基于网络的空调程控系统设计与实现

摘要：针对一些大型场所空调离散安装，且使用无规律的电能浪费问题，提出组态基于网络的空调程控系统。其中包括空调程控系统构架方案和控制终端成型设计，采用了实地建模多处取点试验的方法进行反复测试。结果表明实现了稳定可靠的系统控制和实时高效的系统管理，具有实用价值和推广价值。
关键词：单片机；红外遥控；空调程控系统；远程控制终端；设备管理

    科技飞速发展，智能设备的应用已涵盖各行各业。智能控温、红外遥控的空调，在家庭生活中，因为加上了人为控制因素，基本上不存在浪费的迹象。但是，对于学校等一些单位，使用群体复杂且使用时间无规律，不便安装中央空调系统，或者安装中央空调更浪费，而离散安装使用分体空调的场所，要达到真正的节能、环保，充分发挥空调设备的作用，实现最佳的使用和管理，应专设远程监控管理机制，组建方便适用且易于实现的基于网络的空调程控系统，以期解决空调使用过程中的能源浪费和物业管理难的问题。

1 空调程控系统设计背景
    普通空凋由主机和附机组成，使用年限一般为6年以上，质保期可以达到3年。空调核心——压缩机的寿命在10年以上，涡旋式的更长。使用保养得当，空调寿命均可超过10年。目前，本院教室、办公室全空调配备，数量巨大，人工控制不便。就2002年采购安装的空调有450台之多，都是2001年的主流产品，但到了2008年共有8台空调报废。在学院的运行环境中，算是提前结束了空调的寿命。物业部门花了大量的人力物力，加强空调的使用管理，仍不能解决使用与管理之间的矛盾。教室里低温常开、空开的现象，不仅造成电能浪费和缩短空调的使用寿命，还直接影响人的身体健康。只有把这些空调实现与网络设备对接，为每台空调增加网络接入设备，利用学院网络遍及校园每个角落的特点，把学院集散安装的空调全部纳入系统管理，才能更好地利用现有资源，延长空调设备的使用寿命和降低能耗。单片机强大的功能以及低廉的价格和低功耗，恰好给我们提供了“物尽其用”的完美空间。解决单片机上网和发送红外遥控的功能，就等于解决了现有空调的网络接口，原有集散安装的空调纳入集中系统控制也就有可能。

2 空调程控系统构架
    本系统针对使用管理情况将用户分为3个级别，即：终端用户、普通用户和管理员用户。终端用户只能在现场控制已打开空调的运行状态；普通用户，可以用用户名和密码登陆系统，浏览空调的运行状况，同时在已打开空调的控制终端，通过网页控制平台选择使用空调的运行状态，也可在线依管理流程向管理员申请空调设备的开启；管理员用户是整个系统的管理者，在系统内对所有空调的管理、监控。系统由Web服务器、控制终端和用户组成。其中，Web服备器、管理员是系统核心，控制终端是信息采集和控制指令执行机构。服务器通过英特网与控制终端交换信息，以网页的形式显示给用户，实现用户与控制终端的信息交流，达到对空调可靠、实时的控制管理。设计构架如图1所示。

3 控制终端
3．1 控制终端设计方案
    系统设计的宗旨是集中控制管理离散安装于各教室的分体空调，使其高效、节能、降耗。实现这一宗旨，需有一个行之有效的控制终端解决方案：基于网络集控制与采集于一体。模拟工控网络的控制终端方案，用C51内核的单片机做核心处理器，配置网络转串口模块、电流互感器件，再加上红外发射头和光耦、继电器，组态为廉价、可联网、可发送红外遥控编码的网络控制终端。这样设计的优点是：首先保证了空调的完整性；再者其具有安全、稳定、可靠、可操作性强且易于实现等特点。
3．2 控制终端硬件
    控制终端硬件由网络转串口模块和主板组成。模块的主要任务是网络数据与串口数据的相互转换，并把转换后的数据经过指定的协议从各自的接口中发送。主板由电源、开关量输出、红外发射头、网口、模块接口以及状态灯等功能区块组成，如图2所示。每个区块功能如表1所示。这些功能相对都很显然，仅对模拟量采集的实现过程稍加说明。控制终端主芯片采用STC12C5A32S2，自带8路10位A／D(P1口)。利用单片机本身的A／D转换功能，根据交流互感器原理，i1n1=i2n2，来采集空调电源的电流数据，并把这些数据与正常功能值比较，得出空调的运行状态或故障信息，然后把这些信息实时上传到Web数据库。经服务器处理后再动态显示给用户，让用户实时撑握空调的状态，以便做出相应的处理措施。

3．3 控制终端软件的实现
    控制终端主芯片STC12C5A32S2通过一对一的串口连接方式与网络转串口模块连接，网络模块设置成固定的客户端网络访问模式。控制终端上电即开始与设置的固定服务器连接。主芯片直接收发、处理串口数据。驱动红外和继电器等I／O控制装置，把现场采集到的信息每间隔两2 s发送一次到服务器并循环检测串口。如发现口串口的接收标志位为高电平，立即拉低发送标志位，直到数据接收完毕后再复位发送标志位，并把控制终端的即时状态信息发送到服务器，如此往复循环。软件的流程图如图3所示。

4 基于网络的空调程控系统模型
4．1 系统配置
    服务器配置如表2所示。

    控制终端网络资料配置如表3所示。
4．2 数据库表格设计
    系统模型涉及存储的数据和状态比较少，通过一张表来表示，如图4所示。

    数据库表的具体说明见表4所示。
4．3 测试
    配置好系统的硬件和软件，把服务器(普通办公电脑代替)固定在行政楼办公室里，按测试点的IP段分别配置两台控制终端，实地进行系统测试。然后在浏览器上进入系统控制界面，如图5所示。

    两台控制终端分别与ID为3、4的两操作行对接，按3号操作行的open键，一号机就发射红外信号，打开空调；再按close键，一号机就发送红外关闭空调。对4号ID行的两按键操作，相应的动作在二号机上一样可靠执行；对其它ID行操作，现有的两台控制终端没有任何反应；在校园网内，分别把两台控制终端先后安装在不同的地点测试，控制效果均正常。测试系统测试过程中一个控制结果的具体数据如图6所示。

    反复多次进行网线插拔，断电后再上电操作，均能可靠控制空调。测试结果表明，控制终端能够稳定、可靠地工作在网络模式下。并能达到基于网络的空调程控系统的预期要求，将在实际运用中，运用主芯片大量的剩于空间和I／O口，可以扩展更多的实用功能，如室内温度检测、使用无线(430M或者ZigBee、Wifi等无线网络)传输数据等。让系统组件的安装布线更容易，功能更完善，使用的场合也会更加广泛。

5 结束语
    通过系统模型的在线运行测试，结果证实了通过远程网络对空调稳定控制的可行性，给物业管理创建了良好的系统管理基础平台。解决了离散安装的空调需要大量人工监控的繁琐事务。从侧面解决了空调设备基于网络的远程控制问题，为空调设备开发商的空调控制系统研发提供参考，对强化智能的设备管理工作有着重要的意义。