基于智能手机远程监控的太阳能集中供热系统

智能手机远程监控的太阳能集中供热系统是手机移动终端与太阳能热水系统之间通过传感器进行联接, 传感器将获得的信号传送到控制器的中央处理器, 经计算处理后由控制仪表发出相应指令控制太阳能热水系统的各执行机构如水泵、阀、辅助加热等运行;可按需要设置时间、温度、温差、液位以及反馈信号等进行逻辑判断, 实现太阳能集中供热系统功能。通过智能化控制, 节能减排, 降低设备运行成本, 具有较大经济效益。

一、研究背景

(一) 传统的太阳能热水器存在的弊端

(1) 必需在热水器的热水入口装置一个增压泵, 从楼顶到屋内用水龙头的高度落差一般不超过5米, 即水压不到0.5kgf/cm2远远低于冷水水压, 导致出水温度很难调节。

(2) 热水器补水管和出水管有一段在露天。且要有足够的厚度, 否则冬天会冻住, 热水下不来。

(3) 由于装置一般采用手动补水, 所以在补水的过程中可能造成补水不够或者溢出水箱的问题。每次给水箱补水的时候都会需要判断水箱的水是否已满, 这就给生活带来很大的不便。

(4) 如果出门时忘记向太阳能热水器储水箱内注水, 等下班后就无法使用热水, 很不方便。这些存在的不便就向太阳能热水器的发展提出新的挑战。

(二) 传统太阳能在大面积使用中的不足

太阳能集中供热系统, 是继电热水器、燃气热水器之后出现的新型热水系统, 具有高能效比、低能耗、环保节能的特点和优势, 白天利用太阳能进行加热, 保持设置的恒定温度, 若太阳能光照不够导致温度低于设定值, 再利用热泵机组设备进行补充加热, 系统节能环保, 逐渐被广泛应用, 尤其是在酒店宾馆、医院、学校等场所公共热水供应系统中大量使用。然而这种制热系统也有着白天制热慢、机组运行时间长, 用户需要在机组现场才能实现人机交互, 且机组多安装放置于楼宇顶层和较偏僻的地方, 因此维护比较困难、工作量大, 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, 导致使用单位日常维护和巡查需要投入大量人力、精力力。而且当机组出现故障时又不能及时通知到维修人员, 故障得不到及时报警并且及时排除, 一旦设备出现故障, 影响面广, 范围大, 给使用单位容易造成较大经济损失。

目前随着GPRS无线数据网络技术和智能手机及其软件系统 (APP) 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。

二、解决方案

建立一套基于智能手机远程监控的太阳能集中供热系统, 该系统由以下这几个部分构: (1) 智能手机; (2) 由单片机编程控制的有GPRS、GSM无线网络通信模块和其他控制部件; (3) 网络服务器; (4) 热泵机组、水箱及水温等相关数据传感器; (5) 网络运营商。

系统利用GPRS覆盖范围广、数据传输速度快、按流量计费等特点结合单片机处理器技术, 智能手机安装相应的APP软件后, 可通过手机进行远程监控, 解决热泵机组各种工作参数远程传输问题, 实现设备运行工况控制、各项数据实时采集、故障实时报警, 具有功能齐全、控制范围广、成本低等特点。其意义在于:通过智能手机远程监控热泵机组的运行状态, 在发现机组运行异常及故障时迅速报警、及时维护, 恢复设备工作, 减少机组意外停机时间, 保证机组设备的安全高效运行。

三、系统工作原理

由智能手机操作系统的控制软件进行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机组电控箱的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, 形成对各控制继电器的驱动电压, 驱动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。

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, 能及时有效通知管理人员进行维护。

四、经济效益

基于智能手机远程监控的太阳能集中供热系统, 既能在设备运行管理上实现智能化控制, 又能让系统能效上实现最优节能控制, 能为使用者节省能耗, 节能减排, 降低设备运行成本。在智能手机电子设备越来越普及的今天, 设备智能运行控制更加节能、高效、稳定。这种控制思路及方法也衍生到其他领域, 具有较大的经济效益。

五、结语

传统的太阳能热水控制系统主要采用现场控制, 无法实现数据远程查看、统计和分析, 难以保证太阳能热水系统长期稳定高效的高效运行。随着科学技术的进步, 现代化的管理在太阳能行业中得到应用, 为了更好地满足太阳能运行管理的要求, 太阳能控制系统正朝着网络化、标准化、智能化的方向发展, 并从单一自动化控制功能向性能可靠、功能强大的远程监控平台发展。近年来, 手机移动终端技术快速发展, 为我们开发太阳能热水系统远程监控系统提供了全新的思路, 通过智能化控制, 节能减排, 对推动和促进我国大型太阳能热利用系统的发展有着重要意义。