摘 要：供暖，已成为人们生活的重要部分，供暖设备小至热风扇、油汀取暖器等简易供暖设备，大至集中供暖、地源热泵、空气源热泵、壁挂炉等，都是北方寒冷地区不可或缺的一部分。环境治理与舒适居家，已成为当今社会的一个热门话题。如何把能源利用与环境治理有机地结合在一起，成为智能供暖系统研发工作者的目标。
本文介绍了房间温控器在家庭供暖中的应用、使用互联网及RF通讯技术建立的新型智能供暖控制系统。
关键词：温控器；壁挂炉；RF通讯；WIFI；互联网
随着社会的不断进步及人们对舒适生活环境的要求不断提高，供暖已成为寒冷地区人们冬天的一项基本生活必需品，其中集中供暖和壁挂炉供暖是占据了绝大部分地区的供暖方式。但是，供暖同样会产生环境污染和能源消耗的问题。
据专家介绍，北方地区的雾霾现象部分原因就是由冬天供暖燃烧产生的。环境治理已成为当前中国乃至世界最紧迫的课题。尽量节约使用有限的自然资源，减少排放污染环境的废弃物但保证人们有个舒适的居家环境已成为重要研究内容。
采暖系统的基本组成如下图1所示：
在这个系统中，房间温度的调节是由用户调节供暖设备上的水阀或操作面板上的供暖水目标来实现的。这种采暖系统无法将房间调节到最为舒适的温度，无法将环境、房间大小、建筑物散热系统等因素考虑进去，导致的结果就是：
1.房间温度不舒适；
2.房间温度调节极不方便；
3.房间温度在白天和晚上温度相差较大；
4.在环境温度发生变化时，不能及时根据用户需求调节水温；
5.对能源造成极大浪费。如果有一款产品能在人不参与的情况下，按照当前房间的目标温度自动调节锅炉水温或开关进水阀门，资源将会得到更为合理的利用。
房间温控器就是在这种情况下产生的，它是供暖系统中一个非常有用的选配件。有了它，能在最短时间内探测到房间温度，并根据用户需求自动调节水温，让室内基本保持用户设定的恒温。这样在保证用户最大舒适度的同时能节约30%左右的能源，在舒适性与经济性上都有良好的表现。
一 温控器与被控设备之间的常用连接方式有以下几种：
1、有线连接
将温控器的控制信号与被控设备（比如壁挂炉）通过电缆连接起来。这种连接方式的好处在于信号稳定，不受干扰。
缺点是安装很不方便，表现在安装位置固定，不能随意改变，如果没有预埋信号线，还需要重新埋设，严重影响原来的装修效果，同时还需要支付相应的人工费用。较长的电缆还可能会衰减微弱的控制信号，导致在使用过程中出现误动作。
2、无线连接
通过无线信号的调制与解调来实现温控器与被控设备之间的数据交换。这种连接方式的好处是安装非常方便，不受房间电器布线的影响，可以安装到最能体现人体感觉的位置，并且可以根据需要随时更换位置。无线通讯具备较强的穿墙能力，被控对象可以安装在非可视范围内。由于无线通讯属于广播信号，可以轻松实现多房间甚至不同电器之间组网控制，通讯距离不足时还可以采用中转基站的方式成倍增加通讯距离。
缺点是容易受到其他无线信号的干扰，导致通讯异常。但这些问题可以通过修改通讯通道、调频等方式得到很好的解决。
现在的温控器基本都是微电脑控制，它的优点在于室内温度采集速度快、精度高、控制人性化、智能化。温控器的基本控制原理如下图2：
这种基本功能温控器能实现房间温度恒定，住户舒适性、经济性得到保障，但是不足之处在于，如果用户要出去一段时间，为了节省开支，就需要在出门前将温度调低到一个节能温度；当用户回来时，再调节到舒适温度。不过，这也就出现了另外一个问题，就是当用户返回家中时，调节好舒适温度后，需要一段时间后，房间才能达到满意的温度，而且还可能出门时忘记调节温度。
基于以上问题，一种改进后的温控器——可编程温控器出现了。这种温控器能根据用户需要，周期性可编程调节温度。也就是说，用户可以根据自己的生活习惯及规律，在不同时段预设不同温度。比如一个上班族用户，可以在上班期间将温度设定为节能温度，在家期间将温度设定为舒适温度。这样操作后，温控器就会严格按照用户设定的时间让室内达到预定的温度，实现了舒适性与经济性的自动调节功能。
举个例子：
用户上班时间：07:30
用户下班时间：17:30
我们就可以这样编程：
如果我们想更加节能，在晚上睡眠后也可以将温度调节为节能温度，那我们就可以这样编程：
接下来，使用者觉得如果每天都按照这样的规律供暖，那周六周日不上班怎么办呢？
针对这个问题，研发者根据用户需要，开发出了带一周编程的温控器。这样，用户可以根据自己上班情况，将不上班的周六周日的白天调整成舒适温度。于是，现在最常用的带周编程的温控器就产生了。
但是，问题并没有得到彻底解决。出现了下列问题：
1.温控器体积小，输入输出功能有限，编程操作比较困难；
2.当用户外出度假后，如家里的温控没有改成外出模式，这将造成很大的浪费；
3.用户外出度假，怎样实现一回来就进入一个舒适温暖的家？
4.用户在外有特殊情况要提前回家，怎么让温控器提前启动供暖功能？
5.用户有事不回家，怎么让温控器不需要定时供暖？
