熱水器遠程智能控制系統(tǒng)設計

陳培才 施文振 田敬北 賴宇虹??

摘 要： 設計了一種熱水器遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助機智云自助開發(fā)平臺，通過ESP8266wifi模塊將控制器接入云端?？刂葡到y(tǒng)選用STM32F103ZET6 MCU作為主控芯片，ESP8266wifi模塊作為通信接口，固態(tài)繼電器控制加熱器和抽水機的開關。用戶可通過室內控制器和手機APP雙向控制系統(tǒng)的水溫水位。經(jīng)測試，該系統(tǒng)具有安全可靠、操作簡單的優(yōu)點，具有較高的實用性與廣泛的應用前景。

關鍵詞：機智云；ESP8266wifi模塊；雙向控制

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為生活智能化的主題之一。傳統(tǒng)家電都在向智能化方向發(fā)展，電熱水器也不例外。過去遠程控制系統(tǒng)分為兩大類：一是 GSM 網(wǎng)絡；二是 CDMA 網(wǎng)絡，但二者的資費太高，不能長期使用，并沒有得到很好的普及。隨著互聯(lián)網(wǎng)及智能手機的高速發(fā)展，把智能手機作為移動終端，將其應用于傳統(tǒng)電熱水器，借助機智云開發(fā)平臺，設計了一套熱水器遠程智能控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有安裝簡單，價格低廉、手機APP和室內控制器實時雙向監(jiān)控等優(yōu)點，且使用了開放的Android平臺，使得系統(tǒng)的功能擴展和產(chǎn)品升級十分方便。

1 系統(tǒng)的總體方案

熱水器遠程智能控制系統(tǒng)采用室內控制和手機APP遠程控制雙向控制模式，系統(tǒng)整體框架圖如下圖

系統(tǒng)主要由溫度傳感器、水位傳感器、室內控制器、云端、手機APP和加熱及抽水系統(tǒng)五個部分組成。室內控制器和手機APP作為客戶端，接收來自用戶的各種控制命令，經(jīng)過加工處理后通過WIFI網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送給云端，并實時反饋執(zhí)行情況，顯示系統(tǒng)水溫水位信息和熱水器加熱、抽水的開關狀態(tài)。服務器由ESP8266wifi模塊及其控制器構成，利用大覆蓋、高可靠性、低成本的無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)與客戶端握手和數(shù)據(jù)互傳；控制器與服務器端共用一個MCU，將接收到的用戶指令轉變?yōu)榭刂泼?，并把采集到的水溫水位?shù)據(jù)通過室內控制器和手機APP 直觀、友好地顯示給用戶，并等待用戶的下一步指令，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)的硬件結構框主要由溫度傳感器、水位傳感器、室內控制器和ESP8266wifi模塊四個部分組成。

（1）溫度傳感器：本系統(tǒng)采用具有負溫度系數(shù)、高靈敏度、高精度特點的NTC防水型熱敏電阻作為溫度傳感器。熱敏電阻通過串聯(lián)一個已知的電阻，通過分壓比確定熱敏電阻的阻值，再通過熱敏電阻計算公式可轉換出相對應的溫度。

（2）水位傳感器：本系統(tǒng)采用防水型US100超聲波測距模塊作為水位傳感器。該模塊可實現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測距功能，功耗低，自帶溫度校正，同時具有GPIO，串口等多種通信方式。內帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。

（3）室內控制器：主要由2.4寸LCD液晶屏，5個功能按鍵組成。

（4）ESP8266WiFi模塊：是一款超低功耗的UARTWIFI透傳模塊，專為移動設備和物聯(lián)網(wǎng)應用設計，可將用戶的物理設備連接到WiFi無線網(wǎng)絡上，進行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計分為數(shù)據(jù)采集，控制器與云端數(shù)據(jù)互傳和人機交互三部分，其中人機交互根據(jù)功能而設置的，就不在此說明。數(shù)據(jù)采集部分的主要工作過程為：首先對系統(tǒng)進行初始化，溫度采集采用STM32F103ZET6自帶的12位ADC，測出其模擬電壓值，經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)轉換，得出相應溫度值，再經(jīng)中值，均值濾波得出較穩(wěn)定的溫度值。水位采集，使用STM32F103ZET6的UARST3接收US100超聲波測距模塊串口發(fā)送出來的距離值，再經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理和均值濾波即可得出較準確的水位值。

控制器與云端數(shù)據(jù)互傳主要通過機智云自助開發(fā)平臺，開發(fā)屬于自己的產(chǎn)品，根據(jù)需求設置相關數(shù)據(jù)點，再通過MCU開發(fā)，選擇合適的開發(fā)方案和硬件平臺，然后自動生成代碼，最后把代碼移植到系統(tǒng)程序中即可。

4 試驗結果

系統(tǒng)在實驗室中進行了調試和試驗，對水箱中的水位水溫進行控制。試驗表明，無論是在室內控制器或手機APP均可實時雙向監(jiān)控系統(tǒng)水箱內的水位水溫。水溫水位控制準確，水溫誤差在+1攝氏度內，水位誤差在+1cm內。符合家用熱水器的精度要求。

5 結論

本系統(tǒng)是借助了機智云開發(fā)平臺，設計的一套熱水器遠程智能控制系統(tǒng)，具有實時雙向監(jiān)控，成本低的特點。經(jīng)測試，系統(tǒng)方案可行，電路安全、可靠，控制精度滿足要求。系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時系統(tǒng)的可拓展性大，如可對多個家電同時進行監(jiān)控或更多功能模式，這些都有待進一步研究和討論。

參考文獻：

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