基于stm32的家庭供热智能控制系统设计与实现

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1、基于STM32的家庭供热智能控制系统设计与实现摘要针对我国北方集中供暖安面积收费的现状，提出了基于STM32处理器为核心的预付费型智能家庭供热系统，实现按需供热。通过高精度数据采集令路对水温、流量进行采集，计算消耗的热量，实现按照热量收费。通过增量PID算法控制供热阀门调节室内温度，同时有定时开关的功能来实现按需供热，降低能耗。计费采用预付费方式，通过RFID技术实现。关键词STM32；智能供热；RFID；增量PID中图分类号TP3文献标识码A文章编号2095-636305-0050-03我国北方大部分地区需要集中供暖以应对严寒的冬天。目前，供暖主要采用按面积收费。造成供暖设备长期处于打开

2、状态，工作时间家庭住房的供热也不会自动停止，造成资源浪费。而热力公司以煤炭供热为主，在资源浪费的背后还有更严重的环境污染。在北方雾霾日益严重的今天，供暖是PM2.5的重要来源之一。针对这一现状，提出一种能够调节和控制的供热系统，住户可以根据自己的情况来选择温度或者是关闭供暖系统，做到按需供热。本文提出一种基于STM32的家庭智能供热的解决方案，可以实时显示当前消耗热量，室内温度，进水和回水温度，供热的开关状态。设计充分利用了STM32的片上资源，不需要额外增加存储芯片和AD转换芯片，节省设计成本。通过增量PID式算法调整控制量［1］。同时增加了时钟芯片，能实现供热的定时开关，为广大的上班族

3、节省开支，为治理雾霾做出贡献。1方案设计1.1室温智能控制系统智能控制系统的安装和结构如图1所示。用户供水管道包括进水管和回水管，分别在进水管和回水管安装温度传感器，在进水管安装流量传感器和电动阀门。处理器通过采集的流量计算流经供热系统的水流体积，通过采集的进出水温度信号计算供热系统的温度差，根据热量系数和体积，温度差来计算用户所使用的热能值。可以实现安装消耗的热量来计费，改变安装面积收费的现状。进水温度，回水温度，室温和己经消费的热量值通过LCD模块实时显示给用户。用户可以根据需要设计要求室温，通过增量PID算法来计算调整量，调整阀门控制水流来实现温度的调节。用户还可以设置供热系统的开关

4、时间，支持安装星期设置，实现周一到周五的工作时间关闭供热系统，实现选择性供热。1.2热量计算方法热量的计算有两种方法：焓差法和热系数法。热系数是由焓差计算得来的，所以说焓差法和热系数法在本质上是相同的，但热系数法的数据量比较大，所以我们选择焓差法。焓差法计算热量的公式为：t：供水时间，单位S;2硬件电路设计2.1芯片选择本设计选用的是由德意法半导体推出的基于ARMCortex-M3内核的32位处理器STM32F103C8T6。其工作频率为72MHz,并且有丰富的片上资源。内置K字节的Flash和K字节的SDRAM,有丰富的I/O接口和APB总线外设。有2个12位的A/D转换器，能满足数据采

5、集电路的模数转换［2］。包含IIC和SPI接口，方便与RFID电路进行通信。2.2数据采集电路lz/〔据采集电路包括温度采集和流量采集两部分。为了达到国家热能表的国家标准，温度采集电路采用铂电阻PT1000作为温度传感器，PT1000精度高，稳定性好，一致性好。温度采集电路采用桥式测量电路，信号经过调理放到后输入至STM32的ADC引脚。STM32内部集成12位的A/D转换模块，完全能满足系统的精度要求［3］。流量采集电路采用涡轮流量计，将涡轮流量计的脉冲信号输入到STM32,通过对脉冲的计数来计算流量。2.3RFID电路本系统设计借鉴了电力电表和燃气表的预付费方式选择预付费系统，只需要

6、在附近有供热预付费的终端，用户就可以很方便的购买供暖热量。综合考虑方便应用和节省成本，系统采用PHILIPS公司的MFRC522,其电路图如图4所示。RC522工作电压低，功耗小，支持ISO14443A协议［4］。RC522提供3种接口模式：SPI接口、USART接口和I2C接口。每次上电或硬件重启后都会复位其接口，通过检查控制引脚的电平来判断与处理器的接口模式。STM32和RC522之间采用SPI接口，RC522控制接口模式的引脚IIC接低电平，EA接高电平。STM32通过读写RC522的寄存器来实现系统的初始化，寻卡、停卡和射频卡的读写操作。2.4定时设计现在绝大部分家庭都是双职工，工

7、作期间可以关闭供热系统。由于供热需要一定时间，此系统设计了定时功能，用户可以设定系统的开启时间和关闭时间。这样能保证工作时间家庭的供热系统停止供热，而回到家后室温又达到预期温度。为了让定时更加准确，采用了外部时钟芯片DS1302。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。采用三线接口与处理器进行通信，可采用突发方式一