基于單片機的自供電供暖溫度智能調控裝置研究論文
基于單片機的自供電供暖溫度智能調控裝置研究論文
北方地區(qū)冬季供暖以集中供熱為主,不僅消耗大量的燃煤,而且造成巨大的環(huán)保壓力,其中存在很大的節(jié)能減排空間。集中供熱系統(tǒng)普遍存在兩大問題,一是不同熱需求混網(wǎng)難以兼顧,造成供熱效果差和能源浪費大;二是“大流量、小溫差”,造成冷熱不均和輸配能耗大。其根源在于缺乏適當位置的適當調控與適當計量。以下是學習啦小編為大家精心準備的：基于單片機的自供電供暖溫度智能調控裝置研究相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
基于單片機的自供電供暖溫度智能調控裝置研究全文如下：
【摘要】：設計了一種自供電的供暖調控裝置,其主要包括溫差供電模塊、電路控制模塊、水流控制模塊。本裝置工作時,溫差供電模塊可利用暖氣管道與室溫的溫差發(fā)電,以STC89C52單片機為核心的電路控制模塊可實時監(jiān)測室內溫度,并能根據(jù)用戶設定溫度和室內實際溫度驅動水流控制模塊,以調控供暖管道水流量,從而達到調節(jié)室內溫度的目的。
【關鍵詞】： 溫差發(fā)電 水流控制 溫度調控 單片機
城鎮(zhèn)居民的冬季供暖一直是社會關注的焦點，傳統(tǒng)的供暖裝置既不能根據(jù)用戶的實際需要來調控室溫，也造成了能源浪費。通過本裝置居民能夠根據(jù)實際需求設定室內溫度，并且裝置本身可以利用暖氣管道與室溫的溫差進行發(fā)電，不需要額外的電源，實現(xiàn)了自供電功能。
1 技術原理
1. 1 半導體溫差發(fā)電原理
半導體溫差發(fā)電是利用塞貝克效應將熱能轉化為電能，將P 型和N 型兩種不同類型的熱電材料( P 型是富空穴材料，N 型是富電子材料) 相連形成一個PN 結，一端置于高溫狀態(tài)，另一端置于低溫狀態(tài)，由于熱激發(fā)作用，P 型材料高溫端空穴濃度高于低溫端，N 型材料高溫端電子濃度高于低溫端，在濃度梯度的驅動下，P型材料空穴和N 型材料電子會向低溫端擴散，從而形成電動勢。
1. 2 DS18B20 溫度傳感器工作原理
DS18B20 內部結構主要由四部分組成: 64 位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器，它能把采集的溫度信號直接轉化成數(shù)值信號輸出，并且測溫范圍為- 55 ～ +125 ℃，精度為±5 ℃。
2 自供電的供暖調控裝置結構設計
本裝置工作時SP1848 型溫差半導體組利用暖氣管道與室溫的溫差進行發(fā)電，一部分電能維持裝置工作，剩余部分電能儲存到鋰電池中，作為備用電源。DS18B20 溫度傳感器可實時監(jiān)測室內溫度，并將數(shù)字信號傳送給STC89C52 單片機，當溫度低于或高于某一設定值時，單片機會向步進電機驅動芯片發(fā)送信號，以驅動步進電機的轉動，水流控制閥會在步進電機的帶動下實現(xiàn)對水流量的控制。
2. 1 溫差供電模塊結構設計
本模塊采用4 塊SP1848-27145 半導體溫差發(fā)電片串聯(lián)發(fā)電，其單片規(guī)格為40 mm 長* 40mm 寬* 3. 4 mm 厚，內涵126 對PN 結。HY910導熱硅膠具有導熱性能好，粘合力強等特點，其蒸發(fā)量為0. 001%( 200℃ /24Hours) ，熱傳導系數(shù)大于0. 975 W/m-K，耗散系數(shù)小于0. 005，適用于散熱片無固定扣具情況下的粘貼導熱。半導體片兩端都涂抹HY910 導熱硅膠后，將熱端緊貼在暖氣片表面，冷端則和100 mm 長* 100 mm 寬* 40mm 厚的鋁合金散熱片緊貼在一起，以此來保持半導體兩端溫差。北方城鎮(zhèn)暖氣片溫度一般為60 ～ 70 ℃，室內實際溫度一般為15 ～ 20 ℃，理論上半導體片兩端溫差可維持在40 ～ 55 ℃之間，由于半導體溫差發(fā)電片本身的導熱，根據(jù)實際測量結果應減去8℃的溫差損耗，故半導體片兩端溫差實際可維持在32 ～ 47 ℃之間，發(fā)電功率可達到2 W 左右。
2. 2 水流控制模塊機械結構設計
水流控制模塊機械結構由ULN2003 步進電機和XU8230 直式溫控閥組成。ULN2003 步進電機為減速步進電機，直徑為28 mm，額定工作電壓為5 V，步進角度為5. 625* ( 1 /64) ，其5 線4 相的電路可以用ULN2003 芯片驅動，也可以接成2相使用，為更精確的控制暖氣管道水流量，本模塊采用ULN2003 芯片驅動。XU8230 直式溫控閥公稱壓力為1. 6 MPa，工作溫度為- 10 ℃≤T≤100 ℃，管螺紋符合ISO 228 標準，并配有外加錐型密封圈。將ULN2003 步進電機轉子與XU8230直式溫控閥調節(jié)手輪進行剛性連接，并把步進電機外殼與溫控閥固定在一起，這樣ULN2003 步進電機就可以帶動XU8230 直式溫控閥調節(jié)手輪轉動。
3 電路組成
3. 1 溫差發(fā)電電路
STC89C52 單片機工作電壓為5 伏，選LM7805 集成穩(wěn)壓器將SP1848 型溫差半導體輸出電壓穩(wěn)定在5 V，然后向5 V 鋰電池充電，最后由鋰電池向裝置供電。
3. 2 單片機控制電路
3. 2. 1 溫度測量顯示電路
STC89C52 單片機是一個低功耗，高性能的51 內核的CMOS 8 位單片機，具有抗干擾性能強、速度快、功耗低和指令代碼完全兼容8051 單片機等特點。如圖7 在STC89C52 單片機最小系統(tǒng)的基礎上，采用DS18B20 型溫度傳感器采集溫度，溫度顯示采用1602 型液晶顯示器，直接通過單片機I /O 接口通信。PO 口作為普通I /O 口使用，在其外部接拉電阻后，與1602 液晶顯示器DB0-DB7 數(shù)據(jù)口相連; DS18B20 型溫度傳感器信號輸出端口直接與P2. 7 口相連。
3. 2. 2 L298N 電機驅動電路
L298N 是專用驅動集成電路，屬于H 橋集成電路，最大輸出電流為4A，最高工作電壓為50 V，用于驅動感性負載，其輸入端直接與單片機P2. 0-P2. 3 口相連，可以方便地受單片機控制，實現(xiàn)電機的止轉、正轉角度與反轉角度。
4 結論
本裝置利用溫差半導體組為本裝置供電，充分利用了二次能源，并且能夠根據(jù)室溫的實際情況，自動調節(jié)暖氣管道的水流量，避免了能源的浪費，也為居民帶來了更舒適的室內環(huán)境，具有很好的推廣前景。
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