РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПО GSM КАНАЛУ

Данная полезная модель относится к регуляторам температуры, с дистанционным управлением.
Известен регулятор температуры с инфракрасным дистанционным пультом управления американской фирмы Carrier, модель Carrier Room Controller [1]. Главный недостаток такого устройства состоит в том, что между пультом управления и регулятором температуры должна проходить линия прямой видимости, так как любое препятствие нарушает передачу команд управления. Кроме того, инфракрасный пульт управления имеет одностороннюю направленность действия и оператор визуально должен убеждаться в выполнении дистанционной команды. Поэтому дальность действия инфракрасных пультов ограничена несколькими метрами.
Известен также регулятор температуры с дистанционным пультом управления по радио каналу, в частности на основе так называемой технологии BLUETOOTH [2]. В отличие от инфракрасных пультов эти устройства обеспечивают двухсторонний канал обмена информацией. Недостатками дистанционных пультов управления по радио каналу является ограниченная дальность действия (до 100 метров), так как радиопередатчики, используемые в них, работают без регистрации и должны иметь излучаемую мощность не более 10 мВт.
Наиболее близкими по технической сущности и отличительным признакам к заявляемому регулятору температуры является блок контроля отопительной системы «ГАЛАН-GSM» [3]. Это регулятор температуры с дистанционным управлением по GSM каналу. Устройство состоит из сотового телефона, встроенного датчика температуры, микроконтроллера,
блока сопряжения, ключа управления, реле, блока питания, резервного аккумулятора и блока аварийной сигнализации при этом, выход встроенного датчика температуры непосредственно на плате подключен к первому входу микроконтроллера, сотовый телефон через блок сопряжения подключен ко второму входу и первому выходу микроконтроллера, второй выход которого через ключ управления подключен к реле а третий выход микроконтроллера подключен к блоку аварийной сигнализации. Кроме того, блок управления содержит сетевой блок питания и резервный аккумулятор, заряжаемый от указанного блока питания. В качестве дистанционного пульта управления используется удаленный сотовый телефон, с помощью которого оператор с любого расстояния, используя в качестве дистанционных команд управления соответствующие SMS сообщения, может управлять отопительным оборудованием. Сотовый телефон блока контроля «ГАЛАН-GSM» принимает эти SMS сообщения, по последовательному интерфейсу передает их микроконтроллеру, они дешифрируются микроконтроллером и в зависимости от измеренной температуры встроенным датчиком осуществляется регулирование температуры, включением или выключением отопительного оборудования с помощью реле, обеспечивая заданный температурный режим.
Блоку контроля «ГАЛАН-GSM» присущи следующие недостатки. При выходе из строя ближайшей к нему сотовой станции, в зоне действия которой находится сотовый телефон блока контроля или при неисправности, изъятии сотового телефона из блока контроля регулирование температуры становится невозможным, так как автономный режим работы в этом устройстве не предусмотрен. В блоке контроля отсутствует индикация измеряемой температуры, нет возможности задать требуемую температурную уставку без удаленного
сотового телефона, а блок аварийной сигнализации не реагирует на такого рода критические ситуации. Кроме того, встроенный датчик температуры измеряет не столько температуру окружающего воздуха, сколько температуру внутри корпуса блока контроля «ГАЛАН-GSM», что приводит к погрешности регулирования температуры в помещении.
С целью устранения данных недостатков, а именно повышения эксплуатационных качеств и надежности в известное устройство введены, дополнительный микроконтроллер, модуль ввода параметров и дисплей, при этом выход датчика температуры подключен непосредственно к первому входу основного микроконтроллера, второй вход и первый выход которого через блок сопряжения подключены к интерфейсным выводам сотового телефона, первый и второй входы дополнительного микроконтроллера подключены непосредственно ко второму и третьему выходу основного микроконтроллера, первый и второй выход дополнительного микроконтроллера подключены к интерфейсным выводам дисплея, третий выход к блоку аварийной сигнализации, а четвертый выход через ключ управления к реле, модуль ввода параметров подключен непосредственно к третьему четвертому и пятому входам дополнительного микроконтроллера, причем блок питания подключен к выводам питания основного и дополнительного микроконтроллеров, входу АЦП датчика температуры и к аккумулятору сотового телефона. Кроме того, датчик температуры вынесен из корпуса регулятора температуры и подключен к основному микроконтроллеру с помощью кабеля, а в качестве резервного аккумулятора используется аккумулятор сотового телефона.
