基于Arduino控制的居室智能地暖系統(tǒng)的設(shè)計

趙林林+陳樺

【摘 要】針對現(xiàn)實生活中家居暖氣溫度的不可調(diào)控和暖氣裝置的布局導(dǎo)致局部溫度出現(xiàn)過熱或者過冷等問題，設(shè)計了一種可用于自動調(diào)節(jié)溫度的家居智能地暖系統(tǒng)。該家居智能地暖系統(tǒng)的溫度可調(diào)，并且可以使整個居室的任何位置的溫度保持在某個數(shù)值左右，整套裝置通過Arduino進(jìn)行控制，包括Arduino系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖的設(shè)計以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電路圖的設(shè)計，Arduino系統(tǒng)軟件程序圖，實現(xiàn)了整個居室溫度的自動調(diào)節(jié)。經(jīng)試驗驗證該居室智能地暖系統(tǒng)裝配簡單、運(yùn)行可靠、效率高、環(huán)保以及有效提高了資源的利用率。

【關(guān)鍵詞】居室智能地暖系統(tǒng)；溫度可調(diào)；Arduino；電路圖

0 引言

目前，在中國中部部分城市中，居民的家居沒有成套的供暖系統(tǒng)，如果應(yīng)用水暖作為供暖系統(tǒng)，則會造成生產(chǎn)成本高且對環(huán)境造成很大的負(fù)擔(dān)；再加上人們的生活水平的不一樣，難以保證所有人都能享用這種供暖系統(tǒng)。因此，基于上述問題，設(shè)計一種經(jīng)濟(jì)實惠的居室智能供暖系統(tǒng)是勢在必行的。本文所研制的居室智能地暖系統(tǒng)是針對居室溫度的可控自動調(diào)節(jié)，整套裝置通過Arduino控制，實現(xiàn)居室溫度的自動調(diào)節(jié)，Arduino具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修簡單方便、能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于許多不同的智能領(lǐng)域。

1 居室智能地暖系統(tǒng)的工作原理和總體結(jié)構(gòu)

1.1 居室智能地暖系統(tǒng)的工作原理（圖1）

居室智能地暖系統(tǒng)是一套可自動調(diào)節(jié)居室溫度的智能化系統(tǒng)，其工作原理：當(dāng)居室的溫度變化時，系統(tǒng)內(nèi)部的溫度傳感器會立刻獲取一個采得到的數(shù)字信號輸入給Arduino控制器，Arduino控制器根據(jù)已編成的控制程序以及Arduino輸入端的數(shù)字信號，其相應(yīng)地會輸出一個數(shù)字信號（控制信號），此控制信號輸出后經(jīng)過放大器將信號放大，繼而傳輸給繼電器，繼電器根據(jù)控制信號的不同來調(diào)節(jié)地暖電路的電流，從而達(dá)到控制溫度的效果[1]。

1.2 居室智能地暖系統(tǒng)的電路圖和總體結(jié)構(gòu)

居室智能地暖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，整套裝置分為三個部分，第一部分為信號采集裝置，主要以采集溫度變化信號的溫度傳感器為主的電路部分；第二部分是信號處理裝置，主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC和Arduino控制器，該部分是整套裝置的核心部分，也是充分體現(xiàn)智能化的部分；第三部分是信號放大裝置與地暖系統(tǒng)的啟動裝置，該部分主要包括信號放大裝置——晶體管放大器與地暖系統(tǒng)的啟動裝置——繼電器以及地暖系統(tǒng)的相關(guān)組件部分[3]。

該系統(tǒng)還配有一個報警裝置——蜂鳴器，這樣可以保證系統(tǒng)能夠安全地、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，假若一旦出現(xiàn)故障，蜂鳴器會及時發(fā)出警報，等待相關(guān)人員來處理。

2 家居智能地暖系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下

1）分析該智能系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定控制系統(tǒng)要實現(xiàn)哪些功能要求；

2）進(jìn)行控制器、I/O模塊、電源模塊、控制模式、ADC模塊、地暖系統(tǒng)模塊的選擇；

3）確定模擬量的輸入、輸入點(diǎn)的個數(shù)、數(shù)字量、輸出點(diǎn)的個數(shù)，列出Arduino輸入輸出分配表；

4）畫出控制柜接線圖，根據(jù)接線圖進(jìn)行現(xiàn)場接線；

5）根據(jù)順序功能圖編寫程序進(jìn)行調(diào)試，若是程序問題修改程序，直到調(diào)試成功。若是硬件問題解決硬件問題。

2.2 Arduino系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)分配

根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行分析，該系統(tǒng)為開關(guān)控制系統(tǒng)，共有8個輸入點(diǎn)，4個輸出點(diǎn)，選用anduino即可滿足設(shè)計要求。輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)分配表見表1。

2.3 arduino的外部接線圖

根據(jù)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)的分配，以及外部連接設(shè)備的劃分。該智能地暖系統(tǒng)的外部連接線路如圖2所示。其中，由于anduino控制器自帶ADC轉(zhuǎn)化器所以傳感器的模擬信號直接可以接到控制器上以及啟動地暖的接線是由一個繼電器控制開關(guān)。

2.4 Arduino的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)是開關(guān)選擇控制系統(tǒng)（圖3）。

該智能地暖系統(tǒng)設(shè)有自動停止、加熱和保持溫度三種工作狀態(tài)。系統(tǒng)沒有啟動時處于初始狀態(tài)。從初始狀態(tài)開始，按下系統(tǒng)的啟動按鈕，在自動工作的情況下，整個控制器開始處于工作狀態(tài)。隨著接收的傳感器的信號的不同，控制器會通過已編寫好的系統(tǒng)程序輸出不同的指示信號，達(dá)到控制室內(nèi)溫度的效果。

當(dāng)室內(nèi)處于低溫狀態(tài)（小于18℃時）時，控制器通過接收的信號給出一個指示，此時繼電器接通大電流的電路R1，系統(tǒng)處于快速加熱狀態(tài)；當(dāng)加熱到一定值時（18℃至30℃的溫度區(qū)間時），控制器通過接收的信號給出下一個指示，此時繼電器接通小電流電路R2，整個系統(tǒng)處于保溫狀態(tài)；隨著溫度繼續(xù)增加，當(dāng)達(dá)到一個峰值時（室溫大于或等于30℃時），控制器會給出一個斷開電路的指示，接通R3支路，整個系統(tǒng)處于停止加熱狀態(tài)[4]。

3 結(jié)論

該家居智能地暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，但是調(diào)節(jié)精度比較高，再加上anduino控制器可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，經(jīng)過試驗驗證本套裝置可以在節(jié)能的前提下有效地改善居室溫度。另外，該智能地暖系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，針對不同的居室，只需要重新設(shè)計地暖系統(tǒng)就可以應(yīng)用。因此，該家居智能地暖系統(tǒng)既方便又實用[5]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝克明，夏路易.可編程序控制器原理與程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]崔陽，張維華，白云峰.一種基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014（4）.

[3]程海粟，徐珂珂.一種智能家居的設(shè)計方案[J].信息通道，2012（2）.

[4]蔡睿妍，Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子技術(shù)工程，2012（16）.

[5]寧來圣.智能家居的技術(shù)應(yīng)用及前景分析[J].電子制作，2013（24）.

[責(zé)任編輯：王楠]