CN215490417U - 一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，属于物联网技术领域。本实用新型以MCU模块为控制系统核心，分别与电平转换模块、通讯模块、驱动模块、数据采集模块电连接；远程监控端通过通讯模块监控并控制MCU模块对热水器进行控制；驱动模块连接由两继电器组成的执行器模块，继电器控制热水器的具体动作。本实用新型通过MCU模块连接各个部件模块，整合所有模块功能，通过通讯模块中的GPRS模块和WIFI模块与PC端和手机端无线连接，接收指令，根据指令和数据采集模块测得的数据比较，智能调控太阳能热水器的加水和加温，提高了系统的灵活性，使得用户能够远程操控太阳能热水器动作，方便用户使用。

Description

一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，更具体地说，涉及一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统。

背景技术

随着信息科技的发展，物联网技术已经应用于各种领域，如智能家居以及其它智能设备等。太阳能热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置，是现代人生活中的一种非常常见家用设备。在当前现有的一些智能家居控制系统中虽然添加了太阳能热水器，但因其智能化效果不佳，并未给用户带来良好的体验。其中绝大多数太阳能热水器的控制是通过有线连接，施加控制指令受位置限制严重。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

鉴于现有许多热水器控制采用有限连接，不能自由的施加控制指令的问题，本实用新型提供了一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，采用利用MCU模块对热水器各模块进行智能控制，并采用无线通讯，使得热水器控制系统更智能，控制更方便。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，包括MCU模块，所述的MCU模块作为控制系统核心，分别与电平转换模块、通讯模块、驱动模块、数据采集模块电连接；远程监控端通过通讯模块监控并控制MCU模块对热水器进行控制；所述的MCU 模块通过PA2、PA3号引脚与电平转换模块中的电平转换芯片U10连接，通过PG11、PA1 号AD转换引脚与数据采集模块连接，通过PG14、PB3号I/O引脚与驱动模块连接，并通过 PB10、PB13端与通讯模块中的GPRS模块连接，同时通过PA10、PA11端与通讯模块中的 WIFI模块的RXDTTL和TXD TTL端连接；所述的驱动模块连接由两继电器组成的执行器模块，继电器控制热水器的具体动作。

更进一步地，所述的电平转换模块由芯片U10及外围电路组成，电平转换芯片U10的 C1+引脚通过电容C31与C1-引脚连接，C2+引脚通过电容C32与C2-引脚连接，芯片U10的13端与DB9接口的3端连接，芯片U10的14端与DB9接口的2端连接；芯片U10的10端与15端连接后接地；芯片U10的1端经电容C31连接至3端，4端经电容C32连接至5端；芯片U10的6端经电容C35连接至8端，并接地；芯片U10的2端经电容C34接地，芯片 U10的16端接入电源的同时，经电容C33接入电容C34的另一端；芯片U10的11端和12 端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块。

更进一步地，所述的驱动模块由芯片U8及外围电路组成，芯片U8的1端和4端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块；连接器P8和P9同样接入MCU模块；芯片U8的8端接地，9端接入电源；芯片U8的13端接入继电器K2的3 端的同时，经二极管和电阻R23接入继电器K2的1端；芯片U8的16端接入继电器K3的3 端的同时，经二极管和电阻R22接入继电器K3的1端；继电器K2和K3的1端均接入电源。

更进一步地，所述的数据采集模块包括温度传感器，所述的温度传感器包括芯片U9，其 VDD引脚连接电源，DQ引脚通过电阻R65接电源的同时，与MCU模块连接；GND引脚接地。

更进一步地，所述的数据采集模块还包括液位传感器，所述的液位传感器为压力传感器，其VCC引脚接入电源，同时分别经电容C1和C2接地；Vout引脚经电阻R1接入P-out；GND 引脚经电容C3接入P-out的同时，接地。

更进一步地，所述的执行器模块的两继电器，分别与水箱上水的电磁水阀以及水箱加热的电辅热加热棒连接。

更进一步地，所述的通讯模块使用物联网通讯，通过GPRS模块接入MCU模块的PB10、 PB13端，并经云服务平台与PC端通过SIM卡无线连接；同时通过WIFI模块接入MCU模块的PA10、PA11端，并与手机端实现无线连接。

