一种基于蓝牙技术的大型场地温度综合智能精确控制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统由软件部分、硬件部分两大部分组成，其特征是：硬件部分包括计算机、无线蓝牙模块、单片机电路板、温度采集单元、继电器及供热系统等；软件部分由三个模块组成，即底层控制模块、系统服务器端模块、web客户端模块，软件模块主要负责室内环境参数的采集和加热设备的控制。本设计采用不锈钢管封装、具有防水防潮方生锈特性的进口DS18B20温度传感器进行温度实时监测，可以将DS18B20温度传感器埋入沙场的不同深度、不同区域，全方位实时监测沙场温度，如果发现温度低或高于沙疗所允许的温度范围，系统便向单片机发送一个加热设备控制的命令，单片机接收到此命令后，便打开或者关闭继电器，从而实现对加热设备的开关操作。在这样的环境中，大型场地温度综合控制系统相对于人工使用温度计对环境温度的测量以及人为加热方式，能表现出更加精确，可靠的控制效果。
【专利说明】一种基于蓝牙技术的大型场地温度综合智能精确控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对特定场合，特别是大型的，对温度有持续特定要求的场地温度的智 能化在线精确控制。特别地，本系统，利用蓝牙技术，通过无线通信技术，设计了一种能够在 大型场地，多点采集温度综合智能分析，实时精准控制的技术和方法。 技术背景
[0002] 温度控制系统广泛应用于工业控制的各个领域，常用的控制电路根据应用场合和 所要求的性能指标有所不同。但目前市场上可见的温度控制系统，大都是单点采集温度， 如，居家供暖中的温度控制系统，其缺点是无法对大范围的温度进行精确控制。这种温度控 制系统对于小范围，且对温度要求不高的场合尚可使用，但对一些要求场地较大，温度控制 实时精确的特殊场合，它们就无法满足用户要求了。另外，由于单片机的高可靠性、高性能 价格比、控制方便简捷和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得 到广泛的应用。因此，采用单片机进行温度的综合控制也是目前温度控制的主要手段。但 是，单片机有以上优点的同时也有一些缺点。
[0003] 首先，它无法在单片机上建立数据库，特别是需要长时间收集存储历史数据的大 型数据库。而在许多应用领域就需要能够对历时数据完整保存，如，对温度要求较高的养殖 场、中医沙疗场等，都需要能够将历史数据完整保存以便后来的进一步查证和分析。
[0004] 另外，单片机也无法根据需要编写大型的具有数据挖掘，智能决策的软件系统。而 随着现代信息技术的飞速发展，通过对大量(甚至是海量）历史数据的深入分析和挖掘，找 出蕴含其中的更具价值的规律和特征知识，进而有针对性地设计出更加智能高效的控制策 略已经越来越受到人们的高度重视。这也要求一个好的采集与控制系统应该能够通过性能 可靠的计算机软件系统实现数据挖掘和知识发现。而要做到这一点，仅靠结构简单，功能单 一的单片机是无法完成的。
[0005] 还有，单靠单片机很难开发出界面友好，操作简单的软件互动界面。单片由于其简 单的硬件结构决定了它无法随心所欲地开发出界面简单美观，使用方便快捷，且功能完善 的人机界面。而随着各类操作简单便捷，界面美观大方的信息产品的普及，人们已经对人机 界面的要求越来越高，这就要求一款能够为大众接受的产品必须有一个更加友好的人机界 面，或者提供一种能够随时更具需要修改和完善界面的方法和渠道，要满足这些要求，在系 统中引入能够自由编程的计算机将是不二的选择。
[0006] 最后，传感器采集到的数据发送到单片机上，而后单片机在发送到电脑上，这一过 程，目前大都是采用有线传输，这不仅需要在使用场地进行布线安装，另外也大大限制了电 脑的活动范围，而且布线会影响美观，更重要的是，如果是一个经常有人接触的地方布放， 难免会被人触碰甚至弄断连线，而且一旦布放完成将很难随意挪动。要解决这些问题，采用 蓝牙技术无线化数据传输将是一个必然选择。
[0007] 综上所述，开发设计一个能够适应大型场地、实时采集温度、无线数据传输、数据 库存储，智能决策、且界面友好的高可靠性、灵活方便的温度控制系统和方法是必要的。
[0008]
【发明内容】
与现有的技术形成对比，本发明为用户提供了一种能够适应相对较大场地、蓝牙无线 传输、可编程智能决策、界面友好的综合温度控制机制。
[0009] 更具体一点，本发明包括计算机及其相应的软件、单片机及其相应的软件、能够在 一定范围内自由布放的温度采集传感器等组成。总体上，本发明使用灵活方便，控制智能 化、可编程化程度高，成本低廉，可推广性好。详细地，下面分别从软件部分和硬件部分两个 方面阐述。
