智能补水系统的设计.pdf
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1、科学技术创新 2023.21智能补水系统的设计陈震(泰州职业技术学院,江苏 泰州)引言目前,市场上热水采暖系统和中央空调系统大部分采用水为媒介进行换热,为了保证系统冷热交换稳定正常,空调水系统必须保持有一定的系统循环压力,因此热水采暖系统和中央空调系统通常需要安装自动补水装置,从而保证水系统内不倒空、不汽化、不超压。系统通常采用自动补水阀进行定压补水1-2,当系统压力低于设定压力时阀门自动打开补水,达到设定压力时自动关闭阀门停止补水。但当密闭水系统出现漏水点后,为了维持水压,补水阀会一直打开阀门补水,造成水资源的浪费。若是在寒冷的天气下,漏水处会受冻结冰,导致管道爆裂,自动补水阀出水端压力变小
2、,导致补水装置只能不断补水,造成水资源的浪费,甚至财产的重大损失。为了解决自动补水阀不能判断漏水的问题,本文提出了一种基于机智云的智能补水系统的设计3-5。补水系统通过流量传感器检测密闭水系统的补水量,根据补水量判断水系统是否发生泄漏,同时通过 Wi-Fi与机智云平台连接,将补水量等相关信息发送到云平台,通过云平台或手机 APP 可以实时观察补水量以及补水阀的开关信息,同时可以手动切换补水阀开关。1机智云平台机智云平台是机智云物联网公司面向个人、企业开发者推出的一站式智能硬件开发及云服务平台。平台提供了从定义产品、设备端开发调试、应用开发、产测、云端开发、运营管理、数据服务等覆盖智能硬件接入到
3、运营管理全生命周期服务的能力。平台主要包括技术中台、业务中台、数据中台三部分。技术中台负责管理技术方面问题,实现用户到云平台的数据处理;业务平台负责物联网平台与用户之间的业务处理,以保证物联网行业可以紧跟时代的高速发展和解决用户日益增长的业务问题;数据平台负责将数据集中化处理,并保存在系统云端,可以方便用户在云端找到所需要的主题系统。2系统硬件设计系统硬件结构框图见图 1。主要由主控制器、无线通信模块、水流量传感器模块、继电器控制模块等组成。整个系统以 STC8F2K16S2 单片机为核心,水流量传感器 YF-S201 实现对补水量的采集和电磁阀的开关,Wi-Fi 无线通信模块 ESP-01S
4、 通过串口将主控制器与机智云平台连接,实现数据的上传及命令的下发。2.1主控制器本系统采用 STC8F2K16S2 单片机作为主控制器芯片。STC8F2K16S2 是宏晶科技的一款基于 51 内核的单片机,指令完全兼容传统 5051,是单时钟/机器摘要:热水采暖系统和中央空调系统为保证冷热交换稳定正常,系统通常通过定压补水装置保持系统具有一定的循环压力。目前市场上的定压补水装置不能有效判断密闭水系统的泄漏情况,当密闭水系统出现泄漏时,水压下降,补水装置只能不断补水,造成水资源的浪费和财产的重大损失。本文设计了一套基于机智云的智能补水系统,通过流量传感器对密闭水系统的补水量的监测,自动判断密闭水
5、系统是否发生大的泄漏,并及时关闭补水阀,并将相关信息通过 WIFI 自动上传到机智云平台,用户通过手机 APP 能及时了解补水系统的工作情况。实验证明,该补水系统能对密闭水系统补水量进行有效的监测和控制。关键词:密闭水系统;机智云;流量传感器;WIFI中图分类号院TP273;TM925.1文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0224-05作者简介:陈震(1976-),男,硕士,副教授,研究方向:物联网技术、电机控制。224-2023.21 科学技术创新周期(1T)的单片机,比传统的 8051 系列要快11.213.2 倍,其片内具有 16K 程序存储器。2.2无线通信模
6、块ESP-01S 是由安信可开发的 WiFi 模块,该模块核心处理器 ESP8266 芯片是高性能无线 SoC,以最低成本提供最大实用性,高度集成天线开关、射频巴伦、功率放大器、低噪声接收放大器、滤波器等射频模块,同时芯片内置了业界领先的 Tensilica L106 超低功耗32 位微型 MCU,带有 16 位精简模式,主频支持80 MHz 和 160 MHz,支持实时操作系统(RTOS)和Wi-Fi 协议栈,可将高达 80%的处理能力应用于编程和开发。ESP-01S 模块支持标准的无线 802.11b/g/n 标准,完整的 TCP/IP 协议栈。用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能,
7、也可以构建独立的网络控制器。ESP-01S 可以作为独立 WiFi MCU 运行,用户通过基于 RTOS 的 SDK 开发带 WiFi 连接功能的产品。也可以通过 SPI/SDIO 接口或 UART 接口即可作为WiFi 适配器,应用到基于任何微控制器设计中。ESP-01S 模组共接出 8 个管脚,管脚功能定义见表 1。表 1管脚功能定义本设计中将 ESP-01S 模块通过串口与主控制器STC8F2K16S2 连接,通过其内置的固件为主控制器提供 Wi-Fi 连接功能。具体电路见图 2。图 2ESP-01S 接口电路2.3水流量传感器模块根据实际应用场合和控制的需要,选用基于霍尔元件的水流量传
8、感器模块 YF-S201。水流量传感器主要由阀体、水流转子组件、霍尔传感器和电磁阀组成。当水通过水流转子组件时,带动磁性转子转动,产生不同磁极的旋转磁场,霍尔传感器产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比,转子的转速又与水流量成正比,因此,可通过检测脉冲信号的个数来判断水流量的多少。YF-S201 工作电压范围宽,直流 518 V 供电,DC5 V 时,最大工作电流 15 mA,耐水压1.75 MPa,流量脉冲频率与水量的关系见公式(1)F=7.5*Q(1)其中,F 是流量脉冲频率,单位 Hz;Q 是水流量,单位 L/min。YF-S201 将电磁阀和流量传感器一
9、体化,降低了设备的安装难度,使用方便。YF-S201 有 2 个接口,流量传感器接线方式采用三线制,红线是电源线,接电源正极,黄线是脉冲信号输出线,黑线地线,接电源负极。电磁阀接线采用两线制,接 12 V 的线圈控制电压。YF-S201 模块中流量传感器的信号采集电路见图 3,流量传感器的工作电压 5 V,输出脉冲信号的幅值是 5 V,而主控制器 STC8F2K16S2 是 3.3 V 供电,两者的 IO 电平不匹配,因此通过一个简单的分压电路将脉冲的幅度转换成 3 V 送给主控制器的外部中断 INT0。图 3YF-S201 信号采集电路图 1硬件结构框图管脚编号 名称 功能说明 1 GND
10、接地 2 IO2 GPIO2 3 IO0 GPIO0 4 RXD UART0_RXD 5 TXD UART0_TXD 6 EN 芯片使能端 7 RST 复位 8 VCC 3.3 V 供电 RXD1IO03IO25GND7TXD8EN6RST4VCC2P2ESP-01S3_3VGNDRXD TXD 123P3SM2.54-3PGND5VR32KR43KC11104INT0225-科学技术创新 2023.212.4继电器控制模块YF-S201 模块中电磁阀是通过直流 12 V 控制的,因此主控制器不能直接控制电磁阀,必须通过继电器模块来控制电磁阀的开关。电路见图 4。其中主控制器和继电器模块之间通
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