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本系統(tǒng)采用傳感器、嵌入式系統(tǒng)和自動(dòng)控制等技術(shù)，開發(fā)太陽能、熱泵中央熱水工程控制器；采用無線數(shù)傳技術(shù)，構(gòu)建區(qū)域級(jí)管理系統(tǒng)與各控制器之間的通訊網(wǎng)絡(luò)；采用.Net和Flex 3.0開發(fā)基于B/S架構(gòu)的區(qū)域級(jí)和企業(yè)級(jí)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)熱水工程集群應(yīng)用的分散測(cè)控、集中操作和可視化管理，為管理者提供便捷、高效的管理維護(hù)手段；同時(shí)能夠進(jìn)一步提高工程的能效和為政府部門提供節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.系統(tǒng)組成：
本系統(tǒng)組成如圖1所示。控制器分別實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的太陽能、熱泵中央熱水器進(jìn)行控制，同時(shí)將各熱水器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)通過無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)上傳給對(duì)應(yīng)的區(qū)域集控與管理計(jì)算機(jī)，同時(shí)區(qū)域集控與管理計(jì)算機(jī)也可以通過無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)下傳控制指令對(duì)所管轄的熱水器進(jìn)行控制與管理。區(qū)域集控與管理計(jì)算機(jī)通過Internet與企業(yè)中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。管理員或用戶監(jiān)控計(jì)算機(jī)只要登錄服務(wù)器，即可對(duì)任何一臺(tái)授權(quán)熱水器實(shí)施控制與管理。
1.1主控制器
1.1.1主控制器的硬件電路
主控制器的組成如圖2所示，其中微處理器選用PHILIPS公司ARM7TDMI-S內(nèi)核的LPC2368，該芯片資源豐富，可有效地簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)可靠性、縮短開發(fā)周期。選用EPROM和Flash擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，其中EEPROM (24LC512)用于保存系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)，如廠家設(shè)置和用戶設(shè)置等參數(shù)；Flash（SST25VF016）用于存放系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置記錄和報(bào)警記錄等。利用LPC2368自帶的4個(gè)UART，實(shí)現(xiàn)主控器和外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。外圍設(shè)備包括：用于現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互的線控器，用于遠(yuǎn)程測(cè)控的無線數(shù)傳模塊，預(yù)留現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和遠(yuǎn)程有線通訊的接口。
傳感器的選擇可根據(jù)控制精度和實(shí)際需求進(jìn)行選型，本系統(tǒng)溫度傳感器選用熱敏電阻（NTC 10K）；水位傳感器選用壓力傳感器（JYB-K）。傳感器的輸出經(jīng)過調(diào)理后，直接利用LPC2368自帶的10位A/D進(jìn)行采集。選用超聲波熱量表（MTH-6）讀取流量和熱量值，通過M-BUS與主控器交換數(shù)據(jù)，為節(jié)能評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。微處理器輸出控制信號(hào)經(jīng)晶體管陣列（ULN2003）驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制外圍設(shè)備。
時(shí)間是本系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，季節(jié)的識(shí)別、用水時(shí)段的判斷、歷史數(shù)據(jù)的記錄都要用到時(shí)間。本系統(tǒng)利用LPC2368自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘與外接32.768kHz晶振實(shí)現(xiàn)，可獲得較精準(zhǔn)的時(shí)間，備用電池保證斷電情況下實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作的連續(xù)性。主控制器的PCB如圖3所示。
1.1.2主控制器的軟件系統(tǒng)
嵌入式操作選用uCOS-II，經(jīng)裁剪后移植至ARM內(nèi)核微處理器LPC2368上。系統(tǒng)軟件主程序流程見圖4，在本系統(tǒng)中劃分了多個(gè)任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)的關(guān)聯(lián)性、頻繁性、實(shí)時(shí)性來確定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，其中事件處理任務(wù)負(fù)責(zé)對(duì)ms、s、min、h的時(shí)間事件處理，是整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)拍，所以它的實(shí)時(shí)性要求最高；數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)，負(fù)責(zé)采集光照度、溫度、水位、流量、熱量等信息，并根據(jù)邏輯條件判斷產(chǎn)生控制輸出，是系統(tǒng)的最主要任務(wù)，應(yīng)給予較高的優(yōu)先級(jí)；通訊收發(fā)任務(wù)負(fù)責(zé)主控器和外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)的正確發(fā)送、完整接收以及通信協(xié)議處理，在操作許可的范圍內(nèi)實(shí)時(shí)性要求不是很高，將其置為較低和最低優(yōu)先級(jí)。
