摘要: 針對一些大型場所空調離散安裝，且使用無規律的電能浪費問題，提出組態基于網絡的空調程控系統。其中包括空調程控系統構架方案和控制終端成型設計，采用了實地建模多處取點試驗的方法進行反復測試。結果表明實現了穩定可靠的系統控制和實時高效的系統管理，具有實用價值和推廣價值。
科技飛速發展，智能設備的應用已涵蓋各行各業。智能控溫、紅外遙控的空調，在家庭生活中，因為加上了人為控制因素，基本上不存在浪費的跡象。但是，對于學校等一些單位，使用群體復雜且使用時間無規律，不便安裝中央空調系統，或者安裝中央空調更浪費，而離散安裝使用分體空調的場所，要達到真正的節能、環保，充分發揮空調設備的作用，實現最佳的使用和管理，應專設遠程監控管理機制，組建方便適用且易于實現的基于網絡的空調程控系統，以期解決空調使用過程中的能源浪費和物業管理難的問題。
1 空調程控系統設計背景
普通空凋由主機和附機組成，使用年限一般為6年以上，質保期可以達到3年。空調核心--壓縮機的壽命在10年以上，渦旋式的更長。使用保養得當，空調壽命均可超過10年。目前，本院教室、辦公室全空調配備，數量巨大，人工控制不便。就2002年采購安裝的空調有450臺之多，都是2001年的主流產品，但到了2008年共有8臺空調報廢。在學院的運行環境中，算是提前結束了空調的壽命。物業部門花了大量的人力物力，加強空調的使用管理，仍不能解決使用與管理之間的矛盾。教室里低溫常開、空開的現象，不僅造成電能浪費和縮短空調的使用壽命，還直接影響人的身體健康。只有把這些空調實現與網絡設備對接，為每臺空調增加網絡接入設備，利用學院網絡遍及校園每個角落的特點，把學院集散安裝的空調全部納入系統管理，才能更好地利用現有資源，延長空調設備的使用壽命和降低能耗。單片機強大的功能以及低廉的價格和低功耗，恰好給我們提供了"物盡其用"的完美空間。解決單片機上網和發送紅外遙控的功能，就等于解決了現有空調的網絡接口，原有集散安裝的空調納入集中系統控制也就有可能。
2 空調程控系統構架
本系統針對使用管理情況將用戶分為3個級別，即：終端用戶、普通用戶和管理員用戶。終端用戶只能在現場控制已打開空調的運行狀態；普通用戶，可以用用戶名和密碼登陸系統，瀏覽空調的運行狀況，同時在已打開空調的控制終端，通過網頁控制平臺選擇使用空調的運行狀態，也可在線依管理流程向管理員申請空調設備的開啟；管理員用戶是整個系統的管理者，在系統內對所有空調的管理、監控。系統由Web服務器、控制終端和用戶組成。其中，Web服備器、管理員是系統核心，控制終端是信息采集和控制指令執行機構。服務器通過英特網與控制終端交換信息，以網頁的形式顯示給用戶，實現用戶與控制終端的信息交流，達到對空調可靠、實時的控制管理。設計構架如圖1所示。
圖1 基于網絡的空調程控系統構架圖
3 控制終端
3.1 控制終端設計方案
系統設計的宗旨是集中控制管理離散安裝于各教室的分體空調，使其高效、節能、降耗。實現這一宗旨，需有一個行之有效的控制終端解決方案：基于網絡集控制與采集于一體。模擬工控網絡的控制終端方案，用C51內核的單片機做核心處理器，配置網絡轉串口模塊、電流互感器件，再加上紅外發射頭和光耦、繼電器，組態為廉價、可聯網、可發送紅外遙控編碼的網絡控制終端。這樣設計的優點是：首先保證了空調的完整性；再者其具有安全、穩定、可靠、可操作性強且易于實現等特點。
3.2 控制終端硬件
