基于Arduino的空調(diào)冷凝水處理裝置研制

摘" 要：針對(duì)當(dāng)前空調(diào)的普遍使用以及空調(diào)使用后產(chǎn)生的冷凝水無(wú)法及時(shí)處理會(huì)對(duì)環(huán)境以及道路造成影響的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于Arduino的空調(diào)冷凝水處理裝置。此裝置由3部分組成，分別為收集部分、控制部分和處理部分。收集部分集成水泵和水位傳感器，控制部分集成開(kāi)發(fā)板、電池和顯示屏，處理部分集成霧化片和水位傳感器。其中當(dāng)收集部分水位大于容器50%時(shí)，水泵會(huì)將收集部分的水泵入處理部分當(dāng)中，同時(shí)當(dāng)處理部分水位大于容器25%時(shí)，霧化片將冷凝水處理成水霧，不僅對(duì)冷凝水進(jìn)行有效處理，還可以對(duì)空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行降溫。因此該裝置在節(jié)能和環(huán)保方面上具有重要意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)冷凝水;Arduino;節(jié)能;環(huán)保;傳感器

中圖分類號(hào)：TB472" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）11-0049-04

Abstract： Aiming at the widespread use of air conditioners at present and the problem that the condensed water produced by air conditioners cannot be treated in time， which will affect the environment and roads， an air conditioner condensed water treatment device based on Arduino is designed. The device consists of three parts， namely， a collection part， a control part and a processing part. The collection part integrates water pump and water level sensor， the control part integrates development board， battery and display， and the processing part integrates atomizing sheet and water level sensor. When the water level in the collection part is more than 50% of the container， the water pump will pump the water in the collection part into the treatment part; at the same time， when the water level in the treatment part is more than 25% of the container， the atomizing sheet will treat the condensed water into water mist， which not only effectively treats the condensed water， but also cools the air conditioning fan. Therefore， the device is of great significance in energy saving and energy saving.

Keywords： air conditioning condensate; Arduino; energy conservation; environmental protection; sensors

隨著家用空調(diào)設(shè)備的普及，空調(diào)使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冷凝水，通常通過(guò)排水管排出室外。然而，直接排放冷凝水可能帶來(lái)噪音、環(huán)境污染和資源未有效利用等問(wèn)題，且在特殊場(chǎng)所可能影響空調(diào)使用。目前，解決冷凝水無(wú)排放問(wèn)題普遍采用2種方式：一種是收集冷凝水到帶加熱器的處理器中蒸發(fā);另一種是將冷凝水霧化后噴向冷凝器，雖能避免排放并提高效率，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大且需額外能耗。同時(shí)空調(diào)中集合冷凝水的凝水盤(pán)是空調(diào)中最臟的地方，聚集著大量的細(xì)菌和灰塵，凝水盤(pán)中出來(lái)的冷凝水，如果不經(jīng)過(guò)處理直接蒸發(fā)，再排放到空氣中，容易對(duì)空氣造成污染。另外，空調(diào)的冷凝水是一滴一滴產(chǎn)生的，這樣凝水盤(pán)中冷凝水的量就比較少，容易使冷凝水不斷地流入蒸發(fā)水簾裝置的某一位置上，造成蒸發(fā)水簾裝置蒸發(fā)面積小的問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于Arduino的空調(diào)冷凝水處理裝置，不僅可以對(duì)空調(diào)冷凝水進(jìn)行有效處理，還不增加額外的能量消耗。

Arduino單片機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及交通等方面都有所應(yīng)用。例如，當(dāng)前園林中存在的噴灌設(shè)備位置固定導(dǎo)致噴灑面積不能完全滿足不同地形噴灌需求的問(wèn)題，內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究了一種基于Arduino的智能噴頭，實(shí)現(xiàn)了噴頭可隨著綠化邊界不同而覆蓋不同的噴灌面積[1]。河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院利用兩塊Arduino控制板分別控制藥物噴灑車底盤(pán)的運(yùn)動(dòng)和藥物噴灑模塊的動(dòng)作設(shè)計(jì)了一款基于SLAM技術(shù)的智能藥物噴灑小車[2]。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)設(shè)計(jì)了家庭的廢水回收和利用系統(tǒng)[3]，解決了家庭廢水的回收問(wèn)題。

對(duì)于空調(diào)冷凝水的處理也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，在船上可以將船用空調(diào)冷凝水用于廁所沖洗系統(tǒng)，能夠節(jié)省淡水資源、減輕船舶海水淡化的負(fù)擔(dān)，有效提升船舶航行期間的自持力[4]。貴陽(yáng)市水井坡地鐵站將地鐵的空調(diào)冷凝水用冷凝水回用水箱進(jìn)行處理[5]。

1" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)針對(duì)處理空調(diào)冷凝水的具體方法進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，選取霧化片對(duì)冷凝水進(jìn)行霧化處理，將冷凝水霧化成水霧，具有降低空調(diào)外機(jī)溫度和提高空調(diào)工作效率的功能。系統(tǒng)主要包括5個(gè)模塊，分別為冷凝水收集模塊、冷凝水處理模塊、供電模塊、主控模塊以及顯示模塊。如圖1所示。

2" 模塊設(shè)計(jì)

冷凝水處理裝置整體設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1" 主控模塊

主控部分選擇Arduino單片機(jī)，此芯片負(fù)責(zé)接收水位傳感器的狀態(tài)并控制水泵和霧化片。同時(shí)完成對(duì)水泵泵水以及霧化片霧化調(diào)節(jié)工作。在所編寫(xiě)的程序基礎(chǔ)上，給予水泵以及霧化片控制信號(hào)，使其根據(jù)規(guī)定的程序進(jìn)行工作。

2.2" 冷凝水收集模塊

收集模塊是收集冷凝水的主要部位，內(nèi)設(shè)有水位傳感器1和水泵。水位傳感器1時(shí)刻監(jiān)控收集模塊水位狀況，并反饋給Arduino單片機(jī)，當(dāng)水位超過(guò)收集模塊整體的50%時(shí)，單片機(jī)向水泵發(fā)出信號(hào)，水泵開(kāi)始啟動(dòng)，便會(huì)將水泵入處理模塊中。

2.3" 冷凝水處理模塊

處理模塊是處理冷凝水的核心部分，內(nèi)設(shè)有水位傳感器2和霧化片。水位傳感器2監(jiān)控處理模塊水位狀況，同時(shí)也反饋給Arduino單片機(jī)。當(dāng)水位超過(guò)處理模塊的25%時(shí)，單片機(jī)會(huì)向霧化片傳達(dá)信息，霧化片開(kāi)啟霧化功能，將冷凝水處理為水霧。與此同時(shí)，當(dāng)水位超過(guò)處理模塊整體的75%時(shí)，單片機(jī)向水泵發(fā)出信號(hào)，水泵停止泵水，此時(shí)沒(méi)有水持續(xù)進(jìn)入處理模塊內(nèi)。

2.4" 顯示模塊

顯示模塊主要由LCD1602顯示屏組成，該顯示屏主要由3個(gè)部分構(gòu)成，分別為水位傳感器1監(jiān)控的收集模塊水位狀況、水位傳感器2監(jiān)控的處理模塊水位狀況以及霧化片的工作情況。此設(shè)計(jì)便于觀察裝置的工作狀況，可視化增強(qiáng)。

2.5" 供電模塊

供電模塊主要使用11.1 V的車模電池進(jìn)行供電，由于裝置需要的電壓為5 V，電壓過(guò)低無(wú)法支撐整個(gè)裝置進(jìn)行工作，電壓過(guò)高會(huì)損壞元器件甚至損壞Arduino單片機(jī)，所以我們使用了LM2596S DC可調(diào)降壓模塊，使11.1 V的電壓降到5 V。如圖3所示。

3" 工作原理

3.1" 室外機(jī)進(jìn)氣原理

家用空調(diào)的進(jìn)風(fēng)口通常位于空調(diào)室外機(jī)的頂部或側(cè)面，負(fù)責(zé)吸入空氣。在沒(méi)有墻壁等遮擋時(shí)，空氣分別垂直于正面與側(cè)面進(jìn)入空調(diào)室外機(jī)內(nèi)，如圖4所示。

當(dāng)外部有墻壁的遮擋時(shí)，空氣則會(huì)通過(guò)四周鉆進(jìn)空調(diào)室外機(jī)內(nèi)，從而空氣進(jìn)入空調(diào)的方向發(fā)生了改變，裝置處于空調(diào)的側(cè)面，正好可以有效地對(duì)冷凝水進(jìn)行收集，符合生活實(shí)際，如圖5所示。

3.2" 冷凝水處理裝置的工作原理

收集裝置收集空調(diào)滴落的冷凝水，冷凝水通過(guò)水泵進(jìn)入處理裝置內(nèi)，在處理裝置內(nèi)有霧化片，可以將冷凝水變成水蒸氣，從側(cè)面的排氣口排出，此時(shí)水蒸氣汽化吸熱，使周圍的溫度降低，從而達(dá)到對(duì)空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行散熱，而內(nèi)外溫差大，更有利于空調(diào)吸入空氣，也會(huì)利于空調(diào)的工作。如圖6所示。

