摘要：傳統暖氣無法對家中溫度進行控制，溫度過高能源浪費溫度過低居住不舒適。采用智能暖氣控制系統，讓暖氣流量可控，在滿足人們日常需求的同時盡量減少資源的使用，節約能源。

暖氣供暖仍是冬天北方供暖的主要方式。目前一些小區主要的住戶以年輕的三口或兩口之家為主，白天父母上班孩子上學，家中無人。這時的室內供暖溫度與有人在家時沒有區別。傳統暖氣無法對家中溫度進行控制，溫度過高能源浪費溫度過低居住不舒適。此外現有的暖氣控制器只是提供了溫度控制，想要節能只能調低溫度。尤其是在燃煤、天然氣被用來供暖的不可再生能源越來越緊缺的今天，我們希望能夠在滿足人們日常需求的同時盡量減少資源的使用。因此我們提出一個設計理念讓暖氣像空調一樣，做到溫度可調，包含定時系統。同時結合智能家居的設計理念加入遠程控制模塊，在家中無人時可以采用低溫供暖，家中回來人前采用正常供暖。采用每天近三分之一的時間采用低溫供暖模式可以節省大量燃煤和天然氣。

現在市場上出現了一些室內暖氣溫度控制器，使用溫度傳感器測量室內溫度，通過單片機調節控制電磁閥的通斷實現對溫度的控制。本系統采用步進電機代替了電磁閥控制暖氣水大小；步進電機上電后能夠自鎖，可以承受暖氣管內很大的壓力。采用步進電機控制閥門，從而精確控制管道內熱水的流量，實現調溫。本系統加入了手機電腦等智能終端的控制，可依據回家時間隨時隨地調整工作模式切換的時間，既保證了晚歸時最大限度的節約能源，又保證了早歸時有一個舒適的環境。

控制器可定制包括不同供暖模式時的溫度，不同模式的工作時間。現在物聯網技術的發展，使智能家居有了更靈活的控制方式，通過手機互聯網遠程修改各參數，如提前回家或晚回家時可以隨時隨地的更改模式切換的時間。這樣實現了遠程控制，可隨時更改設定為度和模式。

使用溫度傳感器測量室內溫度，用模糊控制算法調節步進電機角度實現對閥門開啟大小的控制，GPRS模塊用于用戶與控制器的通信。智能暖氣控制系統工作流程如圖1所示。

圖1智能暖氣控制系統工作流程圖

1.整體電路設計

整體電路設計元器件包括：STM32F103CB最小系統MCU，電源，I2C通信E2PROM，CAN總線，蜂鳴器，溫度測量，AD轉換，按鍵，擴展口等。整體電路圖如圖2所示。

圖2整體電路圖

單片機主板的IO口和PWM口作為電機驅動板的方向控制接口和轉動距離控制接口，通過單片機輸出的PWM頻率控制電機的轉速。

2.步進電機控制系統設計

步進電機作為執行元件和普通電動機不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉化為角位移的執行機構，它同時完成兩個工作：一是傳遞轉矩，二是控制轉角位置或速度。步進電機必須有驅動器和控制器才能正常工作。驅動器的作用是對控制脈沖進行環形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉動。

圖3步進電機控制系統圖

3.GPRS模塊選定

選擇ATK-SIM900AGSM/GPRS模塊，ATK-SIM900A模塊板載SIMCOM公司的工業級雙頻GSM/GPRS模塊：SIM900A，工作頻段雙頻：900/1800Mhz，可以低功耗實現語音、SMS（短信，不支持彩信）、數據和傳真信息的傳輸。模塊功能如圖4所示。

圖4GPRS模塊功能圖

4.手機客戶端軟件設計

手機客戶端軟件可以采用已有的樂聯網物聯網軟件，實現系統的智能控制。樂聯網（http://open.lewei50.com），通過開放的API，可以輕松的將各類傳感器、測量設備或工業儀器儀表接入該平臺，并可以通過開發應用來監管和控制它們。樂聯網的平臺提供傳感器云服務，無需繁瑣的編程，便可以將自己的各類測量或控制設備實現網絡功能，快速開啟物聯網應用。樂聯網的主要功能有個人門戶功能，數據存儲和分析（結合行業專家可延展為專家系統），工業儀表無縫接入和手機App功能。

物聯網架構分為三層，即“云端服務器->設備->傳感器&控制器”的架構。“傳感器&控制器”是指可以采集、測量數據或者可以被控制的設備或儀器；“設備”的作用是將設備的采集數據發送到云端服務器上或者將控制數據返回給設備，“設備”前端能夠與測量設備進行通信（例如RS232接口，RS485接口），后端需要具備網絡功能（例如GPRS，WI-FI和以太網功能）；而“云端服務器”上部署了數據存儲、分析等的數據庫，最后用戶通過客戶端（電腦、手機）等可以以瀏覽器的形式訪問數據庫，就可以實現豐富多樣的基于數據的應用。

以一個實例來說明，如圖5所示，例如我們要采集分別在北京和上海的兩處大棚的棚內溫濕度數據并存儲到服務器上供農業專家進行查詢和分析從而對種植提出指導，那么我們首先在兩地大棚內需要安裝測量“傳感器”，然后將“傳感器”連接到網絡轉接模塊上，即“設備”，該“設備”會將采集上來的數據轉發到公網服務器，即“云端服務器”上進行存儲。這樣最終用戶就可以打開網頁查詢和分析各項數據了。

圖5樂聯網物聯網架構圖

智能暖器控制系統，可依據設定溫度自動調暖氣節閥門大小，實現室內的溫度可控；雙管同程并聯保證各住戶間暖氣水供應相互獨立且系統均衡；無人時啟動低溫模式節省煤炭、天然氣能源；可通過手機或互聯網遠程控制參數。