更进一步地，控制系统中还包括故障报警模块，该模块的有源蜂鸣器、LED灯和按键均与MCU模块的I/O口相连。

更进一步地，控制系统与本地监控端通过modbus通讯协议，利用RS232接口电路与MCU 模块连接。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，通过MCU模块连接各个部件模块，整合所有模块功能，通过通讯模块中的GPRS模块和WIFI模块与PC端和手机端无线连接，接收指令，根据指令和数据采集模块测得的数据比较，智能调控太阳能热水器的加水和加温，提高了系统的灵活性，使得用户能够远程操控太阳能热水器动作，方便用户使用。

(2)本实用新型的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，利用驱动模块将MCU模块产生的信号放大，再输入到执行器模块的两继电器上，通过继电器驱动与之相连的电磁阀和加热棒动作，控制水箱上水和加热，能够在MCU模块的统一调配下进行工作，无需人工控制上水和加热，方便用户使用。

(3)本实用新型的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，还设置有故障报警模块，当系统发生故障时会自动停止工作并发向监控端发出故障信号，同时系统也会通过其自带的蜂鸣器和LED灯发出声光报警信息，来提醒用户系统发生故障，防止热水器损害带来危险。

附图说明

图1为本实用新型的智能控制系统架构框图；

图2为本实用新型中温度传感器电路图；

图3为本实用新型中液位传感器电路图；

图4为本实用新型中驱动模块电路图；

图5为本实用新型中故障报警模块电路图；

图6为本实用新型中GPRS模块电路图；

图7为本实用新型中WIFI模块电路图；

图8为本实用新型中RS232电平转换模块电路图；

图9为本实用新型中MCU模块电路图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1，本实施例的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，包括MCU模块，所述的MCU模块作为控制系统核心，分别与电平转换模块、通讯模块、驱动模块、数据采集模块电连接；远程监控端通过通讯模块监控并控制MCU模块对热水器进行控制；所述的MCU模块通过PA2、PA3号引脚与电平转换模块中的电平转换芯片U10 (STM32F103ZET6)连接，通过PG11、PA1号AD转换引脚与数据采集模块连接，通过 PG14、PB3号I/O引脚与驱动模块连接，并通过PB10、PB13端与通讯模块中的GPRS模块连接，同时通过PA10、PA11端与通讯模块中的WIFI模块的RXD TTL和TXD TTL端连接；所述的驱动模块连接由两继电器组成的执行器模块，继电器控制热水器的具体动作。

结合图8和图9，控制系统与本地监控端通过modbus通讯协议，利用RS232接口电路与 MCU模块连接，本地监控端包括MCGS触摸屏。其中DB9接头(即图8中的D Connectoc 9 原件)的10和11号引脚分别MCU模块的PA2、PA3相连。控制器输出的TTL电平通过SP3232 芯片转成了232电平，转化后的电平信号通过RS232串口线就可被MCGS或其他设备接收。同样地，由MCGS或其它设备发出的232电平也可通过该芯片转换为控制器可识别的TTL 电平，从而实现主控制器与其他监控设备的数据交换。

在本实施例中，数据采样模块将从太阳能热水器中采集的数据传送到MCU模块中，MCU 模块再通过RS232电路将数据传送给本地监控端，也会通过通讯模块将数据发送给云服务平台，再由云服务平台通过互联网传送给远程监控端，即手机端和PC端。用户也可以通过本地监控端和远程监控端向MCU模块发送指令，MCU模块根据指令内容发出驱动信号，驱动信号经过驱动模块放大后驱动执行器模块的继电器动作来控制加热和上水，实现对太阳能热水器的监控。

结合图8，电平转换模块由芯片U10及外围电路组成，电平转换芯片U10的C1+引脚通过电容C31与C1-引脚连接，C2+引脚通过电容C32与C2-引脚连接，芯片U10的13端与 DB9接口的3端连接，芯片U10的14端与DB9接口的2端连接；芯片U10的10端与15端连接后接地；芯片U10的1端经电容C31连接至3端，4端经电容C32连接至5端；芯片 U10的6端经电容C35连接至8端，并接地；芯片U10的2端经电容C34接地，芯片U10 的16端接入电源的同时，经电容C33接入电容C34的另一端；芯片U10的11端和12端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块。

