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摘要：论文介绍了一种基于STM32单片机的家庭暖气管道监控智能系统。系统结合WIFI知识，采用分布式传感器，对暖气管道进行监控。用户可以利用手机终端实时监控暖气管道系统的状况。
关键词：STM32；WIFI；管道监控
北方冬天集中供暖后暖气管道破裂事件頻频发生，管道发生破裂时第一时间无法发现，需要等到管道内热水大量渗出地面后才会被人发现，发现后还需要通过仪器确定管道破裂部位。而市面上的暖气管道检测仪器效率非常低，等到确定破裂部分时间已经过去很久，这样不光会加大维修难度，还会浪费资源，物力，人力等。本论文介绍一种暖气管道实时监测系统，当管道发生破裂之后，系统可以第一时间判定管道发生破裂，立即关闭管道，并排出管道中的水，同时通知业主。
1 系统硬件设计
系统使用STM32作为主控连接TFT液晶屏，显示当前系统的各种指标的参数。同时具备GPRS通讯功能，通过串口与主控通信，发给业主信息，使用WIFI模块作为节点与主控建立通信。STM32使用电子流量计来测量暖气管道中水流的情况，从而判断暖气管道是否破裂。系统还连接有电磁阀，可以控制暖气管道的开关。
1.1 主控模块
系统中采用的主控是STM32F103。主控的系统时钟速度可以达到72M，可以达到本系统的要求。外接有80个GPIO端口，可以满足外接模块的端口要求。内置有实时时钟RTC时钟模块。有足够多的中断以及5个定时器，还有如两个USB、五个USART、两个CAN、三个IIC、两个SPI等通信端口，足以满足系统的设计要求。
1.2 ESP8266
ESP8266 是一款集成了32位处理器的Wi-Fi 芯片模块。ESP8266高度集成了各种硬件模组，有很好的屏蔽作用，并且价格很便宜。还具有低功耗的功能。非常合适作为本系统的通信以及终端控制采集模块使用。
ESP8266与STM32连接也非常简单，ESP8266的UTXD与STM32的RXD相连，URXD与TXD相连。
1.3 流量计
管道上使用电子流量计，计算暖气管道的流量。通过霍尔元器件采集转子的速度，通过公式计算出流经的水流量，将信号发给微控制器，进行数据判断与处理。计算水流量的公式
F是转子转动的计数，Q是水的体积，单位是升。误差在±2%之内，供电电压在3.5-24V之间，电流不能超过10mA，流完一升水输出300个脉冲。
1.4电磁阀
利用差分放大电路设置一个双向门电路，实现电路可以输出正负脉冲来控制电磁阀得开关。实现管道控制电气化。电磁阀另有外漏堵绝，内漏易控，系统简略，便接微控制器控制，价格低廉，响应快速，功率比较小，外状轻盈等特色，也就很合适这套系统中对管道的实时控制。电磁阀选择12V供电，驱动一个差分电路，可以实现正负脉冲的转换。电磁阀的控制方式是给一个20ms的正脉冲就可以打开电磁阀，给一个20ms的负脉冲就可以关闭电磁阀。差分电路如图所示。
2 系统软件设计
2.1 系统流程图
本系统使用操作系统做软件程序开发，所以系统可以分为以下模块：图形显示任务、流量监测任务、管道控制任务。任务之间的通信使用自己设定的信号量来传输各个任务的状态。
2.2 ESP8266数据通信解析
ESP8266作为系统数据采集和终端控制的节点，还有为了配合系统的分布式控制，系统中使用了多个ESP8266模块。按照实现的功能可以把模块分为网关节点，数据采集终端，电磁阀控制终端和云端通信节点。各个ESP8266模块之间的通信是使用的UDP协议局域网内通信，ESP8266与云端通信方式使用TCP协议通信。
网关节点作为主控、手机、各个终端的连接器。在网关ESP8266中进行数据打包，然后将数据传送到系统中各个模块上。所有的终端都与网关节点通过WIFI建立连接，进行数据交换，通过串口建立与主控的连接。
数据采集ESP8266终端是系统中主要数据采集来源，作为系统的最重要感知层。模块上集成4路电子流量计采集模块。在数据采集终端将所有的采集来的数据进行打包发往到网关节点。
电磁阀响应终端是系统的主要响应终端，有三组响应电路，可以实现正负脉冲的输出，来控制家庭中各个管道的通断。终端接收的数据来自于网关。
云端通信模块主要是实现与云端的数据连接，及时的把采集的数据发送到云端，还有家庭中的其他数据控制信号传送到云端，云端与手机APP建立通信。
3 结论
论文介绍了基于STM32的暖气管道系统，运用WIFI技术能够使用户实时检测家中管道情况。经过实物论证，该系统能很好的解决当前家庭暖气管道侧漏存在的问题。
参考文献
[1]尚晓新. 基于ZigBee无线通信技术的天然气管道监控系统设计[J]. 制造业自动化， 2012， 34（14）：70-73.
[2]许华春， 朱宗玖. 基于STM32的家庭智能家居设计[J]. 中小企业管理与科技旬刊， 2017（1）：150-151.
[3]黄隽. 基于STM32的家庭环境监测系统的设计与制作[J]. 数字技术与应用， 2017（3）：188-189.
[4]黄予. 基于WIFI物联网的家电智能控制系统[J]. 智能城市， 2017（3）：1-10.
[5]Byun J， Jeon B， Noh J， et al. An intelligent self-adjusting sensor for smart home services based on ZigBee communications[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2012， 58（3）：794-802.
