空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，包括电源管理模块、CPU和传感器组，以及水表、电表、键盘和显示器等。STM32系列CPU的信号输出端连接有GPRS模块，GPRS模块与应用服务器无线连接，应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器与管理平台服务器连接本实用新型系统架构分为四层：终端层、通讯层、业务和数据处理层、用户层。涵盖了统一管理门户平台所有用户。通过门户全局性的查看热泵机组的各种统计数据，各级管理部门登录平台，并根据各自的权限在应用平台对机组进行远程监督和管理，企业其他用户登录后可以查看、监控企业实时数据。
【专利说明】空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及热水监控【技术领域】，具体涉及一种利用无线通讯实现远程热水监控的系统。
【背景技术】
[0002]在热能利用技术方面，由于太阳能热利用以及空气源热泵机组系统越来越复杂，对控制系统的要求越来越高，加之传统的继电器控制存在控制精度低等问题，经常会导致控制系统可靠性差、问题反馈不及时。
[0003]另一方面，随着无线通讯技术的高速发展，以无线通讯网络为核心，结合应用端专业领域知识的物联网，已成为近期诸多产业发展的关键趋势。尤其是对于需要满足分散、多点、大范围的资料收集与运算需求，进一步使“物”变得智慧化的产业或市场，将无线通讯与热水监控结合使用，更是物联网一展身手的所在。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是以单片机等嵌入式系统为基础，以无线通讯网络为桥梁，以管理软件为操作平台，可实现对热泵机组的异地管理用户命令的下达和系统信息的显示，以及对机组数据进行各种分析，并对管理人员进行各类提醒、预警、短信提示，并最终实现节能减排、降低成本的目标。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，包括电源管理模块、CPU和传感器组，以及水表、电表、键盘和显示器，CPU采用STM32系列CPU，电源管理模块与STM32系列CPU的电源输入端连接，传感器组与STM32系列CPU的信号输入端连接，水表、电表与STM32系列CPU输出端连接，键盘和显示器分别与STM32系列CPU的输入和输出端连接；在STM32系列CPU的另一信号输出端连接有GPRS模块，该GPRS模块内包括SM卡接口电路；GPRS模块与应用服务器无线连接，应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器与管理平台服务器连接；所述STM32系列CPU的控制端一通过变频器与热泵主机连接，STM32系列CPU的控制端二通过多路变频器与供水电机连接。STM32系列CPU的数据输出端通过485端口与检测平台连接。
[0006]所述传感器组包括热水机，水位，光照，温湿度传感器。
[0007]GPRS模块选用M35芯片，M35芯片的数据传输端口 RXD和TXD分别与STM32系列CPU的GSMRX和GSMTX端口连接，选通控制器SMF05C的第6脚与SM卡接口的数据端7脚连接，选通控制器SMF05C的3脚与SIM卡接口的电源端I脚连接并与电源连接；选通控制器SMF05C的I脚和4脚分别与SM卡接口的2脚和3脚连接。所述STM32系列CPU的TX3和RX3分别与MAX323的第11和第12脚连接，STM32系列CPU的TXl和RXl分别与MAX323的第10和第9脚连接。所述STM32系列CPU的CONl7?C0N24引脚分别与继电器I?继电器8的线圈连接。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型系统架构分为四层:终端层、通讯层、业务和数据处理层、用户层。
[0009]终端层:涵盖了该系统所能涉及的所有终端设备，如热泵主机、供水变频器、物联网终端等。所有的终端设备都通过各种有线、无线网络与基础服务平台通讯，上报终端数据并执行平台下发命令。
[0010]通讯层:包括了支持无线通讯的多种设备，如3G无线网络、GRPS链路等。通讯层的主要功能是提供数据的透明传输，是终端层与基础平台层的沟通桥梁。
[0011]业务和数据处理层:包括了物联网应用平台、管理门户等核心数据及业务处理，也包括短信告警功能、数据智能分析等支持。
[0012]用户层:涵盖了统一管理门户平台所有用户。通过门户全局性的查看热泵机组的各种统计数据，各级管理部门登录平台，并根据各自的权限在应用平台对机组进行远程监督和管理，企业其他用户登录后可以查看、监控企业实时数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型系统框图；