结合图4，驱动模块由芯片U8(MC1413)及外围电路组成，在驱动电路中SIGNAL-IN和SIGNAL-IN1引脚连接主MCU模块的I/O口；具体的，芯片U8的1端和4端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块；连接器P8和P9同样接入 MCU模块；芯片U8的8端接地，9端接入电源；芯片U8的13端接入继电器K2的3端的同时，经二极管和电阻R23接入继电器K2的1端；芯片U8的16端接入继电器K3的3端的同时，经二极管和电阻R22接入继电器K3的1端；继电器K2和K3的1端均接入电源。所述的执行器模块的两继电器K2和K3，分别与水箱上水的电磁水阀以及水箱加热的电辅热加热棒连接。当需要打开继电器时，控制器使该I/O口输出高电平信号，此时芯片U8输入引脚为高电平，输出引脚16和12脚为低电平，此时继电器K2和K3通电吸合，使得继电器输出侧1A和1B，2A和2B导通，输出回路中的电磁水阀和电辅热加热棒通电工作，系统开始对水箱上水和加热，同时指示灯LED5和LED6发光。当上水和加热到指定值时，控制器使中SIGNAL-IN和SIGNAL-IN1口输出低电平，芯片U8的16和12脚为高电平，继电器断电释放，电磁水阀断和电辅热加热棒电停止工作，上水和加热动作结束。

结合图2，所述的数据采集模块包括温度传感器，所述的温度传感器包括芯片U9，其 VDD引脚连接电源，DQ引脚通过电阻R65接电源的同时，与MCU模块连接；GND引脚接地。水箱中的温度信号经过芯片U9(DS18B20)温度传感器转化为0～3.3V的电压信号输送到MCU模块(3)的AD引脚进行转换。

结合图3，所述的数据采集模块还包括液位传感器，所述的液位传感器为压力传感器，其VCC引脚接入电源，同时分别经电容C1和C2接地；Vout引脚经电阻R1接入P-out；GND引脚经电容C3接入P-out的同时，接地。P-out端口的输出电压与检测口处的压强成正比例线性关系。根据帕斯卡定律，液体内部压强与液体深度有关，因此将检测口放于水箱底部，通过测量P-out端口的输出电压，即可计算出水箱水位。使用前需将检测口放置到太阳能热水器蓄水箱底端，导气管高于水箱顶部，这样当液面高于检测口时，测量点处的压器即为液体压强。使用时Vcc端口接+5V的电压，GND端口接+5V所对应的GND，P-out端口接控制器的AD引脚，通过对该引脚的电压进行采样转换即可得出水箱的水位。

温度传感器和液位传感器均位于太阳能热水器的水箱的内部，温度传感器传感器是用于检测太阳能热水器水箱内水的温度，液位传感器传感器是用于检测太阳能热水器水箱内水的水位。

结合图6和图7，所述的通讯模块使用物联网通讯，通过GPRS模块接入MCU模块的PB10、PB13端，并经云服务平台与PC端通过SIM卡无线连接；GPRS模块的输入端是MCU 模块的PA2、PA3，它的功能是与PC端完成数据交互。使用时需要插入一张SIM卡，在知道了远程客户端的IP地址以后，主控制器可以使用AT指令让此模块向远程客户端的IP地址发送数据，远程PC端的TCP服务器在接收到数据之后将其转化为可视数据显现给用户。同时远程客户端也可以向SIM卡发送指令，SIM800C接收到指令后将其转送到主控制器，主控制器对控制指令进行解析并进行相应响应。

同时通过WIFI模块接入MCU模块的PA10、PA11端，并与手机端实现无线连接。WIFI模块的功能是与手机终端完成数据交互。使用时需要连接附近的无线网络，在知道了手机终端连接的无线网络的IP地址以后，主控制器可以使用AT指令与手机终端建立连接。

结合图5，控制系统中还包括故障报警模块，该模块的有源蜂鸣器、LED灯和按键均与 MCU模块的I/O口相连。若有炸管、干烧或其他异常状态时，MCU控制器的PA8将发出高电平信号，经过放大电路驱动蜂鸣器发出警报，同时与之对应的红色LED灯也会随之闪烁，当用户按下确认按钮方可停止。

在本实施例中，该系统有两种模式，一种是手动模式一种是智能模式。用户可以通过本地监控端上位机控制界面或者远程监控端的上位机控制界面选择模式，来监控太阳能热水器的状态。具体流程包括：

