基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)一些大型場(chǎng)所空調(diào)離散安裝，且使用無規(guī)律的電能浪費(fèi)問題，提出組態(tài)基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)。其中包括空調(diào)程控系統(tǒng)構(gòu)架方案和控制終端成型設(shè)計(jì)，采用了實(shí)地建模多處取點(diǎn)試驗(yàn)的方法進(jìn)行反復(fù)測(cè)試。結(jié)果表明實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)控制和實(shí)時(shí)高效的系統(tǒng)管理，具有實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外遙控；空調(diào)程控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程控制終端；設(shè)備管理

    科技飛速發(fā)展，智能設(shè)備的應(yīng)用已涵蓋各行各業(yè)。智能控溫、紅外遙控的空調(diào)，在家庭生活中，因?yàn)榧由狭巳藶榭刂埔蛩?，基本上不存在浪費(fèi)的跡象。但是，對(duì)于學(xué)校等一些單位，使用群體復(fù)雜且使用時(shí)間無規(guī)律，不便安裝中央空調(diào)系統(tǒng)，或者安裝中央空調(diào)更浪費(fèi)，而離散安裝使用分體空調(diào)的場(chǎng)所，要達(dá)到真正的節(jié)能、環(huán)保，充分發(fā)揮空調(diào)設(shè)備的作用，實(shí)現(xiàn)最佳的使用和管理，應(yīng)專設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理機(jī)制，組建方便適用且易于實(shí)現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)，以期解決空調(diào)使用過程中的能源浪費(fèi)和物業(yè)管理難的問題。

1 空調(diào)程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景
    普通空凋由主機(jī)和附機(jī)組成，使用年限一般為6年以上，質(zhì)保期可以達(dá)到3年?？照{(diào)核心——壓縮機(jī)的壽命在10年以上，渦旋式的更長。使用保養(yǎng)得當(dāng)，空調(diào)壽命均可超過10年。目前，本院教室、辦公室全空調(diào)配備，數(shù)量巨大，人工控制不便。就2002年采購安裝的空調(diào)有450臺(tái)之多，都是2001年的主流產(chǎn)品，但到了2008年共有8臺(tái)空調(diào)報(bào)廢。在學(xué)院的運(yùn)行環(huán)境中，算是提前結(jié)束了空調(diào)的壽命。物業(yè)部門花了大量的人力物力，加強(qiáng)空調(diào)的使用管理，仍不能解決使用與管理之間的矛盾。教室里低溫常開、空開的現(xiàn)象，不僅造成電能浪費(fèi)和縮短空調(diào)的使用壽命，還直接影響人的身體健康。只有把這些空調(diào)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)接，為每臺(tái)空調(diào)增加網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，利用學(xué)院網(wǎng)絡(luò)遍及校園每個(gè)角落的特點(diǎn)，把學(xué)院集散安裝的空調(diào)全部納入系統(tǒng)管理，才能更好地利用現(xiàn)有資源，延長空調(diào)設(shè)備的使用壽命和降低能耗。單片機(jī)強(qiáng)大的功能以及低廉的價(jià)格和低功耗，恰好給我們提供了“物盡其用”的完美空間。解決單片機(jī)上網(wǎng)和發(fā)送紅外遙控的功能，就等于解決了現(xiàn)有空調(diào)的網(wǎng)絡(luò)接口，原有集散安裝的空調(diào)納入集中系統(tǒng)控制也就有可能。

2 空調(diào)程控系統(tǒng)構(gòu)架
    本系統(tǒng)針對(duì)使用管理情況將用戶分為3個(gè)級(jí)別，即：終端用戶、普通用戶和管理員用戶。終端用戶只能在現(xiàn)場(chǎng)控制已打開空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)；普通用戶，可以用用戶名和密碼登陸系統(tǒng)，瀏覽空調(diào)的運(yùn)行狀況，同時(shí)在已打開空調(diào)的控制終端，通過網(wǎng)頁控制平臺(tái)選擇使用空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，也可在線依管理流程向管理員申請(qǐng)空調(diào)設(shè)備的開啟；管理員用戶是整個(gè)系統(tǒng)的管理者，在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)所有空調(diào)的管理、監(jiān)控。系統(tǒng)由Web服務(wù)器、控制終端和用戶組成。其中，Web服備器、管理員是系統(tǒng)核心，控制終端是信息采集和控制指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)。服務(wù)器通過英特網(wǎng)與控制終端交換信息，以網(wǎng)頁的形式顯示給用戶，實(shí)現(xiàn)用戶與控制終端的信息交流，達(dá)到對(duì)空調(diào)可靠、實(shí)時(shí)的控制管理。設(shè)計(jì)構(gòu)架如圖1所示。