6.一般一户人家有多个房间，如何让每个房间根据自己的需要在不同时段调节到不同的温度，以达到舒适节能的目的？
7.在没有预埋温控器控制线的建筑物内该怎么样安装温控器？走明线还是挖墙？好像都不是好办法。
鉴于这些情况，一种更加先进的温控系统产生了。该系统集成了如下功能：
1.温控器基本功能，实现实际温度采集、目标温度设置及编程定时供暖；
2.RF通讯，实现温控器与供暖设备间的无线控制；
3.互联网通讯，实现将家庭供暖信息发送到互联网，随时随地了解家里的供暖情况，同时可使用手机、电脑等工具对家里的供暖系统进行远程控制。
整个供暖系统由下列模块组成，见图3。
二 系统组件描述
1、温控器1～温控器n
采集各自房间的实际温度，设置各自房间的目标温度，并将获取到的信息通过RF发送给网络控制器。
2、WIFI控制器
同时兼备RF通讯功能及WIFI通讯功能，接收每个房间温控器发送的信息；接收用户通过互联网设置的参数；分析各个参数，将分析的结果通过RF发送给多路分水控制器及壁挂炉外接的RF接收器。
3、RF接收器
接收来自房间温控器或网络控制器的信息，并将它转换成OT协议控制壁挂炉水温，同时读取壁挂炉信息，通过WIFI中央控制器上传到温控器及互联网终端设备。
4、壁挂炉
供暖源之一，用于向房间提供维持温度的热源。
5、其他供暖源
比如集中供暖源。
6、RF多路分水控制器
接收来自网络控制器的信息，根据实际使用情况向指定的房间供暖，最大限度地将满足人们舒适与经济完美结合的需求。
7、互联网服务器
作为用户互联网终端设备与网络控制器的数据交换工具。
8、路由器
连接互联网与终端设备的桥梁。
9、电脑、手机、平板电脑
作为用户终端设备进行人机交互，通过它们丰富的输入输出功能，更加方便容易地进行房间温度设置及编程。
该系统中同时用到了两种无线信号，一种是框图中描述的RF，另一种是WIFI。同样是无线通讯，为什么会用到两种呢？在这里解释一下。
RF，俗称射频，是英文单词Radio Frequency的缩写。将固定的电磁频率辐射到空间，并在其中载入某种数据信号，再通过解调器，将这种频率中的数据信号解析还原出来，就得到了发射器加载的原始数据。
我们常接触到的收音机、对讲机、航模遥控器等使用的都是这种技术。本文所指的RF即是工作在433MHz、868MHz等公共低频段射频信号。这种通讯的优势在于成本低、功率低、功耗小、对人体辐射完全可以忽略，技术成熟、应用门限低，再加上它的强穿墙能力、大通讯距离已成为房间温控器数据交换的一个重要组成部分。
WIFI，其实也是一种射频信号，但是它主要针对的是个人电脑、手持终端等设备以无线相互连接的技术，其优点是高工作频率，高数据率，可以传输较大文件及图像。当前，使用该技术连接进入互联网已经非常成熟。其不足之处在于成本高、通讯功耗较大，穿墙能力及通讯距离稍差，不适合长期使用电池供电。
所以，在本系统中，考虑到距离、功耗及成本的问题，采用两种无线信号结合的办法。
该系统突出的特点是安装方便、快捷、不受房间结构影响、不破环房间原来布局。操作更人性化，有手机、电脑等介入的输入输出更丰富、美观，参数输入更快捷、方便。参数修改不再受温控器安装点限制，用户甚至可以躺在床上就可以轻松地将需要的参数设置完成。
远程控制，随时随地了解、操作家里供暖系统状态，让用户不用担心离家时忘记修改家里的采暖系统工作方式而造成不必要的浪费。
作为与用户接触最多的设备，电脑、手机、平板等需要具备以下功能：
1.调节指定房间目标温度。
2.显示指定房间实际温度。
3.选择指定房间的工作模式。
一般温控器都会预设几种工作模式以便在特定场合的快速选择，比如定时模式，用于用户有周期性供暖需求的情况，比如上班族；酒会模式，用于长时间使用舒适温度供暖；外出模式，用于用户临时外出，保证家里处于节能状态；关机模式，用于用户长期外出，或该房间长期无人居住，温控器只需要启动防冻功能即可，用于节约能源。
4.编程，对任意本系统中的温控器定时供暖进行编程操作。
5.显示壁挂炉内部信息，比如供暖水温度、室外温度（安装了室外温度探头）、供暖状态、燃烧状态、故障状态。
6.启动、停止壁挂炉供暖功能。
7.设定壁挂炉供暖水目标温度，在温控器未连接时可以使用该功能，如果温控器已连接，水温将由温控器计算设定，该功能无效。
目前带互联网功能的WIFI温控器，实现了房间温控系统的远程操作，但锅炉控制、多房间控制等功能并没有集成起来。想要实现多房间控制，需要每个房间安装一套WIFI控制器，但是因为它的高成本，使这种控制方式无法得到普及。
同样，温控器的安装必须在目标房间内，要控制壁挂炉，就必须使用有线连接，也就导致了安装不方便的问题。
本系统将房间智能温控器、RF通讯、互联网有机地结合起来，最大限度地兼顾舒适、节能、安装、操控等需求，在网络通讯逐渐普及的环境下，本系统将是下一代温控系统的发展方向。
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