在圖5的軟件初始化流程中的EEPROM配置數(shù)據(jù)包括控制對(duì)象（太陽能、熱泵中央熱水器）的配置，這些配置能自動(dòng)映射至各個(gè)控制流程，解決太陽能、熱泵中央熱水器多種模式的控制問題，使太陽能、熱泵中央熱水器與建筑一體化設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便。
本系統(tǒng)的主要控制流程包括：定溫進(jìn)水、溫差循環(huán)、產(chǎn)供熱水箱循環(huán)、輔助加熱控制、時(shí)段變?nèi)萘抗┧刂?、回水循環(huán)、防凍循環(huán)、超限保護(hù)控制、異常報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生和無線通訊控制等，其中時(shí)段變?nèi)萘抗┧夹g(shù)是系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)在于根據(jù)當(dāng)前水箱儲(chǔ)熱量、環(huán)境氣溫、輔助加熱設(shè)備功率，預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)段用水需求的最低水位；目標(biāo)是保證供水需求的前提下，使供熱水箱剩余熱水量最少，從而提高系統(tǒng)的能效。其程序流程如圖6所示。
1.2 區(qū)域級(jí)和企業(yè)級(jí)管理系統(tǒng)
本系統(tǒng)的控制與管理軟件架構(gòu)如圖7所示。區(qū)域集控與管理系統(tǒng)由通信控制軟件、區(qū)域管理軟件、區(qū)域數(shù)據(jù)庫組成。企業(yè)集控與管理系統(tǒng)由企業(yè)中心數(shù)據(jù)同步Web service、企業(yè)管理軟件、企業(yè)數(shù)據(jù)庫組成。區(qū)域集控與管理系統(tǒng)通過無線數(shù)傳模塊與各個(gè)太陽能中央熱水器建立通訊鏈路，通過Internet和企業(yè)集控與管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換（由企業(yè)集控中心提供兩級(jí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步Web service）。系統(tǒng)的管理界面如圖8、9所示。其中圖8為圖形管理界面，圖9為數(shù)據(jù)管理界面，兩者可以互為切換。
2.系統(tǒng)功能：
本系統(tǒng)的主要功能如下：
（1）主控制器能夠適應(yīng)多種配置和安裝模式的太陽能中央熱水器的控制需求，新建系統(tǒng)有利于與建筑一體化設(shè)計(jì)，用于改造已有系統(tǒng)可進(jìn)一步提高系統(tǒng)能效。
（2）主控制器和集控與管理系統(tǒng)之間采用無線通訊，組網(wǎng)靈活、施工方便、成本低廉。
（3）區(qū)域集控與管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)所管轄區(qū)域內(nèi)所有太陽能熱水器的控制與管理，管理界面有圖形和數(shù)據(jù)表兩種形式可選，可實(shí)時(shí)顯示任一工程的工作狀態(tài)。
（4）企業(yè)集控與管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)所有的太陽能熱水器的控制與管理。
（5）在管理界面上設(shè)置和編輯國(guó)家、省、市（縣、區(qū)）等地域信息和編輯建設(shè)區(qū)域和具體工程的相關(guān)信息，設(shè)置不同級(jí)別的用戶權(quán)限。
（6）具有工程主要部件及其安裝方式的配置功能，集控與管理界面能夠根據(jù)最新配置自動(dòng)更新；
（7）可對(duì)任一工程主控制器的預(yù)置參數(shù)進(jìn)行重置或查詢，查詢?nèi)我还こ痰漠?dāng)前數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)；
（8）對(duì)所有主控器進(jìn)行時(shí)間廣播以及自檢或重啟操作；
3.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
（1）用自主研發(fā)的“時(shí)段變?nèi)萘抗┧奔夹g(shù)改造傳統(tǒng)控制模式，節(jié)能效率提高15% 以上，見附件中的查新報(bào)告（PDF文件）和用戶應(yīng)用證明。
（2）研發(fā)太陽能系統(tǒng)的主要部件（類型和數(shù)量）及其安裝方式的可配置技術(shù)，解決多模式熱水器系統(tǒng)的控制難題，實(shí)現(xiàn)降低太陽能、熱泵中央熱水工程與建筑一體化的設(shè)計(jì)與施工的難度和建設(shè)成本。見附件查新報(bào)告（PDF文件）。
（3）系統(tǒng)管理分現(xiàn)場(chǎng)、區(qū)域和企業(yè)三級(jí)，實(shí)現(xiàn)分布于全國(guó)各地的太陽能、熱泵中央熱水工程分散測(cè)控、集中操作與可視化管理。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎(jiǎng)
2011年6月第十屆“挑戰(zhàn)杯”省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
2011年4月校第七屆“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
2010年10月校軟件學(xué)院第三屆“歐氏杯”軟件設(shè)計(jì)競(jìng)賽特等獎(jiǎng)