摘要：当前市场上已有的散热扇需要操作人员现场操作档位来进行控制，应用范围小，因此设计了以 STM32 单片机作为主控芯片，配合Android上位机进行远程控制的系统。HCL气味传感器和温湿度传感器可以实时记录周边环境情况，促使相应处理机制对环境做出应答，保证使用者拥有一个更加安全、可靠、使用寿命更长的可远程控制散热扇。实验结果表明，设计的散热扇稳定性好，抗干扰能力强，能实现Android系统的远程控制。
关键词：散热扇；Android；电机转速；STM32；远程控制
0引言
电气设备自诞生起，散热问题就随之而来，如何将电气设备在工作时产生的热量快速有效地散发出去，保证其正常工作，是电气装置散热系统设计研究要解决的核心问题[1,2]。目前，外接型的外挂风扇式散热器是市场上较流行的一种散热装置[3]，然而该散热扇不能随电气装置工作温度的改变进行风扇转速的自动调节，这样就造成了能源的浪费，还耗费了很多人力资源[4]。为了解决这个问题，本文设计了一种基于STM32与Android系统的可远程控制的散热扇，它可以根据温度变化，实现散热扇转速档位的自动调节。
1 总体设计
基于Android的电气散热装置智能监控管理系统主要由现场监控和远程监控、两部分构成。系统选用STM32单片机作为主控芯片，采集并处理HCL气味传感器、温湿度传感器以及上位机发送的指令，将数据处理后通过无线传输模块发送到上位机，使用基于Android手机系统的 APP 进行远程控制和远程处理数据，以提高系统的自主性、安全性、可靠性。
1.1 现场监控系统
现场控制系统由传感器采集模块、WiFi模块、电源、键盘、液晶显示器、直流电机和STM32单片机组成。系统以STM32单片机为核心，现场监控设备上运行的主系统通过CANopen协议与机遇分布式CAN总线的数据采集、传输、调控系统通信，实现对电气装置柜内部主要环境指标的采集、处理和设备的控制。
信息采集模块通过传感器采集环境指标（温度、湿度等），将他们发送至CAN总线，CPU控制模块通过CAN通信卡接收这些数据，并在外接LCD上实时显示。CPU控制模块进行数据的分析、判断、处理后，决定是否向驱动执行机构发出相应的动作指令，是否调用调控设备自动执行相应的操作。各模拟量的设定值及有关软件修正参数等功能由键盘输入，计算结果通过液晶显示屏显示。同时通过CAN总线将控制信号传送至环境调控设备，控制它们的工作。
1.2 远程监控系统
远程监控系统分为感知层模块、网络层模块和应用层模块3个部分，由感知层模块获取现场环境信号；网络层模块采用串口方式控制GSM模块，在移动4G网络或WIFI条件下与Android手机进行通信；应用层模块是针对操作人员的人机交互，现场电气装置环境的温度、湿度和气味浓度等各项指标都会在App实时显示，操作人员对各项指标分析之后，即可通过App远程控制现场装置的运转。使电气装置柜内部的环境接近于人工设定值，方便身处异地的工作人员对现场进行实时管理。既满足电气装置工作环境的需求，又能增强管理的能动性与灵活性，简单便捷，应用性强。
2 环境信息采集
2.1 环境温度的数据采集与处理
为满足设计需要，系统还配备了温湿度传感器PT-100，可以检测周围环境的湿度和温度，湿度测量范围:20 ～ 95 % RH(0 ～ 50℃ 范围)，湿度测量误差: ± 5%，温度测量范围在-50 ~600 ℃范围内，具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。
2.2气味传感器模块
由于电气柜内含有大量以塑料为外包装的线缆，在发生事故或者高温的环境下，这些包裹物可能会分解产生有毒气体氯化氢，从而危害操作人员的身体健康。同时，有氯化氢气体产生，也预示着可能是电缆出现了问题。因此有必要对电气柜中氯化氢的气体浓度进行实时监测。并根据设定的氯化氢浓度参考阈值，启动报警系统。检测的方法有很多种，本系统选取在业内被广泛使用的氯化氢传感器 ME3-HCl。
3 硬件电路
3.1 电源模块的设计
由于电机的驱动会对电路稳定性产生较大的干扰，以及WiFi传输模块需要稳定的电流，综上考虑本系统的电源电路采用多电源设计方式，既有效地隔离了电机对电路的影响，又能提供给信息采集和WiFi传输等模块稳定的输入电流，增强了系统运行的稳定性。
3.2 环境异常处理模块系统硬件设计
异常处理模块分为断电装置模块、语音警报两部分。当控制中心判定有HCl气味时位于线路末端的继电器在控制中心的作用下启动进行断电处理。当温湿度超出设定阈值时，报警器响起，同时控制器发送信号给用户端，提醒操作人员查看现场的实际状况并进行处置。
4 系统移动终端软件设计
系统移动终端软件设计由用户登录、档位设置、温湿度监控三部分组成。以AD1224HB-F51电扇为实验对象。其 App 界面包括登录界面、主界面、控制界面和视频监控界面。用户登录主界面，通过输入账号和密码，进入下一控制界面，对散热扇进行控制;要想查看散热扇所处环境情况，点击切换至温湿度监控界面。
散热扇智能控制系统主要设计包含温湿度和气味检测两部分，主要由控制中心对传感器数据信号的处理完成。当发生异常状态时，控制系统会根据不同情况做出响应处理。
5 实验结果
通过多次测量实验，各传感器件检测到气味、温度或湿度超过阈值时，系统会自动断电或报警。同时会将检测信息自动发送到用户手机客户端，用户可以查看现场状态。其中温度变化，引发系统动作情况，见表1。
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6 结束语
经实物实验，用户通过智能手机上的客户端，完成了对散热扇的远程监视和控制。系统能够实现各个模块的基本功能，设计满足实际需要。系统整体运行平稳，到达了预期效果。本文对智能化散热扇系统的设计提供了一定的参考。
参考文献
[1] 李蔡慎, 黄尔东, 袁成,等. 半导体制冷除湿与热管传热技术在电气屏柜的应用[J]. 电子技术应用, 2015(s1).
[2] 潘荣昌, 郝乃亮, 李海霞. 纺织设备电气控制柜散热方式的改进[J]. 上海纺织科技, 2011, 39(6):13-15.
[3] 徐彬, 陈立宇. 大电流开关柜智能风扇控制装置[J]. 电工电气, 2006(2):28-30.
[4] 陈庆, 肖茜. 电气自动化控制的散热式电气柜的研究与开发[J]. 轻工科技, 2016(1).
论文作者:刘博,常欣,彭慧,李达,张衡
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/9
标签：模块论文; 系统论文; 电气论文; 装置论文; 环境论文; 氯化氢论文; 现场论文; 《电力设备》2017年第18期论文;