作者简介：许春磊（1978.12--），男，汉族，山东莒南人，讲师，硕士，主要从事计算机技术和电子信息技术研究
关键词：STM32；WIFI；管道监控
北方冬天集中供暖后暖气管道破裂事件頻频发生，管道发生破裂时第一时间无法发现，需要等到管道内热水大量渗出地面后才会被人发现，发现后还需要通过仪器确定管道破裂部位。而市面上的暖气管道检测仪器效率非常低，等到确定破裂部分时间已经过去很久，这样不光会加大维修难度，还会浪费资源，物力，人力等。本论文介绍一种暖气管道实时监测系统，当管道发生破裂之后，系统可以第一时间判定管道发生破裂，立即关闭管道，并排出管道中的水，同时通知业主。
1 系统硬件设计
系统使用STM32作为主控连接TFT液晶屏，显示当前系统的各种指标的参数。同时具备GPRS通讯功能，通过串口与主控通信，发给业主信息，使用WIFI模块作为节点与主控建立通信。STM32使用电子流量计来测量暖气管道中水流的情况，从而判断暖气管道是否破裂。系统还连接有电磁阀，可以控制暖气管道的开关。
1.1 主控模块
系统中采用的主控是STM32F103。主控的系统时钟速度可以达到72M，可以达到本系统的要求。外接有80个GPIO端口，可以满足外接模块的端口要求。内置有实时时钟RTC时钟模块。有足够多的中断以及5个定时器，还有如两个USB、五个USART、两个CAN、三个IIC、两个SPI等通信端口，足以满足系统的设计要求。
1.2 ESP8266
ESP8266 是一款集成了32位处理器的Wi-Fi 芯片模块。ESP8266高度集成了各种硬件模组，有很好的屏蔽作用，并且价格很便宜。还具有低功耗的功能。非常合适作为本系统的通信以及终端控制采集模块使用。
ESP8266与STM32连接也非常简单，ESP8266的UTXD与STM32的RXD相连，URXD与TXD相连。
1.3 流量计
管道上使用电子流量计，计算暖气管道的流量。通过霍尔元器件采集转子的速度，通过公式计算出流经的水流量，将信号发给微控制器，进行数据判断与处理。计算水流量的公式
F是转子转动的计数，Q是水的体积，单位是升。误差在±2%之内，供电电压在3.5-24V之间，电流不能超过10mA，流完一升水输出300个脉冲。
1.4电磁阀
利用差分放大电路设置一个双向门电路，实现电路可以输出正负脉冲来控制电磁阀得开关。实现管道控制电气化。电磁阀另有外漏堵绝，内漏易控，系统简略，便接微控制器控制，价格低廉，响应快速，功率比较小，外状轻盈等特色，也就很合适这套系统中对管道的实时控制。电磁阀选择12V供电，驱动一个差分电路，可以实现正负脉冲的转换。电磁阀的控制方式是给一个20ms的正脉冲就可以打开电磁阀，给一个20ms的负脉冲就可以关闭电磁阀。差分电路如图所示。
2 系统软件设计
2.1 系统流程图
本系统使用操作系统做软件程序开发，所以系统可以分为以下模块：图形显示任务、流量监测任务、管道控制任务。任务之间的通信使用自己设定的信号量来传输各个任务的状态。
2.2 ESP8266数据通信解析
ESP8266作为系统数据采集和终端控制的节点，还有为了配合系统的分布式控制，系统中使用了多个ESP8266模块。按照实现的功能可以把模块分为网关节点，数据采集终端，电磁阀控制终端和云端通信节点。各个ESP8266模块之间的通信是使用的UDP协议局域网内通信，ESP8266与云端通信方式使用TCP协议通信。
网关节点作为主控、手机、各个终端的连接器。在网关ESP8266中进行数据打包，然后将数据传送到系统中各个模块上。所有的终端都与网关节点通过WIFI建立连接，进行数据交换，通过串口建立与主控的连接。
数据采集ESP8266终端是系统中主要数据采集来源，作为系统的最重要感知层。模块上集成4路电子流量计采集模块。在数据采集终端将所有的采集来的数据进行打包发往到网关节点。
电磁阀响应终端是系统的主要响应终端，有三组响应电路，可以实现正负脉冲的输出，来控制家庭中各个管道的通断。终端接收的数据来自于网关。
云端通信模块主要是实现与云端的数据连接，及时的把采集的数据发送到云端，还有家庭中的其他数据控制信号传送到云端，云端与手机APP建立通信。
3 结论
论文介绍了基于STM32的暖气管道系统，运用WIFI技术能够使用户实时检测家中管道情况。经过实物论证，该系统能很好的解决当前家庭暖气管道侧漏存在的问题。
参考文献
[1]尚晓新. 基于ZigBee无线通信技术的天然气管道监控系统设计[J]. 制造业自动化， 2012， 34（14）：70-73.
[2]许华春， 朱宗玖. 基于STM32的家庭智能家居设计[J]. 中小企业管理与科技旬刊， 2017（1）：150-151.
[3]黄隽. 基于STM32的家庭环境监测系统的设计与制作[J]. 数字技术与应用， 2017（3）：188-189.
[4]黄予. 基于WIFI物联网的家电智能控制系统[J]. 智能城市， 2017（3）：1-10.
[5]Byun J， Jeon B， Noh J， et al. An intelligent self-adjusting sensor for smart home services based on ZigBee communications[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2012， 58（3）：794-802.
作者简介：许春磊（1978.12--），男，汉族，山东莒南人，讲师，硕士，主要从事计算机技术和电子信息技术研究