[0014]图2是本实用新型电源模块电路图之一；
[0015]图3是本实用新型电源模块电路图之二 ；
[0016]图4是处理器模块电路图；
[0017]图5是GPRS模块电路图；
[0018]图6是SM卡接口电路图；
[0019]图7是接口电路；
[0020]图8 是 MAX3232 接口 电路；
[0021 ] 图9是多路继电器接口电路；
[0022]图10是网络拓扑图。
[0023]【具体实施方式】:
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0025]空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构参加图1，由包括电源管理模块、CPU和热水机，水位，光照，温湿度传感器等组成。传感单元和控制单元通过线缆连接到物联网终端。物联网终端设计为可同时支持8台热泵主机、一台变频器、一个光照传感器、一个水位传感器、一路数字电表、一路数字水表和一路控制单元(一路控制单元可以控制12路机电设备)。物联网终端内置GSM传输模块，可以安装SIM卡并将传感单元数据传输至控制中心(也就是所说的服务器)，同时物联网终端也具备控制指令转发功能，即控制中心将机电开关控制指令发送到物联网终端，并通过物联网终端控制机电设备。
[0026]CPU采用STM32系列CPU，图2和图3中的电源管理模块与图4中的STM32系列CPU的电源输入端连接，传感器组与STM32系列CPU的信号输入端连接。
[0027]水表、电表与STM32系列CPU输出端连接，键盘和显示器分别与STM32系列CPU的输入和输出端连接。
[0028]在STM32系列CPU的另一信号输出端连接有GPRS模块，参加图5和图6，该GPRS模块内包括SIM卡接口电路；GPRS模块与应用服务器无线连接，应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器与管理平台服务器连接。
[0029]所述STM32系列CPU的控制端一通过变频器与热泵主机连接，STM32系列CPU的控制端二通过多路变频器与供水电机连接，参加图9。STM32系列CPU的数据输出端通过485端口与检测平台连接。
[0030]在自动运行模式下，通过人为设定所需的压力，启动系统后，控制系统通过变频器启动一台处于变频状态的水泵电机。当电机达到满速以后，如果检测压力仍达不到设定要求，控制系统会自动地将该泵由变频切换到工频，然后由变频器自动启动另外一台处于变频状态的水泵电机。当检测到的压力值偏高且变频器运转在下限频率时，则第一台工频运行的水泵电机将自动停机；若再需加泵时，控制系统会自动将变频运行的水泵切换至工频运行，然后再变频启动另外一台处于变频状态的备用泵；以此顺序运行，直到出口压力达到设定的要求值。
[0031]循环软启动一拖二供水控制动作时序(变频器采用PID闭环控制):
[0032]1.启动时，Kl接触器吸合，延时A秒(可调)后，1#泵变频器启动运行。
[0033]2.当变频器在上限频率持续运行B秒(可调)后任然运行于上限频率，说明1#泵全速运转已不能满足水压要求，变频器自由停车，同时Kl断开，自此延时C秒(可调)后，K3吸合，1#泵转为工频运行，同时K2吸合，延时A秒(可调)后，变频器开始运行，2#泵运行变频状当变频器在下限频率运行B秒后仍然运行于下限频率，说明水压过高，只需一台泵即可，此时断开K3，1#泵停机，让2#泵一台保持变频运行。
[0034]3.当变频器在上限频率运行B秒后仍然运行于上限频率，说明2#泵全速运转不能满足水压要求，变频器自由停车，同时K2断开，自此延时C秒后，K4ZAI吸合2#泵转为工频运行，同时Kl吸合，延时A秒(可调)后，变频器开始运行，1#泵运行变频状态。
[0035]4.当变频器在下限频率运行B秒后仍然运行于下限频率，说明水压过高，只需一台泵即可，此时断开K4，2#泵停机，让1#泵一台保持变频运行。
[0036]5.再返回第二步，循环切换。
[0037]GPRS模块选用M35芯片，M35芯片的数据传输端口 RXD和TXD分别与STM32系列CPU的GSMTX和GSMRX端口连接，选通控制器SMF05C的第6脚与SM卡接口的数据端7脚连接，选通控制器SMF05C的3脚与SIM卡接口的电源端I脚连接并与电源连接；选通控制器SMF05C的I脚和4脚分别与SM卡接口的2脚和3脚连接。所述STM32系列CPU的TX3和RX3分别与MAX323的第11和第10脚连接，STM32系列CPU的TXl和RXl分别与MAX323的第10和第9脚连接。所述STM32系列CPU的CONl7?C0N24引脚分别与继电器I?继电器8的线圈连接。