步骤1：在上位机操作界面模式选择为智能模式，水位选择为20％、水温选择为40度、上水时间为4：00和加热时间为17:00。

步骤2：在上位机操作界面按下发送按键，PC机获取用户在上位机操作界面中选取的数据，并发送给MCU模块。

步骤3：MCU模块根据从上位机接收上水时间和加热时间数据，开启MCU模块的定时器。

步骤4：等到计时器计时到4：00到时，MCU模块发出驱动信号，驱动信号经过驱动模块放大后驱动执行器模块的继电器开关1闭合，电磁水阀通电工作，系统开始对水箱上水。

步骤5：MCU模块会根据数据采集模块采集的水位数值进行比对，当水位到达20％时，MCU模块停止发出驱动信号，继电器开关1断开，电磁水阀断电停止工作，系统停止对水箱上水。

步骤6：等到计时器计时到17：00到时，MCU模块发出驱动信号，驱动信号经过驱动模块放大后驱动执行器模块的继电器开关2闭合，加热棒通电工作，系统开始对水箱内的水加热。

步骤7：MCU模块会根据数据采集模块采集的温度数值进行比对，当水温到达40度时， MCU模块停止发出驱动信号，继电器开关2断开，加热棒断电停止工作，系统停止对水箱内的水加热。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：包括MCU模块，所述的MCU模块作为控制系统核心，分别与电平转换模块、通讯模块、驱动模块、数据采集模块电连接；远程监控端通过通讯模块监控并控制MCU模块对热水器进行控制；所述的MCU模块通过PA2、PA3号引脚与电平转换模块中的电平转换芯片U10连接，通过PG11、PA1号AD转换引脚与数据采集模块连接，通过PG14、PB3号I/O引脚与驱动模块连接，并通过PB10、PB13端与通讯模块中的GPRS模块连接，同时通过PA10、PA11端与通讯模块中的WIFI模块的RXD TTL和TXD TTL端连接；所述的驱动模块连接由两继电器组成的执行器模块，继电器控制热水器的具体动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的电平转换模块由芯片U10及外围电路组成，电平转换芯片U10的C1+引脚通过电容C31与C1-引脚连接，C2+引脚通过电容C32与C2-引脚连接，芯片U10的13端与DB9接口的3端连接，芯片U10的14端与DB9接口的2端连接；芯片U10的10端与15端连接后接地；芯片U10的1端经电容C31连接至3端，4端经电容C32连接至5端；芯片U10的6端经电容C35连接至8端，并接地；芯片U10的2端经电容C34接地，芯片U10的16端接入电源的同时，经电容C33接入电容C34的另一端；芯片U10的11端和12端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的驱动模块由芯片U8及外围电路组成，芯片U8的1端和4端分别接入连接器P10的2、4端，通过连接器P10的1、3端接入MCU模块；连接器P8和P9同样接入MCU模块；芯片U8的8端接地，9端接入电源；芯片U8的13端接入继电器K2的3端的同时，经二极管和电阻R23接入继电器K2的1端；芯片U8的16端接入继电器K3的3端的同时，经二极管和电阻R22接入继电器K3的1端；继电器K2和K3的1端均接入电源。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的数据采集模块包括温度传感器，所述的温度传感器包括芯片U9，其VDD引脚连接电源，DQ引脚通过电阻R65接电源的同时，与MCU模块连接；GND引脚接地。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的数据采集模块还包括液位传感器，所述的液位传感器为压力传感器，其VCC引脚接入电源，同时分别经电容C1和C2接地；Vout引脚经电阻R1接入P-out；GND引脚经电容C3接入P-out的同时，接地。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的执行器模块的两继电器，分别与水箱上水的电磁水阀以及水箱加热的电辅热加热棒连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：所述的通讯模块使用物联网通讯，通过GPRS模块接入MCU模块的PB10、PB13端，并经云服务平台与PC端通过SIM卡无线连接；同时通过WIFI模块接入MCU模块的PA10、PA11端，并与手机端实现无线连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：控制系统中还包括故障报警模块，该模块的有源蜂鸣器、LED灯和按键均与MCU模块的I/O口相连。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于物联网技术的太阳能热水器智能控制系统，其特征在于：控制系统与本地监控端通过modbus通讯协议，利用RS232接口电路与MCU模块连接。

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