控制終端硬件由網絡轉串口模塊和主板組成。模塊的主要任務是網絡數據與串口數據的相互轉換，并把轉換后的數據經過指定的協議從各自的接口中發送。主板由電源、開關量輸出、紅外發射頭、網口、模塊接口以及狀態燈等功能區塊組成，如圖2所示。每個區塊功能如表1所示。這些功能相對都很顯然，僅對模擬量采集的實現過程稍加說明。控制終端主芯片采用STC12C5A32S2,自帶8路10位A/D（P1口）。利用單片機本身的A/D轉換功能，根據交流互感器原理，i1n1=i2n2,來采集空調電源的電流數據，并把這些數據與正常功能值比較，得出空調的運行狀態或故障信息，然后把這些信息實時上傳到Web數據庫。經服務器處理后再動態顯示給用戶，讓用戶實時撐握空調的狀態，以便做出相應的處理措施。
3.3 控制終端軟件的實現
控制終端主芯片STC12C5A32S2通過一對一的串口連接方式與網絡轉串口模塊連接，網絡模塊設置成固定的客戶端網絡訪問模式。控制終端上電即開始與設置的固定服務器連接。主芯片直接收發、處理串口數據。驅動紅外和繼電器等I/O控制裝置，把現場采集到的信息每間隔兩2 s發送一次到服務器并循環檢測串口。如發現口串口的接收標志位為高電平，立即拉低發送標志位，直到數據接收完畢后再復位發送標志位，并把控制終端的即時狀態信息發送到服務器，如此往復循環。軟件的流程圖如圖3所示。
圖3 控制終端軟件流程圖
4 基于網絡的空調程控系統模型
4.1 系統配置
服務器配置如表2所示。
表2 系統服務器配置表
控制終端網絡資料配置如表3所示。
表3 系統模塊控制終端網絡資料配置表
4.2 數據庫表格設計
系統模型涉及存儲的數據和狀態比較少，通過一張表來表示，如圖4所示。
圖4 數據庫表截圖
數據庫表的具體說明見表4所示。
表4 數據庫表說明
4.3 測試
配置好系統的硬件和軟件，把服務器（普通辦公電腦代替）固定在行政樓辦公室里，按測試點的IP" target="_blank">IP段分別配置兩臺控制終端，實地進行系統測試。然后在瀏覽器上進入系統控制界面，如圖5所示。
圖5 測試系統網頁操作頁面
兩臺控制終端分別與ID為3、4的兩操作行對接，按3號操作行的open鍵，一號機就發射紅外信號，打開空調；再按close鍵，一號機就發送紅外關閉空調。對4號ID行的兩按鍵操作，相應的動作在二號機上一樣可靠執行；對其它ID行操作，現有的兩臺控制終端沒有任何反應；在校園網內，分別把兩臺控制終端先后安裝在不同的地點測試，控制效果均正常。測試系統測試過程中一個控制結果的具體數據如圖6所示。
圖6 測試中的具體數據
反復多次進行網線插拔，斷電后再上電操作，均能可靠控制空調。測試結果表明，控制終端能夠穩定、可靠地工作在網絡模式下。并能達到基于網絡的空調程控系統的預期要求，將在實際運用中，運用主芯片大量的剩于空間和I/O口，可以擴展更多的實用功能，如室內溫度檢測、使用無線（430M或者ZigBee、Wifi等無線網絡）傳輸數據等。讓系統組件的安裝布線更容易，功能更完善，使用的場合也會更加廣泛。
5 結束語
通過系統模型的在線運行測試，結果證實了通過遠程網絡對空調穩定控制的可行性，給物業管理創建了良好的系統管理基礎平臺。解決了離散安裝的空調需要大量人工監控的繁瑣事務。從側面解決了空調設備基于網絡的遠程控制問題，為空調設備開發商的空調控制系統研發提供參考，對強化智能的設備管理工作有著重要的意義。