家用電暖氣溫控器設(shè)計(jì)研究

刁永梅

摘 要：本文首先對(duì)家用電暖氣進(jìn)行概述，并在此基礎(chǔ)上對(duì)家用電暖氣溫控器的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。期望通過本文的研究能夠?qū)μ岣唠娕瘹獾倪\(yùn)行可靠性以及降低其總體能耗有所幫助。

關(guān)鍵詞：電暖氣；溫控器；單片機(jī)

一、家用電暖氣概述

電暖氣主要包括三種形式，即對(duì)流式、微循環(huán)式、蓄能式電暖氣。其中，對(duì)流式電暖氣的發(fā)熱元件為電發(fā)熱管，利用加熱空氣對(duì)流的方式獲取熱能，這種電暖氣具備啟動(dòng)快、升溫迅速、占用面積小、控溫精確、安裝簡便等優(yōu)勢；微循環(huán)式電暖氣通過在散熱器中充注導(dǎo)熱介質(zhì)，使導(dǎo)熱介質(zhì)在散熱器中循環(huán)來獲取熱能，這是提高室內(nèi)溫度的一種新型方式，具備采暖效率高、運(yùn)行可靠的優(yōu)勢；蓄能式電暖氣利用蓄能材料在夜間蓄能，并在白天釋放熱量，這種電暖氣的采暖舒適性欠佳，且占用較大的面積，所以對(duì)家用取暖來講，不具備適用性。上述三種家用電暖氣中，對(duì)流式電暖氣是最普遍的家用電暖氣，當(dāng)前在各大家電賣場出售的電暖氣基本上均屬于對(duì)流式電暖氣。

對(duì)流式電暖氣的突出優(yōu)勢表現(xiàn)在無污染、無排放、無噪音等環(huán)保方面，并且操作簡單，能夠做到通電即熱、斷電即停。該電暖氣也可適用于北方集中供熱，使電暖氣成為輔助供暖方式，以滿足不同用戶的使用需求。部分智能對(duì)流式電暖氣還具備節(jié)能作用，電能轉(zhuǎn)化率在99%以上，不僅可以在室內(nèi)房間自由移動(dòng)，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且還能夠使熱能利用率達(dá)到100%。

根據(jù)對(duì)流式電暖氣的外觀進(jìn)行分類，可分為油汀式、暖風(fēng)機(jī)、熱輻射型電暖氣。其中，市場上最普遍的是油汀式電暖氣，其形狀類似于家用的暖氣片形狀；暖風(fēng)機(jī)電暖氣主要用于浴室和房間供暖。在浴室使用的暖風(fēng)機(jī)采用全封閉式安全設(shè)計(jì)，具備體積較小、升溫迅速、送風(fēng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在房間使用的暖風(fēng)機(jī)，一般為臺(tái)式或壁式，其外形與空調(diào)外形類似；熱輻射型暖氣的外形與電風(fēng)扇外形類似，主要利用發(fā)熱組件和弧形發(fā)射器進(jìn)行供暖。

二、家用電暖氣溫控器的設(shè)計(jì)研究

（一）設(shè)計(jì)思路

為了進(jìn)一步提高電暖氣的運(yùn)行可靠性，本文利用較為先進(jìn)的單片機(jī)作為核心，并配以相應(yīng)的控制電路，設(shè)計(jì)了一款家用電暖氣溫控器。從溫控器成本的角度考慮，選用了德國TI公司出品的MSP430單片機(jī)，它的特點(diǎn)是低電源電壓范圍，僅為1.8-3.6V；超低功耗，符合節(jié)能要求；靈活的時(shí)鐘模式和高速的運(yùn)算能力；功能模塊較多；帶有FLASH存儲(chǔ)器和JTAG接口。

（二）溫控器硬件設(shè)計(jì)

該溫控器的硬件部分由以下幾大功能模塊構(gòu)成：

1.數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)溫度、壓力以及漏電信號(hào)的采集，其中溫度采集是利用溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。溫度傳感器選用的是DA-02-CX型，它的測溫范圍在-30℃～200℃之間；互換精度優(yōu)于±0.5℃；響應(yīng)時(shí)間小于3秒，通過一條接口線便可以與微處理器相連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙向通訊。

2.溫控模塊。本文所設(shè)計(jì)的溫控器能夠按照室內(nèi)的溫度自動(dòng)啟動(dòng)電暖氣的加熱裝置。在該系統(tǒng)中通過SSR對(duì)加熱裝置進(jìn)行控制，以此來使室內(nèi)溫度保持在預(yù)先設(shè)定好的溫度值范圍之內(nèi)，具體而言，就是當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，溫控器便會(huì)控制電暖氣自動(dòng)加熱達(dá)到預(yù)定溫度，如果室內(nèi)溫度超過設(shè)定值時(shí)，溫控器便會(huì)控制電暖氣停止加熱。為防止電暖氣加熱過程中人為接觸造成燙傷的情況發(fā)生，加熱過程中的水溫控制在55℃以內(nèi)。

3.人機(jī)接口模塊。系統(tǒng)采用LCD液晶顯示器，用以顯示溫度、日期、壓力等信息。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，該電路采用并行接口方式。系統(tǒng)報(bào)警主要涉及水壓、漏電報(bào)警兩個(gè)方面，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)顯示綠燈亮，在水壓不正?；虺霈F(xiàn)漏電時(shí)顯示紅燈亮，并且蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警音。與此同時(shí)，LCD顯示器還可以同一時(shí)間顯示報(bào)警信息。鍵盤電路用于設(shè)定室溫的相關(guān)參數(shù)值，包括上下限溫度值、日期、水壓上下限值等。人機(jī)接口模塊的鍵盤設(shè)計(jì)采取掃描的方式，即實(shí)現(xiàn)2×2的矩陣鍵盤。因一次按鍵的時(shí)間最少為幾十毫秒，加之鍵盤掃描時(shí)間較短，從而使得按鍵一旦按下就能夠被掃描到。

（三）溫控器軟件設(shè)計(jì)

溫控器的主要功能全部由軟件程序予以實(shí)現(xiàn)，具體包括如下軟件程序：主程序以及顯示、鍵盤掃描、溫度采集與處理等子程序。其中主程序的作用是對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行協(xié)調(diào)，當(dāng)完成初始化后，溫控器便會(huì)進(jìn)入到循環(huán)狀態(tài)，各個(gè)子程序也會(huì)隨之進(jìn)入到工作狀態(tài)，由此便可以完成對(duì)電暖氣得溫度控制與調(diào)節(jié)。

結(jié)論：

綜上所述，本文以單片機(jī)為核心，以溫度傳感器為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一款電暖氣溫控器，該控制最大的作用是能夠?qū)﹄娕瘹獾臏囟冗M(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)電暖氣加裝這種溫控器之后，不但提高了其運(yùn)行穩(wěn)定性，而且還進(jìn)一步降低了能耗，有效克服了傳統(tǒng)電暖氣的缺陷，具有一定的推廣價(jià)值。

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