適用于實訓場所的智能溫控系統(tǒng)設計綜述

童逸杰

摘 要 本文基于前期大量調(diào)研成果發(fā)現(xiàn)，市場上能源缺口巨大并且存在能源浪費嚴重的現(xiàn)象。 而實訓基地（公司廠房或者大型商場）往往會在夏季對供電造成巨大的考驗。目前傳統(tǒng)的設備有著諸多缺點，中央空調(diào)檢測溫度只局限于空調(diào)附近，夏天冷空氣下沉，上下溫差大，檢測溫度不實，導致空調(diào)長時間持續(xù)全負荷工作，尤其是實訓基地的實訓場所高度非常高，上下溫差巨大，常常導致冬天不制熱，夏天高能耗的結果。本文旨在通過全方位多維度實時檢測溫度來智能控制設備進行工作，采用單片機和溫度傳感器設計一種智能的溫度反饋系統(tǒng)來解決上述問題，從而達到節(jié)能的目的。

關鍵詞 溫控;能源;傳感器

引言

2019年我國全社會用電量年均復合增速超過13.6%，由于夏季高峰負荷增長太快，超出了電力系統(tǒng)的供應能力，造成此原因很大程度上由于目前的制冷設備智能化程度不強，比如廠房、實訓場地與商場等地中央空調(diào)檢測溫度只局限于空調(diào)附近，這些場所有個特點，便是高度很高，上下溫差明顯，在夏天冷空氣下沉，上下溫差大，檢測溫度不符合實際，導致空調(diào)持續(xù)全負荷工作，造成電力持續(xù)浪費。這些電力的浪費，歸根結底都是由于溫度控制不夠智能化所導致的。通過調(diào)查國內(nèi)外研究，目前針對溫度控制存在了大量的參考文獻[1-7]，如果可以采用溫度實時全方位監(jiān)測，并且實時反饋至控制系統(tǒng)，則能夠很好地緩解能源浪費的問題。

1系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)框架設計

利用可以直接被讀出數(shù)據(jù)的溫度傳感器DS18B20監(jiān)控實訓室內(nèi)部工作環(huán)境的溫度，并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機系統(tǒng)進行處理，在單片機控制程序中設置一個溫度上限值，根據(jù)當前不同的溫度對系統(tǒng)進行不同的操作，并且把實時監(jiān)控溫度與溫度上限值一并顯示在LCD1602上以方便工作人員查看與操作。

1.2 系統(tǒng)電路設計

本系統(tǒng)電路部分拆分成五個模塊來進行設計，分別為基礎外部電路模塊、按鍵電路模塊、顯示電路模塊、溫度采集模塊與伺服驅動模塊. 基礎外部電路中單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機內(nèi)OSC的定時反饋回路，當按下按鍵開關S1時，系統(tǒng)復位一次。顯示電路模塊會設計采用的是LCD1602 液晶顯示器作為溫度的實時顯示。按鍵模塊包括兩個獨立按鍵，一端與單片機的P1口連接，另一端接地，當按下任一鍵時，P1口讀取低電平有效。系統(tǒng)上電后，進入按鍵掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設定。溫度采集電路采用的是DS18B20，該傳感器是單總線結構，將采集到的溫度實時送給單片機，單片機將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后實時地在液晶上顯示出來。伺服驅動電路設計采用的通過單片機的I/O 口產(chǎn)生一個脈沖寬度調(diào)制信號，經(jīng)三極管驅動電路來驅動電機轉動。系統(tǒng)電源電路的設計則是為了實現(xiàn)室內(nèi)和戶外的各種環(huán)境的用電，首先將220 V 交流電轉換成5 V 的直流電來提供穩(wěn)定的5 V 電壓為單片機、液晶等模塊供電，電路圖由圖1所示。

1.3 軟件程序設計

軟件程序設計部分基于C 語言進行模塊化的設計。首先編寫主要程序初始化，接著重復測試緩沖模塊中各個相關單元的標志，若已經(jīng)置位的緩沖區(qū)表明要處理對應的數(shù)據(jù)，接著主程序將調(diào)配對應的處理子模塊如圖2 所示。

2溫度測量模式改善

本文采用多點多維度環(huán)繞檢測的方式反應房間實際溫度，為了不明顯增加成本并且能夠滿足需求，最后選擇價格低廉的DS18B20溫度傳感器，低成本的優(yōu)勢可以選擇多個傳感器布置在房間內(nèi)部，并且計算出平均值來判斷調(diào)溫設備的工作運行狀態(tài)。由于人體的溫度變化是靠皮膚黏膜和內(nèi)臟器官，因此出于人性化設計，本項目中傳感器的分布高度一共分為兩個維度，分別為1.5米（人類站立時感受溫度平均高度）與1米（人類坐時感受溫度平均高度），在需要不同情況的時候能夠開啟不同高度的傳感器進行反饋控制。此外，每一個維度又有多個傳感器平均分布在房間內(nèi)部，最后取其平均值并反饋給控溫系統(tǒng)以決定下一步的操作。

3結束語

本文基于單片機的智能溫控系統(tǒng)實現(xiàn)了多維度檢測識別外部環(huán)境溫度，根據(jù)外部環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)溫控設備工作溫度，能夠有效解決夏季實訓基地以及廠房類工作環(huán)境下溫度控制非智能化，浪費嚴重的現(xiàn)象，既經(jīng)濟又環(huán)保，并且本系統(tǒng)涉及許多單片機以及C語言課程等機電與信息技術類知識內(nèi)容，能夠作為機電與信息技術類專業(yè)的教學材料進行實際案例教學，具有良好的社會效益與經(jīng)濟效益。

參考文獻

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