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基于ZigBee技术的太阳能辐射采暖监控系统设计 　　摘 要： 现有的太阳能地板辐射采暖控制系统存在智能化程度不高，不能充分利用太阳能集热器热能等诸多问题。因此设计一款基于ZigBee技术的高效、安全、智能化控制系统。装置采用TFT触摸屏为操控终端，采用模块化功能结构设计。白天能够根据外界光照强度自动启动和停止外循环结构，夜间及阴天自动启动内循环及电辅热系统。结果表明，电辅热启动期间可以根据用户需求任意设定供暖房间和供暖时间，达到动态供暖，有效节约电能并且最大程度上保证了室内温度的舒适平稳。 　　关键词： 高效节能； 无线测控； 动态温控； ZigBee； STM32 　　中图分类号： TN915?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）22?0171?04 　　0 引 言 　　太阳能采暖是利用太阳能集热器收集太阳能并结合辅助能源满足采暖需求的系统，因此常称为太阳能联合系统[1]。太阳能蓄热是一个连续、非稳态的动态换热过程，集热管中的循环水温度变化受太阳辐照度、室外温度、水流速度及蒸发器蒸发温度等多个因素的影响。本文针对太阳能采暖的特点设计了以ZigBee技术为核心的无线监测控制系统[2]。其中采用无线智能双循环控制是该系统的创新应用，解决了常规太阳能采暖系统辅助加热时间长、热利用率低的问题，明显节约了辅助电能。因此该系统特别适合于别墅、新农村住宅及其他低层建筑的采暖应用[3]。 　　1 系统总体结构 　　ZigBee 技术具有协议简单、传输可靠性高、功耗低、自动动态组网自动路由、灵活性高、可扩展性强、实现成本低、实现相对简单等特点[4]。因此，为了解决传统监控系统中存在的布线复杂、灵活性不好、成本高等问题，设计了基于ZigBee 技术的太阳能采暖控制系统，改变了传统的有线数据采集的方式，避免了布线的麻烦，降低了功耗和成本，更具灵活性和可扩展性[5]。系统为了增强无线通信能力，设计加入了NRF2401功率放大器配合CC2530使用，有效解决了传输距离和误码率问题，系统经过测试空旷处传输距离150 m以上，数据准确率高于99%。 　　在本设计中，整体采暖控制系统由四部分组成：显示操作终端、室外采暖监控模块、房间分水控制模块和电辅热供暖模块[6]。四个部分通过ZigBee无线通信网络进行连接，结构如图1所示。 　　室内终端部分负责显示系统运行参数和状态以及人员交互操作协调系统的运行，这部分由ZigBee模块和迪文触摸屏组成，ZigBee模块负责与显示屏通信以及无线发送接收数据。室外采暖监控部分由STM32控制器和ZigBee单元组成，负责系统环境点温度采集、太阳能采暖循环系统控制、上传和存储系统运行状况、接收用户操作信息等。房间分水控制模块负责接收用户操作信息，控制供暖房间面积和供暖时间。辅助供暖设备采用了高效电加热炉，在太阳能光照不够和夜晚情况下保证正常供暖温度，可以根据用户设定的采暖房间和预设房间面积，整体面积决定电辅热装置的功率。 　　2 系统硬件设计 　　系统控制主要采用了CC2530和STM32两款嵌入式处理器，通过单元模块化设计，使各模块通过室内终端协调运行。 　　2.1 室外控制模块 　　室外监控采用意法半导体生产的STM32F103芯片，它是一款高效的32位嵌入式处理器，以Cortex?M3为内核，最高主频为72 MHz，128 KB FLASH，20 KB SRAM，同时内部资源丰富、性能高、功耗低，完全可以满足系统需求，并且价格较低，市场应用广泛[7]。 　　该模块通过采集多个关键点温度值分析比较，控制循环泵的启停及电磁阀的开关。当夜晚或者光照不足的时候太阳能集热量无法满足采暖需求，装置将情况发送至室内终端，协调电辅热系统启动，开启内循环模式，从而维持室内温度。处理器将温度值和开关量值存入SD卡当中，以便于后期通过数据分析优化控制方案和系统设计，可以针对全国不同地区的气候做出不同的自适应控制方案。 　　传感器采用单总线数字温度传感器DS18B20，其采用单总线技术，硬件连接只需使用电源、地、信号三线结构，并且可以多个传感器连接在一条信号线上，简化了硬件设计和系统连线。数据存储使用了大容量SD卡，软件移植FAT文件系统，以Excel格式存储数据，储存容量大，并且可以方便地取出SD卡进行数据分析[8]。 　　2.2 触控显示终端模块 　　该单元模块作为协调器，通过CC2530处理器协调其他三部分工作。TFT触摸屏可以直观地显示出各点的温度值以及设备的运行状态。通过屏幕操作可以手动控制每个被控对象的启停。显示屏采用DGUS屏，其内部自带ARM系统和存储芯片，通过串口采用5条指令就可以与其交互，并且是触摸屏结构，省去按键电路的设计，简化了