Education and Learning, 教育与学习(4)2022, 1 ISSN:2705-0408(P); 2705-0416(O)
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基于超声波传感器的空调计费监控系统
张 岩 张美娜* 王庭政 侯 捷 孙巧巧
（辽宁科技大学 辽宁鞍山 114051）
【摘 要】商业广场部署的水冷中央空调，通常没有很好的方法来分摊空调费用，固定收费不仅会纵容商户的浪费行 为，同时也在收费合理性上存在争议。本文提出了一种基于超声波传感器的空调计费监控系统，利用水冷 中央空调的特性来按量计费，解决了此类中央空调无法计算用量的难点。
【关键词】超声波传感器；计费系统；水冷空调 DOI：10.18686/jyyxx.v4i1.70591
中央空调部署在大型写字楼时，因其体系庞大、结构 复杂，使得人们对于中央空调的管理也相应变得困难。而 且中央空调具有集中供能，分散使用的特点。
深圳市龙海商业广场项目位于深圳前海自贸区桂湾 片区，龙海商业广场项目商业占地面积 5 万多平米，商铺 面积约 2 万平米，商铺分为南北区，由两组独立的中央水 冷空调机组负责全广场与所有商铺的冷气提供，但是商铺 各有大小，使用的冷气量也各有不同，但由于缺少计量计 费功能，所有商户缴纳同等费用，为了环保节能、避免商 铺出现浪费冷气的行为，龙海商业广场管理公司希望能够 对各商铺按使用冷量计算空调费用。商业广场在传统上对 空调的计费方式为按面积收费，但是对于露天的商业广 场，冷气存在外泄的可能性，按面积缴费的商家存在浪费 的行为。遵从环保的理念，为了避免商家浪费冷气资源，
设计一个根据冷量计费的收费系统十分必要。
本 文 设 计 了 一 种 软 硬 结 合 的 计 费 系 统 ， 采 用 了
“MVC”的设计架构，基于“J2EE”框架，使用“B/S”
模式，不用安装客户端软件，只需通过浏览器访问。并且 创新了空调冷量计算的方式，将传统抄表计费的方式网络 化，无需人工抄表，提高便利性，降低成本。本系统是关 于水冷中央空调计费监控系统，MVC 是在 1978 年提出是 软件工程的一种架构模式，把软件不同的功能模块划成不
同的部分进行开发。这种模式可以更好地发挥编程人员的 作用。MVC 分别代表了 Controller、Module、View 中文 解释为控制器、模型、视图。控制器负责接收用户的输入 完成模型与视图的调用工作。模型负责业务逻辑的处理，
也就是数学运算处理后得到一个结果。视图负责为用户展 示结果。这种模式就是让程序员完成各自最擅长的代码，
加快开发速度。但是由于软件行业的快速发展，这种模式 已经过时，但是 MVC 这种思想还在广泛的应用。目前阶 段软件开发更加注重于逻辑运行层面的开发。
1 系统设计
1.1 空调计费监控系统硬件设计
用于多种液体的在线测量，本系统使用超声波流量计 实现，主机可以安装在多个地点，如室内、仪表柜和仪表 板等，在测量管路上安装传感器，通过超声波流量计专用 电缆连接主机和传感器，可测量空调流量，同时可以使用 温度传感器进行空调热量测量。
在供暖、冶金和能源等行业均被广泛应用的超声波流 量计能够有很多作用，能够监控生产、调试水平衡情况、
检测节能情况，是生产过程中重要的流量测量装置。
图 1 传感器的安装方式 根据水冷中央空调的特点，需要计算商家的冷量使用
量的话只需要对流经商家空调系统的水的热量差进行计 算即可。
本系统使用该流量计作为热量检测设备，将两个传感 器分别固定于单个商家空调的入水及出水管道上。通过超 声波流量计对流量与温度差的监测，可得到热量差数据，
则可得到商家的空调使用量。
本系统中使用具有隔离的“RS485”接口的超声波流 量计，该流量计能够支持多种通信协议，包括“MODBUS”
和“M-BUS”扩展协议，并与汇众公司的产品通信协议 兼容。
“MODBUS”协议是常规的工控协议，本系统中的 超声波传感器支持“RTU”和“ASCII”两种格式。本系 统使用“MODBUS”协议对超声波流量计的热量数据进 行收集。
1.2 空调计费监控系统软件设计
后端采用“Python”语言，调用“MODBUS”模块 对超声波流量计中寄存器的数据进行读取，并将相关信息
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写入数据库中，供网页管理系统调用与查询。
此空调管理系统采用的是网页连接“java”后端的技 术制作的，网页上采用“jquery”和“bootstrap”技术，
后端采用“servlet”和“mybatis”技术。
前端页面有信息页和统计页，信息页主要是查询商家 的各种信息，统计页主要是各个商家的对比和价格的计 算。后端主要是通过“servlet”去连接前端的页面，然后 通过“mybatis”去查询所需要的功能，查询完后再返回 给前端进行显示。
本系统的主界面非常直观地展示了各个商家所安 装的传感器状态、读数、进出水口的温度。该数据为读 取超声波传感器的寄存器后通过计算写入数据库的数 据。
图 2 热量图标显示
图 3 打印价格 同时系统还支持多样的功能方便管理者进行查看、统
计、寻找管路问题等。作为计费系统，计费功能为本系统 的主要开发点。本系统的计费方式可灵活变动，管理者可 以自由设定商户面积单价、热量单价，系统会根据设定的 价格自动计算出每月的金额。同时支持打印账单，方便管 理者获取实体账单进行记账收费。
2 结语
本系统实现了通过冷水管道的传感测量对商户使用 冷量进行记录，并且设计了计费系统对商户每月的使用量 生产费用账单，以此来避免商户“开空调还开门窗”等的 浪费行为。该系统具有运行可靠稳定、造价低廉、改装成 本低、功耗低、覆盖深度广、即插即用等优点。实现了空
调计费、空调计费智能化的目标。为商业广场的精益经营 管理提供技术支持，可在商业广场中推广应用。
作者简介：张岩（1999—），男，广东梅州人，研究 方向：网络工程；通讯作者：张美娜（1981——），女，
硕士，讲师，研究方向：软件工程，自然语言理解，邮 箱:zhangmeina@163.com；王庭政（2000—），男，福建宁 德人，研究方向：软件工程；侯捷（1999—），男，贵州 遵义人，研究方向：软件工程；孙巧巧（1998—），女，
安徽涡阳人，研究方向：软件工程。
基金项目：2021 年两年期校级大学生创新创业训练 计划项目，项目编号：X202110146179。
【参考文献】
[1] 黄永旺.中央空调远程控制及计费系统的研制[J].电子测量技术，2021，4:25-30.
[2] 白宇航.耐火材料行业生产组织系统部分技术介绍[J].电脑知识与技术，2020，12:221-222.