[0010] 一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统由软件部分、硬件部分两 大部分组成，其特征是：硬件部分包括计算机、无线蓝牙模块、单片机电路板、温度采集单 元、继电器及供热系统等；软件部分由三个模块组成，即底层控制模块、系统服务器端模块、 web客户端模块，软件模块主要负责室内环境参数的采集和加热设备的控制。
[0011] 所述的一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征是： 一台计算机与多个温度采集单元相连，每个温度采集单元由1个51单片机，10-20个DS18B20温度传感器以及1个无线蓝牙模块组成，形成以主控单片机为中心，以温度采集传 感器为端点的星型网络；整个控制系统又是一个以计算机为中心，以10-20个温度采集单 元为端节点的大的星型网络；温度采集单元与计算机之间是通过无线蓝牙模块实现通信联 络的；这种设计适用于大面积复杂地形的温度测量；根据场地大小和现状的不同，采集密 度需求的不同，分布不同数量的温度采集单元。
[0012] 所述的一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征是：温度 采集单元由单片机与DS18B20组成，通过无线蓝牙模块实现通信联络；无线蓝牙串口模块 由蓝牙适配器和蓝牙模块两部分组成，经过实际测量得出存在墙体阻隔的情况下，有效传 输距离为25米左右；1个蓝牙适配器允许7个蓝牙设备同时连接，支持winXP、win7等通 用PC系统。
[0013] 所述的一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征是：软件 系统分为三个模块：即底层控制模块、系统服务器端模块以及web系统模块；当系统正常运 行之后，各个模块开始处于工作状态，此时数据便通过以下三种方式在系统中进行传送： a) 、底层控制模块的温度传感器不断地监测环境的温度，并将检测到的数据源源不断 地发送给单片机，然后单片机通过与之链接的蓝牙模块将数据发送给系统服务器端，系统 服务器端有一个守护进程会不停地查询端口的输入缓冲区，一旦缓冲区有新数据，守护进 程便将数据一次性读入系统进行处理，经处理之后，便把不同区域的温度分别存在数据库 表中对应的数据表字段中，此时，web系统便可以数据库中读取数据，展示在web网页中，用 户便能够实时进行查看； b) 、当用户需要人为干预控制温度调节设备时，便可以在web系统界面提交自己的控 制命令，一经提交，命令信息首先存入数据库表的对应的命令字段中，然后由系统服务器端 将命令读取出，放入数据输出缓冲区进行发送，单片机通过蓝牙接收到新读取的控制命令 后，将其发送给温度调节设备，从而实现对它的直接控制功能； c) 、用户可以在web系统设定一个对温度调控的范围值，一般通过经验数据给出，当系 统在运行的时候，传感器不断采集场地的温度，当监测到场地的温度高于或低于设定的调 控范围值以后，系统服务器端程序便通过控制算法智能输出一条对调节设备进行控制的命 令，发送给单片机进行执行，从而实现自动控制的功能； 所述的一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征是：将温度传 感器的监测能力分区域部署在温控环境中，并接通传感器与单片机的连线，接通单片机与 电脑进行通信的蓝牙模块；在系统部署完毕之后，启动系统服务器端软件BaseCtrl.exe， 软件便开始不停地监测通信端口，如果有传感器数据传来，控制软件便将接收到的温度数 据及时存入数据库中；如果检测到有新的命令已存入数据库，系统服务器端软件会将此命 令放入输出缓冲区，以便发送给单片机去执行；最后，在服务器端DOS界面输入命令mode app启动web服务器，并在PC端打开浏览器，在地址栏输入服务器ip地址或者域名，登录 web系统，便可以对场地不同区域的温度实时查看；如果需要人为干预打开或者关闭加温 设备，在web系统也可以提交相应的控制指令进行操作。
[0014] 下面详细叙述本发明的技术方案： 一台计算机与多个温度采集单元相连，每个温度采集单元由1个51单片机，10-20个DS18B20温度传感器以及1个无线蓝牙模块组成，形成一个以主控单片机为中心，以温度采 集传感器为端点的星型网络；而整个控制系统又是一个以计算机为中心，以10-20个温度 采集单元为端节点的大的星型网络；温度采集单元与计算机之间是通过无线蓝牙模块实现 通信联络的；这样更加适用于大面积复杂地形的温度测量。根据场地大小和现状的不同，采 集密度需求的不同，分布不同数量的温度采集单元。