Благодаря этому в предлагаемом устройстве вынесенный датчик температуры устанавливается непосредственно в том месте, где должен
обеспечиваться заданный температурный режим. С помощью модуля ввода параметров можно задавать разные температурные режимы и уставки, которые, как и измеренная температура отображаются на дисплее. Блок аварийной сигнализации сообщает о критических ситуациях, в том числе и о неисправности дистанционного канала управления. Таким образом, даже при неисправности сотового телефона регулятор сохраняет работоспособность, обеспечивая выполнение своей основной функции.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого регулятора температуры с дистанционным управлением по GSM каналу. Устройство содержит (см. фиг.1) сотовый телефон 1, блок сопряжения 2, основной микроконтроллер 3, дополнительный микроконтроллер 4, вынесенный датчик температуры 5, ключ управления 6, реле 7, дисплей 8, модуль ввода параметров 9, блок аварийной сигнализации 10 и блок питания 11.
Практическая реализация данного устройства выполняется по известным схемам с использованием однокристальных микроконтроллеров 3 и 4 типа PIC16F648A фирмы Microchip или подобных. В качестве вынесенного датчика температуры 5 используется цифровой датчик температуры DS2436 фирмы Maxim/Dallas Semiconductors, который совмещает в себе функции чувствительного элемента, формируя на выходе 13 разрядный код температуры и 10 разрядного АЦП, используемого для контроля напряжения питания регулятора температуры [4]. Эта микросхема работает в широком диапазоне температур(от -55°С до +125°С), не требуют калибровки, подключается к трехпроводной линии длиной до 30 метров. Дисплей 8 - это одно или двух строчный LCD индикатор на несколько знакомест с последовательным интерфейсом, модуль ввода параметров 9 реализован
на трех кнопках типа ПКН 150-1. Блок аварийной сигнализации 10 выполнен на стандартном устройстве - звуковой сирене.
Рассмотрим работу регулятора температуры с дистанционным управлением. Оператор, находясь на большом удалении от объекта с отопительным оборудованием, где контролируется температура, используя сотовый телефон как дистанционный пульт управления, передает запрос на объект в виде SMS сообщения следующего формата Т=? и в ответ получает SMS сообщение с измеренной температурой. Если необходимо изменить параметры регулирования, то оператор передает сообщение другого типа Т=ХХ, где XX значение температурной уставки и в ответ получает подтверждение об изменении регулируемой температуры в виде SMS ОКХХ. Кроме того, в регуляторе температуры имеются фиксированные температурные уставки, выход за пределы которых измеряемой температурой сверху или снизу также приводит к передаче SMS сообщений типа Т=Н (Temperature High) или SMS T=L (Temperature Low). Могут быть переданы еще и такие важные тревожные SMS сообщения U=0 при отключении сети переменного тока на объекте (220 В). В этом случае регулятор температуры переходит на питание от аккумулятора сотового телефона. И при снижении напряжения аккумулятора ниже критического передается SMS сообщение U=L. О неисправности цифрового датчика температуры передаются два SMS сообщения ER0 при коротком замыкании датчика и ER1 при его обрыве (отсутствии). Если сотовый телефон 1 неисправен или нарушен интерфейс между ним и основным микроконтроллером 3 регулятора температуры, на дисплей 8 выводится сообщение о неисправности сотового телефона, включается сигнализация, однако регулирование температуры продолжается и при
необходимости изменения температурного режима можно автономно ввести новые температурные уставки с помощью модуля ввода параметров 9.