[0038]在机组智能控制系统中，通过与机组的485端口对接，物联网终端将机组的工作状态，如水温、水箱水量、用电量、工作频率等参数，上传到监测平台并显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证机组高效节能的进行工作。远程控制的实现使技术人员在办公室、在家就能对各个机组的工作情况进行监测控制。
[0039]利用传感器感应光照强度及蓄电池的电能储备情况，系统自动将热水机组的供电线路切换到太阳能或传统供电，以实现自动节电节能，可以构建高效、低能耗、低投入、多功能的节能供电控制平台。
[0040]该平台不但可对热水机组进行远程控制，还可将前端终端而得的数据进行清理、整合、存储、分析，以图表、表格等多种形式展示给最终用户，并实现数据统计与DSS(决策支持系统)。
[0041]系统平台建设根据适用的环境不同采用多种模式架构:
[0042]B/S端应用程序:客户端不需要部署应用程序，只需要安装保证系统察看的相关ActiveX组件，操作便捷，对客户端计算机配置要求不高。
[0043]短信:短信可以实现短信察看及短信报警功能。
[0044]从上图(网络拓扑图)中可以看到，本系统由物联网终端、应用服务器、WEB平台服务器、数据库服务器及手机端软件构成。
[0045]系统流程如下:
[0046]1.物联网终端通电后自动向上层的应用服务器发起连接请求；
[0047]2.同时物联网终端通过控制接口实时获取机组的状态和其他相关参数；
[0048]3.物联网终端将获取到的信息按照每15分钟一次的频率通过GPRS通道发往上层的应用服务器；
[0049]4.应用服务器接收到数据后，对数据进行解析并将数据存储在数据库；
[0050]5.管理平台服务器调取存储在数据库中的各类数据，并将数据展示在管理平台上供客户查看；
[0051]同时管理人员可以通过管理平台向物联网终端下发指令来实时获取机组运行数据、控制机组运行状态和设置机组相关参数。
【权利要求】
1.一种空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，包括电源管理模块、CPU和传感器组，以及水表、电表、键盘和显示器，其特征是:CPU采用STM32系列CPU，电源管理模块与STM32系列CPU的电源输入端连接，传感器组与STM32系列CPU的信号输入端连接，水表、电表与STM32系列CPU输出端连接，键盘和显示器分别与STM32系列CPU的输入和输出端连接；在STM32系列CPU的另一信号输出端连接有GPRS模块，该GPRS模块内包括SM卡接口电路；GPRS模块与应用服务器无线连接，应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器与管理平台服务器连接；所述STM32系列CPU的控制端一通过变频器与热泵主机连接，STM32系列CPU的控制端二通过多路变频器与供水电机连接，STM32系列CPU的数据输出端通过485端口与检测平台连接。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，其特征是:所述传感器组包括热水机，水位，光照，温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，其特征是:GPRS模块选用M35芯片，M35芯片的数据传输端口 RXD和TXD分别与STM32系列CPU的GSMTX和GSMRX端口连接，选通控制器SMF05C的第6脚与SIM卡接口的数据端7脚连接，选通控制器SMF05C的3脚与SM卡接口的电源端I脚连接并与电源连接；选通控制器SMF05C的I脚和4脚分别与SM卡接口的2脚和3脚连接。
4.根据权利要求1所述的空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，其特征是:所述STM32系列CPU的TX3和RX3分别与MAX323的第11和第12脚连接，STM32系列CPU的TXl和RXl分别与MAX323的第10和第9脚连接。
5.根据权利要求1所述的空气源热泵智能化管理系统的硬件连接结构，其特征是:所述STM32系列CPU的CON17?CON24引脚分别与继电器I?继电器8的线圈连接。
【文档编号】F24H9/20GK204084870SQ201420139006
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】张小龙 申请人:河南诺特信息技术有限公司