智能淋浴物联网系统的设计与实现

智能淋浴物联网系统的设计与实现

高天舒  卢兴乐  董超

日照航海工程职业学院   276800

摘要：

针对校园传统淋浴系统的不足，提出一种基于空气源热泵与物联网技术的智能淋浴物联网系统。系统主要由由智能水循环加热系统、智能辅助热源系统、智能控制系统，能够实现恒温恒压出水、精准控制开关和温度以及系统故障预警，在节能的同时最大限度实现淋浴系统的智能控制。

关键词:智慧校园；物联网；智能淋浴

0引言

随着数字校园建设的不断深化和持续发展，智慧校园作为数字校园建设过程中的主要形式，呈现出广泛应用智能技术、广泛提供智能服务的明显特征[1-2]。淋浴系统作为校园生活中必不可少的基础设施，需要克服环境气温、水压、用水高峰等影响，智能控制调节水温，为校园生活提供便利服务[3]。面向校园淋浴系统的使用需求，本文以日照航海工程职业学院淋浴设施为例，设计了一种“太阳能与空气源热泵”+物联网技术的区域集中供热智能淋浴系统。

1校园智能淋浴物联网系统需求分析

1.1传统淋浴系统短板分析

淋浴洗澡一直是与校园生活息息相关的主题，随着科技的不断发展，设计合适的淋浴系统不仅可以节约淋浴成本，减少水资源的浪费，同时还能为生活带来便捷[4]。传统的校园淋浴系统主要有煤炭锅炉加热类、电加热类、太阳能热水器等，传统淋浴系统的缺陷与校园便捷生活之间的矛盾是智能淋浴物联网系统发展的内生动力。传统淋浴系统的不足之处主要体现在：

（1）受环境气温影响较大。利用太阳能的淋浴系统，在工作过程中通过吸热材料吸收并将太阳能转化为热能，为淋浴系统供应热水。此类淋浴系统对环境和气温的依赖性较强，在阴雨天气或气温较低时往往不能提供温度适宜的淋浴用水。

（2）热水等待时间较长。传统太阳能淋浴系统在使用时还存在热水器加热速度较慢的问题，这在一定程度上造成了水资源的浪费，为校园淋浴系统的使用带来一定的不便。

（3）需要人工手动操作。传统太阳能热水器需要进行手动操作，例如加水、放水、热水冷热调节等，如果忘记操作或操作不当，可能会影响下次使用，甚至造成设备损害。

(4)无法远程自动控制。传统的校园淋浴系统一般无法实现远程动态监控与操作，需要专人值守，造成人力成本升高。

1.2校园智能淋浴系统需求分析

基于以上对传统淋浴系统的短板分析，结合校园淋浴系统的使用情况，校园智能淋浴系统的设计需求可以总结为：操控简便、减少天气和气温对系统的影响、节约使用成本及水资源，降低系统运营成本。

2校园智能淋浴物联网系统技术原理

2.1传感器技术

从物联网角度看，传感技术是衡量一套系统信息化程度的重要标志，是实现温度控制和水位控制不可或缺的关键技术。温度传感器和水位传感器可以感知到水箱中的温度信息和水位信息，把模拟信号转化成数字信号，交给集成控制器处理。高精度的传感器对于温度和水位的精准控制是至关重要的，利用传感器技术能保证校园淋浴系统的水温控制在39±2℃，水箱容量控制在15m3，以保证智能淋浴系统正常工作。

2.2网络通信技术

网络通信技术是实现智能预警，实时监控的重要技术。网络通信中包含很多技术，其中无线通信技术为校园智能淋浴系统提供了强有力的技术支持。太阳能热水控制系统采用无线通信技术进行控制终端与显示终端的数据交互，实时的进行数据的传递，保证数据信息和控制指令的准确、完整。

2.3智能控制技术

智能控制技术是实现各部分自动化运作的关键技术，是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智能控制技术的应用使得太阳能热水器能够根据当前水位和温度自动的进行上水和加热，减少了手动操作的弊端。

3校园智能淋浴物联网系统设计方案

3.1智能水循环加热系统

设置大型淋浴恒温水箱和热水自动循环加热系统。可实现自动加水、恒水位控制，热水恒温自动循环加热，恒温恒压出水，从而保证淋浴高峰期用水量。

3.2智能辅助热源系统

在公寓顶设置两台空气源中央热水机组作为辅助热源。空气源中央热水机组主要采用热泵技术通过压缩机的连续压缩做功，从空气中吸取3倍以上的低温热能转化为高温热泵释放到水中制取的热水。当太阳能热水器中水温较低时，达不到淋浴恒温水箱温度要求时，自动启动空气源中央热水机组对水箱中的水进行循环加热升温。

3.3智能控制系统

运用物联网技术，借助智能集中采集控制模块能够实现远程监测与控制，操作管理简便、直观。智能控制系统可实现对整个淋浴系统的监控，监控内容包括水温、水箱水位、太阳能水温、太阳能水位等，同时还能够以日志的形式收集宿舍用水数据，对用水数据进行分析和预测，优化校园智能淋浴系统的整体设计。

4校园智能淋浴系统创新点

（1）节能降耗，实现恒温恒压出水。实现了以太阳能为主和以空气源热泵为辅的最优加热组合，最大程度地利用了清洁绿色能源，并借助空气源热泵技术弥补天气环境变化带来的不良影响，实现了恒温恒压出水。

（2）精准控制，方便快捷。基于物联网技术，使得各路设备均在经济的范围内运行，多设备联网供水互为关联，使水温控制在39±2℃，从而最大限度的发挥其效率。同时用户可以通过智能手机或电脑远程控制热水器的开关、温度、定时等功能，避免了传统太阳能热水器需要手动操作的弊端。

（3）智能预警，数据监控。校园智能淋浴物联网系统能实现远程监测与控制，出现故障及时预警，提高了热水器的使用效率和安全性。使用过程中，系统可以通过收集宿舍用水数据，进行数据分析和预测，优化热水器的使用效率。

5 结语

在当前能源紧张的背景下，深入推进节约型校园建设具有非常重要的现实意义和深远的历史意义，也是落实智慧校园建设的重要内容之一。智能淋浴物联网系统是物联网技术技术与校园管理相结合的产物，该系统的设计与实现不仅保障了学生的日常生活，同时提高了校园管理的效率，通过对淋浴数据的监控与分析实现校园管理的精准施策，智能淋浴物联网系统将在校园管理中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]陈心田.智能物联下共享服务进校园的问题研究——以山东农业大学洗衣和淋浴设施为例[J].中国新通信,2022,24(09):75-77.

[2]刘沛强.智慧校园物联网一体化设计[J].电声技术,2021,45(03):42-45.

[3]王梓良,祁佳丽.热泵机回收再利用校园淋浴水热能系统设计方案[J].山东工业技术,2016(03):62-63.

[4]王琳琳,陈云芳,耿路等.智能控制型社区淋浴系统[J].徐州工程学院学报(自然科学版),2012,27(03):67-72.