基于STM32的楼宇热水供应监测系统

陈致宇 周志伟



基于STM32的楼宇热水供应监测系统

陈致宇 周志伟

为了解决楼宇热水供应技术自动化水平较低的问题，本文设计了一套热水供应监测系统。该系统利用STM32系列微处理器作为系统的主控制器，同时结合现代传感器技术和信号处理方法设计了系统的硬件部分。利用VC++6.0开发的上位机软件功能强大，可以实现显示实时水温与液位动态曲线，再现历史信息，设置初始数据等功能。

我国大部分地区的楼宇热水供应系统的自动化程度还不高，不少区域的系统监控和维护对人工的依赖性还很强。随着无线通讯技术的发展，无线通信功能已经广泛应用在在楼宇热水供应系统上，无线通信功能所具有的远距离通信能力与传统的人工操作与维护相比使得系统在稳定性与可靠性方面上了一个台阶，远距离通信的能力在系统工作在恶劣环境时，优势显得越发明显。

系统总体结构设计

下位机监测部分、遥控终端连同上位机软件一起组成了楼宇热水供应监测系统。下位机部分可以采集监测系统的各种数据参数（液位、温度、压力），如果发现哪种数据参数超出了设定范围可以通过相应的控制单元使得对应的参数回归到预定的范围内，与此同时通过遥控终端部分向上位机监测软件发送警报信息，采集到的数据信息还可以通过遥控终端的RF模块发送到上位机监测软件上进行实时显示。下位机部分主要由温度与液位传感器、压力传感器、加热器、供水罐、补水泵、加压泵等组成。遥控部分的主要作用是接收下位机传输的信息将其定时存储并显示。上位机软件主要负责以图形化的形式实时读取并显示存储在遥控部分的系统运行数据，此外还可以修改系统的运行参数。

系统的硬件设计

本系统硬件主要包括下位机部分模块和遥控部分模块两个部分，下位机部分包括STM32F100C8主控芯片、压力传感器、温度与液位传感器、信号转换电路、nRF905无线模块、压力控制机构以及温度与液位控制机构。交流调功模块的输入采用D/A转换电路的输出电压，加热器两端电压由调功模块依据其输入电压的大小进行调节，从而实现对加热功率的控制，进而稳定温度；变频器的输入采用D/A转换电路的输出电压，补水泵的转速依据输入电压的大小来进行调节，进而达到稳定液位的目的；系统压力稳定的维持则采用简单的加压泵启停方式。由STM32F100C8主控芯片、nRF905无线模块、RS232接口电路、AT24C128存储芯片、DS1302电路、LCD1602接口电路、声光报警电路、调节按键电路等部分构成了遥控终端。

系统的软件设计

系统软件设计包括下位机采集终端软件设计、遥控部分软件设计以及上位机监测软件三个部分。

图1　系统总体结构

图2　监测节点硬件结构

采集终端软件设计

采集终端软件流程图如图3所示。下位机采集模块上电后，进行各模块的初始化程序。然后检测遥控终端部分传送来的数据信号是否被接收到，如果接收到了，则进入数据接收子程序接收数据信息；如果遥控终端部分传送过来的数据没有被接收到，那么看定时时间有没有到，STM32F100C8单片机在预设时间结束时采集相应的数据信息，之后通过数据发送子程序将转换后的数据发送给遥控终端，考虑到压力变化的速度相较于温度和液位的变化速度快的特点，对采样时间进行区别对待，如果数据没有采样十次，则继续采样压力数据，直到压力数据采样十次时才采样温度数据与压力数据，如果定时时间没到，则继续等待。采集到的温度、液位和压力数据分别进入不同的控制程序中进行处理。

图3　采集终端软件流程图

图4　遥控部分软件设计

遥控部分软件设计

遥控终端软件流程图如图4所示。遥控终端上电之后，进行系统的初始化，如果下位机传送古来的数据被读取，则运行串行通信程序并读取当前时间，刷新显示之后如果确实有接收数据，那么接收数据并存储，如果是错误信息则进行声光报警；如果没有接收数据，检测是否有按键按下，如果有按键按下，进行系统参数调整，接着进行时间调整和运行向下位机发送数据的程序。当遥控终端部分与上位机部分进行连接时，主控芯片STM32F100C8会依据接收到的命令类型执行与其相对应的相关子程序。

图5　上位机监测软件运行界面

上位机监测软件

本文采用VC++6.0设计了上位机部分的监测软件，采用ActiveX控件方式的串口操作方式。以二进制方式检取单片机串口的数据，其一帧数据包括1位起始位，8位数据位和1位停止位，在VC++6.0软件中写相应程序时，需要匹配STM32F100C8单片机的设置和串口通信控件的设置，根据实际需要将相关函数的参数配置成m_ ComPort.SetSettings （“9600，n，8，1”）。使用者可以根据实际需求在上位机监测软件的相应程序中对液位与温度参数进行修改，当用户对系统运行参数进行设置时写串口操作被看做激发事件产生，读取控制端存储芯片数据操作则由点击历史信息按钮时激发。

本文采用强大的VCL图表组件TeeChart进行数据图形化显示，当上位机软件通过串口通信程序接收下位机终端部分传送过来的参数信息时，程序接收到的信息将被TeeChart控件所读取，读取到的温度和液位参数信息将在上位机监测软件上以实时曲线的形式绘制出来，上位机监测软件在某段时间内的运行界面如图5所示。

结语

该楼宇热水供应监测系统可以对温度、压力以及液位等参数信息进行实时采集、传输和处理，能保存并显示历史数据信息，能快速准确、可靠的提供楼宇供水的动态变化信息，具有一定的应用前景。

陈致宇 周志伟

湖南机电职业技术学院

陈致宇（1987－）男，湖南机电职业技术学院教师，主要研究方向：智能监测与控制； 周志伟（1989－）男，湖南机电职业技术学院教师，主要研究方向：智能检测与信息融合。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.10.021