4" 智能處理

空調(diào)冷凝水處理裝置的工作流程如圖7所示。

冷凝水收集模塊內(nèi)設(shè)有傳感器，當(dāng)冷凝水的體積超過(guò)50%時(shí)，便會(huì)啟動(dòng)水泵，將收集模塊內(nèi)的水泵入處理模塊內(nèi)。冷凝水處理模塊內(nèi)也設(shè)有傳感器，當(dāng)模塊內(nèi)的冷凝水超過(guò)75%時(shí)，會(huì)發(fā)出警告，收集模塊內(nèi)的水將不會(huì)再泵入處理裝置內(nèi)。當(dāng)模塊內(nèi)的冷凝水超過(guò)25%時(shí)，霧化片便會(huì)啟動(dòng)。主控部分由可調(diào)降壓模塊、車模電池、Arduino模塊可以改變電壓值，使其適應(yīng)于Arduino單片機(jī)需要的電壓值。霧化片可以將冷凝水霧化成氣體。LCD顯示屏可以顯示出收集冷凝水以及處理冷凝水的狀態(tài)。Arduino單片機(jī)可以通過(guò)程序控制整個(gè)裝置。

5" 程序代碼

空調(diào)冷凝水處理裝置的程序代碼如圖8所示。

6" 電路設(shè)計(jì)

空調(diào)冷凝水處理裝置的電路設(shè)計(jì)如圖9所示。

7" 創(chuàng)新性

裝置對(duì)冷凝水收集的同時(shí)，在處理裝置中將收集到的水通過(guò)霧化片，變成水蒸氣給送空調(diào)散熱，提高了空調(diào)的效率，同時(shí)也符合節(jié)能減排和綠色環(huán)保的理念。與此同時(shí)，可以解決冷凝水的腐蝕、漏水、降低空氣質(zhì)量、引發(fā)電氣設(shè)備故障、空調(diào)結(jié)構(gòu)損壞、能源浪費(fèi)和污染環(huán)境等諸多問(wèn)題。冷凝水處理裝置的設(shè)計(jì)均采取模式化設(shè)計(jì)，在便于更換、升級(jí)、換代的同時(shí)，降低了成本，符合節(jié)能減排的理念。

8" 運(yùn)行效果

在節(jié)能環(huán)保方面，基于Arduino的冷凝水處理裝置解決了傳統(tǒng)冷凝水處理方式浪費(fèi)水資源、污染環(huán)境的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷凝水的有效收集、處理和再利用，降低空調(diào)的能耗，減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

在自動(dòng)化控制方面，基于Arduino的冷凝水處理裝置可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，通過(guò)傳感器對(duì)水位等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行收集冷凝水和處理冷凝水，確?？照{(diào)系統(tǒng)在高效率、低能耗的狀態(tài)下運(yùn)行。

在低成本高效能方面，相較于傳統(tǒng)的制冷設(shè)備，基于Arduino的冷凝水處理裝置具有成本低、性能穩(wěn)定、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。利用開(kāi)源硬件Arduino進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以降低研發(fā)成本，提高裝置的性價(jià)比。

在安全方面，有效地對(duì)冷凝水進(jìn)行處理，排除了道路安全隱患。

在利用率高方面，對(duì)于收集的冷凝水霧化成水蒸氣，對(duì)空調(diào)室外機(jī)進(jìn)行散熱，解決了空調(diào)散熱慢的問(wèn)題。

9" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該裝置成功實(shí)現(xiàn)了處理空調(diào)冷凝水的功能，使冷凝水霧化成水霧，避免了冷凝水的滴落，減少了周圍環(huán)境的污染以及降低附近的道路安全隱患，如圖10所示。

10" 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于Arduino的空調(diào)冷凝水處理裝置，完成了冷凝水向水霧的轉(zhuǎn)化，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)于空調(diào)冷凝水的高效處理，在處理水污染領(lǐng)域具有一定的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、實(shí)用性強(qiáng)，在處理空調(diào)冷凝水方面取得了良好的效果，同時(shí)具有節(jié)能環(huán)保，可視化強(qiáng)，成本低等優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，例如居家、公共場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)室和工廠等。但該裝置還存在許多不足。例如，對(duì)于收集的冷凝水量有一定的限制，水量過(guò)多則容易溢出;在雨天，雨水容易流入裝置內(nèi)，從而影響對(duì)于冷凝水的監(jiān)測(cè)等。這些都有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

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