基于光能智能加熱保溫裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江美霞 程洪銳 賴澤權(quán)

引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)及太陽能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的太陽能保溫裝置設(shè)計(jì)也日益步入人們的視線之中，人們對(duì)于太陽能保溫裝置有著強(qiáng)烈的需求，它既符合了當(dāng)今時(shí)代的環(huán)保節(jié)能主題，也給人們的生活帶來便捷。光能是一種相對(duì)較容易獲取的綠色能源，但其普及的空間卻還非常巨大。太陽光、燈光在我們的生活中隨處可見，但這些光，除了提供照明功能以外，就很少有另外的用途，變相的造成了極大的浪費(fèi)。如果能將照明燈光、日光等進(jìn)行回收轉(zhuǎn)化電能，便能將其充分地利用起來。即達(dá)到“節(jié)能減排，綠色環(huán)?！钡哪康模転榫徑馊蛲⒌哪茉葱枨?，解決非可再生能源的枯竭問題起到積極的作用。因此本文基于光能智能加熱保溫杯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主旨是將生活中燈照的光能和太陽光照回收進(jìn)行二次利用，響應(yīng)國家“節(jié)能減排”號(hào)召，打造綠色環(huán)保，節(jié)能減排的生活理念，有效地發(fā)掘和大力發(fā)展光能回收二次利用，對(duì)緩解全球能源的旺盛需求，解決非可再生能源的枯竭有著積極的作用，同時(shí)也帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖1 基于光能智能加熱保溫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框圖

1.系統(tǒng)框圖

本文基于光能智能加熱保溫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其主要利用太陽光照或者燈照的光能，利用太陽能電池板的原理，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，用光電材料將生活中燈照的光和太陽的光照進(jìn)行回收，經(jīng)過光生伏打效應(yīng)，將其轉(zhuǎn)變成為電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池為保溫裝置提供電源，從而實(shí)現(xiàn)低功率加熱保溫 ，再結(jié)合嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控溫，確保家電設(shè)備長時(shí)間保持用戶所需的溫度，其優(yōu)點(diǎn)主要為安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等。本系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)由三大模塊組成，其分別為：太陽板驅(qū)動(dòng)模塊，蓄電池充電模塊，智能溫控模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)的工作原理

智能加熱保溫系統(tǒng)通過溫度傳感器采集溫度，再通過單片機(jī)處理器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)保溫系統(tǒng)智能化和個(gè)性化，方便控制和安全。本系統(tǒng)通過太陽光照或者燈照的光能轉(zhuǎn)變成為電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池為小家電提供電源，而無需用電網(wǎng)中的電能即可實(shí)現(xiàn)小家電低功率加熱保溫的功能，再通過溫控按鍵設(shè)定加熱保溫溫度，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)膽內(nèi)需加熱物體的溫度，溫度傳感器將溫度信息傳遞給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制發(fā)熱組件進(jìn)行按預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行加熱保溫，指示燈能顯示處于加熱還是保溫的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)智能加熱保溫，且可以利用該裝置中電源輸出模塊給手機(jī)、平板電腦等充電 ，其優(yōu)點(diǎn)主要為安全、節(jié)能、方便、環(huán)保。

2.1 系統(tǒng)電源模塊

基于光能智能加熱保溫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的電源模塊主要是利用太陽能電池板的原理，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，利用光電材料將生活中燈照的光和太陽的光照進(jìn)行回收，將回收到的光源照射再太陽能板上，經(jīng)過光生伏打效應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行光能到電能之間的轉(zhuǎn)化，并通過控制電路將該電能保存到蓄電池當(dāng)中進(jìn)行儲(chǔ)能，再經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，一部分將其輸送到智能化模塊中的單片機(jī)處理器，另外一部分將輸送到保溫加熱模塊，最終實(shí)現(xiàn)給整個(gè)用系統(tǒng)進(jìn)行供電，將到回收的光能作為整個(gè)電路的能源，主要具有安全、節(jié)能、方便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。此外，在系統(tǒng)中多加一個(gè)太陽能最大功率跟蹤裝置，以便實(shí)現(xiàn)光能高效地回收利用，提高系統(tǒng)能源的利用效率。

