基于IOT的戶外太陽能加熱壺的設計

馮文靜+趙文慧+任肖飛+李瑞華

摘 要：針對當前人們在戶外很難滿足熱的食物和水等問題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things， IOT）技術的智能戶外加熱壺。結(jié)合目前戶外加熱壺所具有的不易攜帶、成本高、耗能高、安全性低等缺點，本系統(tǒng)將太陽能發(fā)電、手機智能控制納入新型城市物聯(lián)網(wǎng)體系，綜合運用能量轉(zhuǎn)換技術、藍牙通信等技術，實現(xiàn)智能化、數(shù)字化的戶外加熱水壺，同時還具有溫度、電壓等參數(shù)的監(jiān)測功能。

關鍵詞：太陽能電池 環(huán)境監(jiān)測 物聯(lián)網(wǎng) 藍牙模塊

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0054-02

針對摘要提出的問題，本文設計了一種集便攜、節(jié)能與安全無明火于一體的智能壺加熱系統(tǒng)，立足于當今節(jié)能減排的需求，改變以往一成不變的加熱方式，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

整個智能加熱系統(tǒng)分為兩大部分：充放電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。充放電系統(tǒng)主要實現(xiàn)太陽能給內(nèi)置電源充電，以及電源給加熱片加熱這兩個功能，通過手機藍牙智能控制實現(xiàn)加熱壺的充放電切換功能。輔助系統(tǒng)則通過傳感器進行水溫或環(huán)境溫度監(jiān)測，當用戶需要時，傳回溫度到手機；另外具有電壓智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)單個或多個充放電時電壓的監(jiān)控，保障安全質(zhì)量。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)的設計實現(xiàn)戶外智能加熱壺系統(tǒng)的充放電切換功能，包括充放電控制終端和監(jiān)測終端兩部分；主要包含控制模塊、溫度傳感器、太陽能電池板、電壓監(jiān)測模塊、硅膠加熱片、電源模塊等。

1.1 控制模塊

本智能戶外加熱壺控制終端和監(jiān)測終端的核心模塊均采用Arduino uno r3控制系統(tǒng)，采用的微處理器是ATmega328，具有8k/16k字節(jié)的Flash，支持自擦寫功能，512字節(jié)EEPROM和512字節(jié)SRAM，內(nèi)置Boot-Loader功能，支持USB全速，14個數(shù)字雙向IO腳（6個提供PWM輸出），6個模擬輸入腳，16MHz時鐘頻率。專門應用于對性能要求較高、成本要求較低、低功耗、新理念的場合，適合本系統(tǒng)的芯片需求。

1.2 傳感器模塊

傳感器模塊為DS18B20溫度傳感器模塊用于檢測周圍環(huán)境的溫度或在加熱壺中水的溫度，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

1.3 藍牙通信模塊

為了實現(xiàn)充放電切換的手機端控制及溫度監(jiān)測功能，本文采用基于物聯(lián)網(wǎng)的藍牙模塊構成通信網(wǎng)絡。本系統(tǒng)采用的藍牙通信模塊為HC-05模塊，具有低成本、高集成、靈活性強等特點，需與手機端、單片機同一頻率進行通信。

1.4 太陽能電池板

本文采用光電轉(zhuǎn)換效率高達15%的單晶硅太陽能電池板，由鋼化玻璃、EVA、電池片、背板、接線盒等組成，根據(jù)需要選用輸出電壓20 V左右的太陽能電池板，隨著對綠色理念的倡導，這類太陽能電池板被廣泛使用。

1.5 電壓監(jiān)測模塊

本文電壓監(jiān)測模塊采用LM2596DC-DC大功率可調(diào)降壓穩(wěn)壓模塊，帶有電壓表顯示。在控制充放電電壓同時監(jiān)測電壓，安全可靠性高。

2 手機終端監(jiān)控軟件的設計

為了實現(xiàn)智能戶外加熱壺系統(tǒng)的集中控制管理以及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)視功能，本系統(tǒng)選用Arduino藍牙通信普遍使用的遠程控制中心監(jiān)控軟件BlueSPP。

BlueSPP是一個高性能、低成本的手機藍牙通信軟件，將傳統(tǒng)的藍牙軟件功能集成，大大突破了傳統(tǒng)藍牙軟件在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲等方面的限制，實現(xiàn)了以軟件為中心的測量。

參考文獻

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