3 控制終端
3．1 控制終端設(shè)計(jì)方案
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)的宗旨是集中控制管理離散安裝于各教室的分體空調(diào)，使其高效、節(jié)能、降耗。實(shí)現(xiàn)這一宗旨，需有一個(gè)行之有效的控制終端解決方案：基于網(wǎng)絡(luò)集控制與采集于一體。模擬工控網(wǎng)絡(luò)的控制終端方案，用C51內(nèi)核的單片機(jī)做核心處理器，配置網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊、電流互感器件，再加上紅外發(fā)射頭和光耦、繼電器，組態(tài)為廉價(jià)、可聯(lián)網(wǎng)、可發(fā)送紅外遙控編碼的網(wǎng)絡(luò)控制終端。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：首先保證了空調(diào)的完整性；再者其具有安全、穩(wěn)定、可靠、可操作性強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
3．2 控制終端硬件
    控制終端硬件由網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊和主板組成。模塊的主要任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與串口數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過指定的協(xié)議從各自的接口中發(fā)送。主板由電源、開關(guān)量輸出、紅外發(fā)射頭、網(wǎng)口、模塊接口以及狀態(tài)燈等功能區(qū)塊組成，如圖2所示。每個(gè)區(qū)塊功能如表1所示。這些功能相對(duì)都很顯然，僅對(duì)模擬量采集的實(shí)現(xiàn)過程稍加說明。控制終端主芯片采用STC12C5A32S2，自帶8路10位A／D(P1口)。利用單片機(jī)本身的A／D轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)交流互感器原理，i1n1=i2n2，來采集空調(diào)電源的電流數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)與正常功能值比較，得出空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)或故障信息，然后把這些信息實(shí)時(shí)上傳到Web數(shù)據(jù)庫。經(jīng)服務(wù)器處理后再動(dòng)態(tài)顯示給用戶，讓用戶實(shí)時(shí)撐握空調(diào)的狀態(tài)，以便做出相應(yīng)的處理措施。

3．3 控制終端軟件的實(shí)現(xiàn)
    控制終端主芯片STC12C5A32S2通過一對(duì)一的串口連接方式與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口模塊連接，網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)置成固定的客戶端網(wǎng)絡(luò)訪問模式。控制終端上電即開始與設(shè)置的固定服務(wù)器連接。主芯片直接收發(fā)、處理串口數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)紅外和繼電器等I／O控制裝置，把現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息每間隔兩2 s發(fā)送一次到服務(wù)器并循環(huán)檢測(cè)串口。如發(fā)現(xiàn)口串口的接收標(biāo)志位為高電平，立即拉低發(fā)送標(biāo)志位，直到數(shù)據(jù)接收完畢后再復(fù)位發(fā)送標(biāo)志位，并把控制終端的即時(shí)狀態(tài)信息發(fā)送到服務(wù)器，如此往復(fù)循環(huán)。軟件的流程圖如圖3所示。

4 基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)模型
4．1 系統(tǒng)配置
    服務(wù)器配置如表2所示。

    控制終端網(wǎng)絡(luò)資料配置如表3所示。
4．2 數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)模型涉及存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)比較少，通過一張表來表示，如圖4所示。

    數(shù)據(jù)庫表的具體說明見表4所示。
4．3 測(cè)試
    配置好系統(tǒng)的硬件和軟件，把服務(wù)器(普通辦公電腦代替)固定在行政樓辦公室里，按測(cè)試點(diǎn)的IP段分別配置兩臺(tái)控制終端，實(shí)地進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。然后在瀏覽器上進(jìn)入系統(tǒng)控制界面，如圖5所示。

    兩臺(tái)控制終端分別與ID為3、4的兩操作行對(duì)接，按3號(hào)操作行的open鍵，一號(hào)機(jī)就發(fā)射紅外信號(hào)，打開空調(diào)；再按close鍵，一號(hào)機(jī)就發(fā)送紅外關(guān)閉空調(diào)。對(duì)4號(hào)ID行的兩按鍵操作，相應(yīng)的動(dòng)作在二號(hào)機(jī)上一樣可靠執(zhí)行；對(duì)其它ID行操作，現(xiàn)有的兩臺(tái)控制終端沒有任何反應(yīng)；在校園網(wǎng)內(nèi)，分別把兩臺(tái)控制終端先后安裝在不同的地點(diǎn)測(cè)試，控制效果均正常。測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試過程中一個(gè)控制結(jié)果的具體數(shù)據(jù)如圖6所示。

    反復(fù)多次進(jìn)行網(wǎng)線插拔，斷電后再上電操作，均能可靠控制空調(diào)。測(cè)試結(jié)果表明，控制終端能夠穩(wěn)定、可靠地工作在網(wǎng)絡(luò)模式下。并能達(dá)到基于網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)程控系統(tǒng)的預(yù)期要求，將在實(shí)際運(yùn)用中，運(yùn)用主芯片大量的剩于空間和I／O口，可以擴(kuò)展更多的實(shí)用功能，如室內(nèi)溫度檢測(cè)、使用無線(430M或者ZigBee、Wifi等無線網(wǎng)絡(luò))傳輸數(shù)據(jù)等。讓系統(tǒng)組件的安裝布線更容易，功能更完善，使用的場(chǎng)合也會(huì)更加廣泛。

5 結(jié)束語
    通過系統(tǒng)模型的在線運(yùn)行測(cè)試，結(jié)果證實(shí)了通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)對(duì)空調(diào)穩(wěn)定控制的可行性，給物業(yè)管理創(chuàng)建了良好的系統(tǒng)管理基礎(chǔ)平臺(tái)。解決了離散安裝的空調(diào)需要大量人工監(jiān)控的繁瑣事務(wù)。從側(cè)面解決了空調(diào)設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制問題，為空調(diào)設(shè)備開發(fā)商的空調(diào)控制系統(tǒng)研發(fā)提供參考，對(duì)強(qiáng)化智能的設(shè)備管理工作有著重要的意義。