào)給繼電器控制器，通過(guò)控制燃燒時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)壁掛爐的溫度控制。軟件設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)初始化、溫度讀取子程序、報(bào)警子程序、顯示模塊子程序、按鍵掃描子程序、控制算法子程序和短信交互子程序。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示：

本設(shè)計(jì)采用串行異步通訊接口的連接方式來(lái)接收手機(jī)發(fā)來(lái)的短信或者發(fā)送短信到手機(jī)，SIM900A模塊支持AT指令操作，讀取、發(fā)送和刪除短信均采用AT指令。通過(guò)串行接口向模塊發(fā)送AT指令，完成對(duì)SIM900A模塊的初始化和基于GSM業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。設(shè)置接收、發(fā)送的波特率為9600bit/s，設(shè)定短信格式為T(mén)ext模式，使用printf（）函數(shù)發(fā)送命令，使用scanf0函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。STM32接收到手機(jī)發(fā)來(lái)的短消息，判定短消息的內(nèi)容后，對(duì)指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。控制器接收指令如表1所示。

當(dāng)溫度控制器接收到手機(jī)終端發(fā)送的指令后，控制器會(huì)解析指令的含義，執(zhí)行立刻回復(fù)或有條件回復(fù)等指令，回復(fù)指令如表2所示。

5結(jié)論

本文對(duì)基于STM32的SMS短信遠(yuǎn)程溫度控制器的軟、硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。經(jīng)過(guò)測(cè)試，本設(shè)計(jì)可以接收短信，并根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的操作；實(shí)現(xiàn)了手機(jī)隨時(shí)查詢、設(shè)置溫度、關(guān)閉系統(tǒng)等功能。通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)送短信來(lái)操控制壁掛爐系統(tǒng)的啟停、改變?cè)O(shè)定溫度等操作，可以及時(shí)了解壁掛爐的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，然后進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備更換，增大了安全系數(shù)，避免了不必要的損失，實(shí)現(xiàn)了按需控制。通過(guò)遠(yuǎn)程控制，可以使采曖更及時(shí)舒適，降低采暖成本，更節(jié)能環(huán)保。此外，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，可以擴(kuò)展應(yīng)用到其他類似設(shè)備中，如遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。