2.2 系統(tǒng)智能溫控模塊

基于光能智能加熱保溫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的智能溫控模塊采用AT89C51單片機(jī)作為處理器，實(shí)現(xiàn)了智能加熱保溫裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊、溫度采集模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、報(bào)警模塊等組成。智能控制模塊是通過溫度檢測電路采集的輸入的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，再將所采集到的溫度送到單片機(jī)處理，再通過液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)與用戶進(jìn)行界面交互。單片機(jī)通過DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度采集，將所采集到的溫度與用戶所設(shè)置的保溫溫度進(jìn)行對(duì)比，從而通過單片機(jī)控制保溫裝置的發(fā)熱盤的加熱時(shí)間。液晶顯示模塊主要由的LCD1602液晶顯示屏來顯示實(shí)時(shí)溫度，完成對(duì)保溫裝置系統(tǒng)當(dāng)前水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示。通過按鍵接口電路可以實(shí)現(xiàn)用戶所需求的溫度與功能檔位的選擇。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的總框圖

該系統(tǒng)通過AT89C52作為核心的智能控制模塊，控制了保溫系統(tǒng)裝置整個(gè)加熱過程，在系統(tǒng)中，通過按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)溫度，通過溫度檢測電路實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的加熱的溫度，其主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）通過按鍵接口電路，實(shí)現(xiàn)用戶溫度的預(yù)設(shè)。

2）當(dāng)系統(tǒng)完成用戶所預(yù)設(shè)的溫度的加熱時(shí)，通過報(bào)警電路給用戶進(jìn)行提示。

3）通過溫度檢測模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過LCD1602液晶顯示屏顯示實(shí)時(shí)水溫。

圖3 主程序設(shè)計(jì)流程圖

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用AT89C52芯片作為系統(tǒng)核心處理器，通過keil uVision4開發(fā)環(huán)境，結(jié)合系統(tǒng)硬件電路，利用C語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)溫度的采集、溫度的控制、實(shí)時(shí)水溫顯示和報(bào)警。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、按鍵處理程序、顯示子程序、溫度控制和溫度采集的子程序。其中主程序?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)LCD1602顯示屏、溫度傳感器DS18B20以及系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，然后通過按鍵模塊檢測用戶所預(yù)設(shè)的溫度信息并儲(chǔ)存，并控制保溫裝置加熱的電路的通斷，使得當(dāng)前水溫與用戶所預(yù)設(shè)的溫度保存一致，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫。其主程序設(shè)計(jì)的流程圖，如圖3所示。

4.結(jié)束語

本文主要介紹基于光能智能加熱保溫裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)電源模塊主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，利用光電材料吸收生活中燈照的光和太陽的光照的光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能，并將該電能保存到蓄電池中，再分別實(shí)現(xiàn)給單片機(jī)處理器供電以及給保溫裝置底座的發(fā)熱絲進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)低功率加熱保溫的功能。此外，還實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫。其中，系統(tǒng)智能加熱保溫控制模塊主要是利用單片機(jī)AT89C52作為核心處理器，在工作過程中，單片機(jī)處理器會(huì)根據(jù)溫度傳感器采集當(dāng)前裝置的溫度與用戶預(yù)設(shè)的溫度進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)保溫裝置加熱電路的導(dǎo)通與關(guān)斷，使得保溫裝置的溫度穩(wěn)定在用戶所預(yù)設(shè)的溫度，并通過LCD液晶顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度。系統(tǒng)通過按鍵和預(yù)設(shè)溫度顯示，提高了系統(tǒng)的可操作性及可靠性。同時(shí)，使得系統(tǒng)不僅具有簡便、可控、直觀等特點(diǎn)，也體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化，實(shí)現(xiàn)了利用光能發(fā)電以及加熱保溫的目的。