[0015] 图1是单个温度采集单元的星型网络拓扑示意图，其中，1是网络端点（1)、2是网 络端点⑵、3是网络端点（3)、4是网络端点（4)、5是网络端点（5)、6是网络端点（6)。需 要说明的是图1中画了 6个温度传感器，在实际应用中，根据现场需要，可以布放10-20个。
[0016] 网络端点是温度传感器，我们采用的是DS18B20温度传感器。需要说明的是图1中 画了 6个温度传感器，在实际应用中，根据现场需要，可以布放10-20个。主控模块是一个 51单片机，它与这些温度传感器相连，星型的传感器节点，更加适用于需要范围温度采集的 系统。采用具有很高可靠性与精度的DS18B20作为传感器节点，有效的提高了系统整体性 能，使整个系统更加稳定可靠。系统结构简单，互相之间的依赖性弱，易于使用与维护，可以 有效降低成本。人机交互界面更加人性化，操作简便快捷，不需要人员培训即可使用。
[0017] 在充分考虑了使用环境的情况下，我们选择了具有不锈钢管封装，具有防水防潮 方生锈特性的进口DS18B20温度传感器。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感 元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，测温范围：一 55°C?+125°C，可实 现高精度测温。在-10?+85°C时精度为±0.5°C。支持多点组网功能，考虑到布线以及传 感器分部和稳定性等多方面原因，我们采用了单一接口方式。测量结果直接输出数字温度 信号，以〃一线总线〃串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能 力。
[0018] 图3是系统整体网络拓扑示意图，其中，a是温度采集单元（I)、b是温度采集单元 (2)、c是温度采集单元（3)、d是温度采集单元（4)、e是温度采集单元（5)。需要说明的是 图3中画了 5个温度采集单元，在实际应用中，根据现场需要，可以布放20-30个，甚至更 多。计算机是整个系统的服务器，这些温度采集单元与计算机通过蓝牙相连，而"加热单 元"(如图4,由单片机、继电器以及加热设备组成)也与计算机相连接，通过接受计算机发来 的控制指令实现对加热设备的控制。
[0019] 加热单元由由单片机、继电器以及加热设备(如锅炉，电热毯等)组成。当加热单元 的单片机根据接收到的从计算机(服务器）发来的开关控制命令，去继电器，从而实现对加 热设备的控制。
[0020] 我们的温度采集单元(单片机与DS18B20组成）通过无线蓝牙模块实现通信联络。 无线蓝牙串口模块由蓝牙适配器和蓝牙模块两部分组成，其理论传输距离为100米，进过 我们实际测量得出存在墙体阻隔的情况下，有效传输距离为25米左右。1个蓝牙适配器允 许7个蓝牙设备同时连接，支持winXP、win7等通用PC系统。
[0021] 软件操纵部分是用户操纵模块(数据传输、控制服务器)，该模块是负责与硬件部 分实时通信的底层控制软件。通过数据传输、控制服务器可以实时采集大型场地内不同区 域温度，并根据需要对加热设备(如，锅炉)实现开关控制。因此它是底层设备控制系统的核 心部分，通过该模块也保证了计算机与单片机之间的实时通信，及时收集从单片机传来的 温度信息和控制信息，并按信息采集时间记入数据库，为以后的编程提供数据支持。
[0022] 软件部分还包括界面控制模块，为了能够随时随地实现对系统的跟踪和远程控 制，我们充分利用互联网技术，将它设计成了一个web系统。通过一个web浏览器就可以与 系统实现远程人机交互。所以，只要有一台能够上网的计算机，用户就可以随时随地查看场 地内当前各个温度采集点的实时温度，并根据需要实现对加热设备的远程控制等操作。
[0023] 软件部分总体上由3个模块组成，分别是底层控制模块、系统服务器端以及web客 户端。
[0024] 第一个模块是底层控制模块。软件部分还要对系统的底层包括单片机电路板、 温度传感器、继电器及供热设备等进行控制，在该模块中，一方面，单片机将传感器采集的 不同区域的温度数据组合成一条完整的数据包，发送给底层控制控制软件将其存入数据中 心，另一方面，底层控制软件将对加热设备的控制命令发送给单片机来控制其工作。
[0025] 第二个模块是系统服务器端。此模块主要实现对用户控制命令的传输和智能控制 策略的计算。一方面，用户可以直接从web客户端发送打开或关闭加热设备的命令，服务端 直接传输给底层控制模块进行执行；另一方面，系统实时收集当前传感器采集的不同区域 的温度，并将其存入数据库，根据具体应用的需要，用户可以进一步编程，通过分析和挖掘 大量的历史数据，生成一个自适应的智能决策，并将决策信息自动发送到加热单元的单片 机，从而实现整个系统的智能控制。