Проверка состояния канала дистанционного управления начинается сразу же после включения блока питания 11 в сеть и начальной инициализации микроконтроллеров 3 и 4, путем передачи в сотовый телефон 1 основным микроконтроллером 3 через блок сопряжения 2 команды - «AT». Эта команда передается в сотовый телефон по последовательному интерфейсу в виде ASC кодов в формате 8N1 со скоростью 9600 бит в секунду. Отклик сотового телефона на данную переданную команду должен быть «ОК.». Если этого отклика нет, то формируется признак ошибки - нет интерфейса, которая передается в дополнительный микроконтроллер и отображается на дисплее. Кроме того, включается блок аварийной сигнализации 10. Однако регулятор температуры продолжает работу, отрабатывая температурную уставку. Если же отклик получен «ОК», производится проверка наличия в памяти сотового телефона 1 (в телефонной книжке) номера телефона оператора, с которым должна осуществляться связь по дистанционному каналу управления. Если это не удается сделать, то формируется признак ошибки - нет номера оператора. Эта ошибка отображается на дисплее 8 и включается блок аварийной сигнализации 10, но регулятор продолжает работать автономно. При считывании номера телефона оператора из памяти (телефонной книжки) этот номер сохраняется в памяти основного микроконтроллера 3 и в дальнейшем используются для формирования SMS сообщений. После этого основной микроконтроллер 3 переходит в режим ожидания получения SMS сообщений и одновременно контроля всех параметров регулятора: исправности датчика, измеряемой температуры, наличия и величины напряжения питания. Если возникает
какая-то критическая ситуация, то микроконтроллер формирует соответствующее тревожное SMS сообщение и передает его на сохраненный номер оператора. Одновременно данные о критической ситуации передаются на дополнительный микроконтроллер 4, чтобы вывести их на дисплей 8 и включить блок аварийной сигнализации 10. Причем, если ситуация не изменяется, то тревожные SMS сообщения передаются через каждые 15 минут. Если от удаленного оператора получено SMS сообщение, оно дешифрируется основным микроконтроллером 3 и если не соответствует формату типа Т=? или Т=ХХ удаляется из памяти. Если же SMS имеет вид Т=?, то в ответ на запрос передается SMS+XX или -XX, где XX измеренная температура в градусах. Если же принятое SMS сообщение имеет вид Т=ХХ, то значение XX, как новая температурная уставка записывается в память дополнительного микроконтроллера 4 и отрабатывается регулятором температуры. После этого основной микроконтроллер 3 передает в ответ подтверждение об изменении температурной уставки ОКХХ. Следует остановиться на формате передачи информации из основного микроконтроллера 3 в дополнительный микроконтроллер 4. Каждую секунду (это темп измерения температуры) основной микроконтроллер по выходу 2 передает сигнал прерывания на вход 1 (вход прерывания) дополнительного микроконтроллера, после чего передается три байта данных: температура, уставка и байт состояния (ошибок). Если в соответствии с принятым SMS сообщением изменилась температурная уставка, то по выходу 3 основного микроконтроллера на вход 2 дополнительного микроконтроллера передается сигнал подтверждения обновления температурной уставки. По выходу 1 дополнительного микроконтроллера передаются синхроимпульсы, а по выходу 2 данные,
отображаемые на LCD дисплее. Модуль ввода параметров 9 подключен ко входам 3, 4, 5 дополнительного микроконтроллера. Три кнопки модуля ввода параметров +, -, * используются в режиме двойного функционального назначения: нажатие на кнопки + или - в исходном состоянии приводит к выбору параметров регулятора температуры, после нажатия кнопки * приводит к увеличению или уменьшению выбранного параметра. Входы питания (ВхП) микроконтроллеров и вход АЦП датчика температуры 5 и аккумулятор сотового телефона подключены к выходу сетевого блока питания. При отключении сети микроконтроллеры и датчик запитываются от аккумулятора (А) сотового телефона 1, выполняющего функцию резервного. Эксплуатация опытного образца регулятора температуры с дистанционным управлением по GSM каналу подтвердила преимущества этой эффективной и надежной системы контроля отопительного оборудования.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ ЗАЯВКИ
1. Техническое описание регулятора температуры с инфракрасным дистанционным пультом управления фирмы Carrier. На интернет сайте http://www.inrost.ru/library/instruct/condition/carctrl/roomcontroller.html
2. Shan Q, Liu Y, Prosser G, Brown D, "Wireless intelligent sensor networks for refrigerated vehicle", Proceedings of IEEE 6th CAS, pp 525-528, 2004.
3. Блок контроля отопительной системы "ГАЛАН-GSM", ЗАО "Фирма "ГАЛАН", г. Москва, ул. маршала Новикова, д.4, к.1, тел. 225-31-25 Техническое описание в виде pdf файла на сайте www.mirtepla.ru/content/doc/manuals/galan.pdf
4. Цифровые датчики температуры и их применение. Бартенев В.Г. «Датчики и системы» №12, 2004 г.