本系统采用传感器、嵌入式系统和自动控制等技术，开发太阳能、热泵中央热水工程控制器；采用无线数传技术，构建区域级管理系统与各控制器之间的通讯网络；采用.Net和Flex 3.0开发基于B/S架构的区域级和企业级管理系统。实现热水工程集群应用的分散测控、集中操作和可视化管理，为管理者提供便捷、高效的管理维护手段；同时能够进一步提高工程的能效和为政府部门提供节能减排统计数据。

1.系统组成：
本系统组成如图1所示。控制器分别实现对相应的太阳能、热泵中央热水器进行控制，同时将各热水器的运行状态和参数通过无线数传网络上传给对应的区域集控与管理计算机，同时区域集控与管理计算机也可以通过无线数传网络下传控制指令对所管辖的热水器进行控制与管理。区域集控与管理计算机通过Internet与企业中心服务器实现数据同步。管理员或用户监控计算机只要登录服务器，即可对任何一台授权热水器实施控制与管理。
1.1主控制器
1.1.1主控制器的硬件电路
主控制器的组成如图2所示，其中微处理器选用PHILIPS公司ARM7TDMI-S内核的LPC2368，该芯片资源丰富，可有效地简化硬件设计、提高系统可靠性、缩短开发周期。选用EPROM和Flash扩展存储空间，其中EEPROM (24LC512)用于保存系统的配置数据，如厂家设置和用户设置等参数；Flash（SST25VF016）用于存放系统的历史数据、设置记录和报警记录等。利用LPC2368自带的4个UART，实现主控器和外围设备的数据交换。外围设备包括：用于现场人机交互的线控器，用于远程测控的无线数传模块，预留现场调试和远程有线通讯的接口。
传感器的选择可根据控制精度和实际需求进行选型，本系统温度传感器选用热敏电阻（NTC 10K）；水位传感器选用压力传感器（JYB-K）。传感器的输出经过调理后，直接利用LPC2368自带的10位A/D进行采集。选用超声波热量表（MTH-6）读取流量和热量值，通过M-BUS与主控器交换数据，为节能评估提供数据支持。微处理器输出控制信号经晶体管阵列（ULN2003）驱动继电器，进而控制外围设备。
时间是本系统的一个重要参数，季节的识别、用水时段的判断、历史数据的记录都要用到时间。本系统利用LPC2368自带的实时时钟与外接32.768kHz晶振实现，可获得较精准的时间，备用电池保证断电情况下实时时钟工作的连续性。主控制器的PCB如图3所示。
1.1.2主控制器的软件系统
嵌入式操作选用uCOS-II，经裁剪后移植至ARM内核微处理器LPC2368上。系统软件主程序流程见图4，在本系统中划分了多个任务，并根据任务的关联性、频繁性、实时性来确定任务的优先级，其中事件处理任务负责对ms、s、min、h的时间事件处理，是整个系统的节拍，所以它的实时性要求最高；数据采集和控制任务，负责采集光照度、温度、水位、流量、热量等信息，并根据逻辑条件判断产生控制输出，是系统的最主要任务，应给予较高的优先级；通讯收发任务负责主控器和外围设备的数据交换，保证数据的正确发送、完整接收以及通信协议处理，在操作许可的范围内实时性要求不是很高，将其置为较低和最低优先级。
在图5的软件初始化流程中的EEPROM配置数据包括控制对象（太阳能、热泵中央热水器）的配置，这些配置能自动映射至各个控制流程，解决太阳能、热泵中央热水器多种模式的控制问题，使太阳能、热泵中央热水器与建筑一体化设计更为简便。
本系统的主要控制流程包括：定温进水、温差循环、产供热水箱循环、辅助加热控制、时段变容量供水控制、回水循环、防冻循环、超限保护控制、异常报警信号产生和无线通讯控制等，其中时段变容量供水技术是系统的主要创新点；关键技术在于根据当前水箱储热量、环境气温、辅助加热设备功率，预测当前时段用水需求的最低水位；目标是保证供水需求的前提下，使供热水箱剩余热水量最少，从而提高系统的能效。其程序流程如图6所示。
1.2 区域级和企业级管理系统
本系统的控制与管理软件架构如图7所示。区域集控与管理系统由通信控制软件、区域管理软件、区域数据库组成。企业集控与管理系统由企业中心数据同步Web service、企业管理软件、企业数据库组成。区域集控与管理系统通过无线数传模块与各个太阳能中央热水器建立通讯链路，通过Internet和企业集控与管理系统实现数据交换（由企业集控中心提供两级数据库的数据同步Web service）。系统的管理界面如图8、9所示。其中图8为图形管理界面，图9为数据管理界面，两者可以互为切换。
2.系统功能：
本系统的主要功能如下：
（1）主控制器能够适应多种配置和安装模式的太阳能中央热水器的控制需求，新建系统有利于与建筑一体化设计，用于改造已有系统可进一步提高系统能效。
（2）主控制器和集控与管理系统之间采用无线通讯，组网灵活、施工方便、成本低廉。
（3）区域集控与管理系统可实现对所管辖区域内所有太阳能热水器的控制与管理，管理界面有图形和数据表两种形式可选，可实时显示任一工程的工作状态。
（4）企业集控与管理系统可实现对企业所有的太阳能热水器的控制与管理。
（5）在管理界面上设置和编辑国家、省、市（县、区）等地域信息和编辑建设区域和具体工程的相关信息，设置不同级别的用户权限。
（6）具有工程主要部件及其安装方式的配置功能，集控与管理界面能够根据最新配置自动更新；
（7）可对任一工程主控制器的预置参数进行重置或查询，查询任一工程的当前数据或历史数据；
（8）对所有主控器进行时间广播以及自检或重启操作；
3.主要创新点：
（1）用自主研发的“时段变容量供水”技术改造传统控制模式，节能效率提高15% 以上，见附件中的查新报告（PDF文件）和用户应用证明。
（2）研发太阳能系统的主要部件（类型和数量）及其安装方式的可配置技术，解决多模式热水器系统的控制难题，实现降低太阳能、热泵中央热水工程与建筑一体化的设计与施工的难度和建设成本。见附件查新报告（PDF文件）。
（3）系统管理分现场、区域和企业三级，实现分布于全国各地的太阳能、热泵中央热水工程分散测控、集中操作与可视化管理。

第十二届“挑战杯”作品 三等奖
2011年6月第十届“挑战杯”省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
2011年4月校第七届“挑战杯”课外学术科技作品竞赛一等奖
2010年10月校软件学院第三届“欧氏杯”软件设计竞赛特等奖