基于單片機(jī)的自供電供暖溫度智能調(diào)控裝置研究論文
基于單片機(jī)的自供電供暖溫度智能調(diào)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(fèi)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(dāng)位置的適當(dāng)調(diào)控與適當(dāng)計(jì)量。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：基于單片機(jī)的自供電供暖溫度智能調(diào)控裝置研究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
基于單片機(jī)的自供電供暖溫度智能調(diào)控裝置研究全文如下：
【摘要】：設(shè)計(jì)了一種自供電的供暖調(diào)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(shí),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(jī)為核心的電路控制模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度,并能根據(jù)用戶設(shè)定溫度和室內(nèi)實(shí)際溫度驅(qū)動(dòng)水流控制模塊,以調(diào)控供暖管道水流量,從而達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。
【關(guān)鍵詞】： 溫差發(fā)電 水流控制 溫度調(diào)控 單片機(jī)
城鎮(zhèn)居民的冬季供暖一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，傳統(tǒng)的供暖裝置既不能根據(jù)用戶的實(shí)際需要來調(diào)控室溫，也造成了能源浪費(fèi)。通過本裝置居民能夠根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定室內(nèi)溫度，并且裝置本身可以利用暖氣管道與室溫的溫差進(jìn)行發(fā)電，不需要額外的電源，實(shí)現(xiàn)了自供電功能。
1 技術(shù)原理
1. 1 半導(dǎo)體溫差發(fā)電原理
半導(dǎo)體溫差發(fā)電是利用塞貝克效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)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(gè)PN 結(jié)，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(qū)動(dòng)下，P型材料空穴和N 型材料電子會(huì)向低溫端擴(kuò)散，從而形成電動(dòng)勢(shì)。
1. 2 DS18B20 溫度傳感器工作原理
DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器，它能把采集的溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)值信號(hào)輸出，并且測(cè)溫范圍為- 55 ～ +125 ℃，精度為±5 ℃。
2 自供電的供暖調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本裝置工作時(shí)SP1848 型溫差半導(dǎo)體組利用暖氣管道與室溫的溫差進(jìn)行發(fā)電，一部分電能維持裝置工作，剩余部分電能儲(chǔ)存到鋰電池中，作為備用電源。DS18B20 溫度傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，并將數(shù)字信號(hào)傳送給STC89C52 單片機(jī)，當(dāng)溫度低于或高于某一設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，水流控制閥會(huì)在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)水流量的控制。
2. 1 溫差供電模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本模塊采用4 塊SP1848-27145 半導(dǎo)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(nèi)涵126 對(duì)PN 結(jié)。HY910導(dǎo)熱硅膠具有導(dǎo)熱性能好，粘合力強(qiáng)等特點(diǎn)，其蒸發(fā)量為0. 001%( 200℃ /24Hours) ，熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱。半導(dǎo)體片兩端都涂抹HY910 導(dǎo)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(dǎo)體兩端溫差。北方城鎮(zhèn)暖氣片溫度一般為60 ～ 70 ℃，室內(nèi)實(shí)際溫度一般為15 ～ 20 ℃，理論上半導(dǎo)體片兩端溫差可維持在40 ～ 55 ℃之間，由于半導(dǎo)體溫差發(fā)電片本身的導(dǎo)熱，根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果應(yīng)減去8℃的溫差損耗，故半導(dǎo)體片兩端溫差實(shí)際可維持在32 ～ 47 ℃之間，發(fā)電功率可達(dá)到2 W 左右。
2. 2 水流控制模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
水流控制模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)由ULN2003 步進(jìn)電機(jī)和XU8230 直式溫控閥組成。ULN2003 步進(jìn)電機(jī)為減速步進(jìn)電機(jī)，直徑為28 mm，額定工作電壓為5 V，步進(jìn)角度為5. 625* ( 1 /64) ，其5 線4 相的電路可以用ULN2003 芯片驅(qū)動(dòng)，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(qū)動(dòng)。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(biāo)準(zhǔn)，并配有外加錐型密封圈。將ULN2003 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子與XU8230直式溫控閥調(diào)節(jié)手輪進(jìn)行剛性連接，并把步進(jìn)電機(jī)外殼與溫控閥固定在一起，這樣ULN2003 步進(jìn)電機(jī)就可以帶動(dòng)XU8230 直式溫控閥調(diào)節(jié)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
3 電路組成
3. 1 溫差發(fā)電電路
STC89C52 單片機(jī)工作電壓為5 伏，選LM7805 集成穩(wěn)壓器將SP1848 型溫差半導(dǎo)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(jī)控制電路
3. 2. 1 溫度測(cè)量顯示電路
STC89C52 單片機(jī)是一個(gè)低功耗，高性能的51 內(nèi)核的CMOS 8 位單片機(jī)，具有抗干擾性能強(qiáng)、速度快、功耗低和指令代碼完全兼容8051 單片機(jī)等特點(diǎn)。如圖7 在STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(jī)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(hào)輸出端口直接與P2. 7 口相連。
3. 2. 2 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
L298N 是專用驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)感性負(fù)載，其輸入端直接與單片機(jī)P2. 0-P2. 3 口相連，可以方便地受單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的止轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)角度與反轉(zhuǎn)角度。
4 結(jié)論
本裝置利用溫差半導(dǎo)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(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)暖氣管道的水流量，避免了能源的浪費(fèi)，也為居民帶來了更舒適的室內(nèi)環(huán)境，具有很好的推廣前景。
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