摘要：传统暖气无法对家中温度进行控制，温度过高能源浪费温度过低居住不舒适。采用智能暖气控制系统，让暖气流量可控，在满足人们日常需求的同时尽量减少资源的使用，节约能源。
暖气供暖仍是冬天北方供暖的主要方式。目前一些小区主要的住户以年轻的三口或两口之家为主，白天父母上班孩子上学，家中无人。这时的室内供暖温度与有人在家时没有区别。传统暖气无法对家中温度进行控制，温度过高能源浪费温度过低居住不舒适。此外现有的暖气控制器只是提供了温度控制，想要节能只能调低温度。尤其是在燃煤、天然气被用来供暖的不可再生能源越来越紧缺的今天，我们希望能够在满足人们日常需求的同时尽量减少资源的使用。因此我们提出一个设计理念让暖气像空调一样，做到温度可调，包含定时系统。同时结合智能家居的设计理念加入远程控制模块，在家中无人时可以采用低温供暖，家中回来人前采用正常供暖。采用每天近三分之一的时间采用低温供暖模式可以节省大量燃煤和天然气。
现在市场上出现了一些室内暖气温度控制器，使用温度传感器测量室内温度，通过单片机调节控制电磁阀的通断实现对温度的控制。本系统采用步进电机代替了电磁阀控制暖气水大小；步进电机上电后能够自锁，可以承受暖气管内很大的压力。采用步进电机控制阀门，从而精确控制管道内热水的流量，实现调温。本系统加入了手机电脑等智能终端的控制，可依据回家时间随时随地调整工作模式切换的时间，既保证了晚归时最大限度的节约能源，又保证了早归时有一个舒适的环境。
控制器可定制包括不同供暖模式时的温度，不同模式的工作时间。现在物联网技术的发展，使智能家居有了更灵活的控制方式，通过手机互联网远程修改各参数，如提前回家或晚回家时可以随时随地的更改模式切换的时间。这样实现了远程控制，可随时更改设定为度和模式。
使用温度传感器测量室内温度，用模糊控制算法调节步进电机角度实现对阀门开启大小的控制，GPRS模块用于用户与控制器的通信。智能暖气控制系统工作流程如图1所示。
图1智能暖气控制系统工作流程图
1.整体电路设计
整体电路设计元器件包括：STM32F103CB最小系统MCU，电源，I2C通信E2PROM，CAN总线，蜂鸣器，温度测量，AD转换，按键，扩展口等。整体电路图如图2所示。
图2整体电路图
单片机主板的IO口和PWM口作为电机驱动板的方向控制接口和转动距离控制接口，通过单片机输出的PWM频率控制电机的转速。
2.步进电机控制系统设计
步进电机作为执行元件和普通电动机不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度。步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
图3步进电机控制系统图
3.GPRS模块选定
选择ATK-SIM900AGSM/GPRS模块，ATK-SIM900A模块板载SIMCOM公司的工业级双频GSM/GPRS模块：SIM900A，工作频段双频：900/1800Mhz，可以低功耗实现语音、SMS（短信，不支持彩信）、数据和传真信息的传输。模块功能如图4所示。
图4GPRS模块功能图
4.手机客户端软件设计
手机客户端软件可以采用已有的乐联网物联网软件，实现系统的智能控制。乐联网（http://open.lewei50.com），通过开放的API，可以轻松的将各类传感器、测量设备或工业仪器仪表接入该平台，并可以通过开发应用来监管和控制它们。乐联网的平台提供传感器云服务，无需繁琐的编程，便可以将自己的各类测量或控制设备实现网络功能，快速开启物联网应用。乐联网的主要功能有个人门户功能，数据存储和分析（结合行业专家可延展为专家系统），工业仪表无缝接入和手机App功能。
物联网架构分为三层，即“云端服务器->设备->传感器&控制器”的架构。“传感器&控制器”是指可以采集、测量数据或者可以被控制的设备或仪器；“设备”的作用是将设备的采集数据发送到云端服务器上或者将控制数据返回给设备，“设备”前端能够与测量设备进行通信（例如RS232接口，RS485接口），后端需要具备网络功能（例如GPRS，WI-FI和以太网功能）；而“云端服务器”上部署了数据存储、分析等的数据库，最后用户通过客户端（电脑、手机）等可以以浏览器的形式访问数据库，就可以实现丰富多样的基于数据的应用。
以一个实例来说明，如图5所示，例如我们要采集分别在北京和上海的两处大棚的棚内温湿度数据并存储到服务器上供农业专家进行查询和分析从而对种植提出指导，那么我们首先在两地大棚内需要安装测量“传感器”，然后将“传感器”连接到网络转接模块上，即“设备”，该“设备”会将采集上来的数据转发到公网服务器，即“云端服务器”上进行存储。这样最终用户就可以打开网页查询和分析各项数据了。
图5乐联网物联网架构图
智能暖器控制系统，可依据设定温度自动调暖气节阀门大小，实现室内的温度可控；双管同程并联保证各住户间暖气水供应相互独立且系统均衡；无人时启动低温模式节省煤炭、天然气能源；可通过手机或互联网远程控制参数。
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