[0026] 第三个模块是web客户端，也称PC控制端。我们充分利用互联网技术，开发了给 web控制端，它作为用户对整体系统就行控制的交互接口，可实现对系统方便，快捷的控制 操作。如，能够通过系统查看到大型场地不同区域的实时温度情况、加热设备的开或关的工 作记录等。该模块的一个特点就是，只要有一台能够上网的计算机，用户就可以随时随地 查看场地内当前各个温度采集点的实时温度，并根据需要实现对加热设备的远程控制等操 作。
[0027] 表1 ·Web客户端场地温度监控
【权利要求】
1. 一种基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统由软件部分、硬件部分两大 部分组成，其特征是：硬件部分包括计算机、无线蓝牙模块、单片机电路板、温度采集单元、 继电器及供热系统等；软件部分由三个模块组成，即底层控制模块、系统服务器端模块、web 客户端模块，软件模块主要负责室内环境参数的采集和加热设备的控制。
2. 根据权利要求1所述的基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征 是：一台计算机与多个温度采集单元相连，每个温度采集单元由1个51单片机，10-20个 DS18B20温度传感器以及1个无线蓝牙模块组成，形成以主控单片机为中心，以温度采集传 感器为端点的星型网络；整个控制系统又是一个以计算机为中心，以10-20个温度采集单 元为端节点的大的星型网络；温度采集单元与计算机之间是通过无线蓝牙模块实现通信联 络的；根据场地大小和现状的不同，采集密度需求的不同，分布不同数量的温度采集单元。
3. 根据权利要求1所述的基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特征 是： 温度采集单元由单片机与DS18B20组成，通过无线蓝牙模块实现通信联络；无线蓝牙 串口模块由蓝牙适配器和蓝牙模块两部分组成，经过实际测量得出存在墙体阻隔的情况 下，有效传输距离为25米左右；1个蓝牙适配器允许7个蓝牙设备同时连接，支持win XP、 win7等通用PC系统。
4. 根据权利要求1所述的基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特 征是：软件系统分为三个模块：即底层控制模块、系统服务器端模块以及web系统模块；当 系统正常运行之后，各个模块开始处于工作状态，此时数据便通过以下三种方式在系统中 进行传送： a) 、底层控制模块的温度传感器不断地监测环境的温度，并将检测到的数据源源不断 地发送给单片机，然后单片机通过与之链接的蓝牙模块将数据发送给系统服务器端，系统 服务器端有一个守护进程会不停地查询端口的输入缓冲区，一旦缓冲区有新数据，守护进 程便将数据一次性读入系统进行处理，经处理之后，便把不同区域的温度分别存在数据库 表中对应的数据表字段中，此时，web系统便可以数据库中读取数据，展示在web网页中，用 户便能够实时进行查看； b) 、当用户需要人为干预控制温度调节设备时，便可以在web系统界面提交自己的控 制命令，一经提交，命令信息首先存入数据库表的对应的命令字段中，然后由系统服务器端 将命令读取出，放入数据输出缓冲区进行发送，单片机通过蓝牙接收到新读取的控制命令 后，将其发送给温度调节设备，从而实现对它的直接控制功能； c) 、用户可以在web系统设定一个对温度调控的范围值，一般通过经验数据给出，当系 统在运行的时候，传感器不断采集场地的温度，当监测到场地的温度高于或低于设定的调 控范围值以后，系统服务器端程序便通过控制算法智能输出一条对调节设备进行控制的命 令，发送给单片机进行执行，从而实现自动控制的功能。
5. 根据权利要求1所述的基于蓝牙技术大型场地温度综合智能精确控制系统，其特 征是：将温度传感器的监测能力分区域部署在温控环境中，并接通传感器与单片机的连线， 接通单片机与电脑进行通信的蓝牙模块；在系统部署完毕之后，启动系统服务器端软件 BaseCtrl. exe，软件便开始不停地监测通信端口，如果有传感器数据传来，控制软件便将接 收到的温度数据及时存入数据库中；如果检测到有新的命令已存入数据库，系统服务器端 软件会将此命令放入输出缓冲区，以便发送给单片机去执行；最后，在服务器端DOS界面输 入命令mode app启动web服务器，并在PC端打开浏览器，在地址栏输入服务器ip地址或 者域名，登录web系统，便可以对场地不同区域的温度实时查看；如果需要人为干预打开或 者关闭加温设备，在web系统也可以提交相应的控制指令进行操作。
【文档编号】G05D23/20GK104317329SQ201410666348
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】年福忠, 邵大伟, 王宝超 申请人:年福忠