一種智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

付 濤 周 艷* 蘭勝智

（1、新疆工程學院，新疆 烏魯木齊830000 2、新疆廣電網(wǎng)絡股份有限公司，新疆 烏魯木齊830000 3、新疆龍源風力發(fā)電有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

隨著我國社會主義現(xiàn)代化工業(yè)飛快發(fā)展，對能源需求量也在不斷加劇，供求矛盾日益顯著，節(jié)約能源也成為了一個世界性的話題[1]。能源的保障，不僅要從能源的開發(fā)著手，更重要的是要從能源節(jié)約做起，在能源高速消耗的今天，節(jié)能減排顯得尤為可貴。隨著我國燃氣化的發(fā)展，城市煤氣、液化石油氣和天然氣在家庭生活中得到了人們的青睞，但煤氣灶的熱效率一般為60%左右。燃氣灶在使用過程中產(chǎn)生的熱量會快速地向周圍環(huán)境散發(fā)，引起了大量熱損失。為了對燃氣灶使用過程中產(chǎn)生的余熱和棄風進行回收，設計了本系統(tǒng)，從而對能源進行高效利用。

1 設計思路

圖1 控制系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)以單片機為核心，控制對油煙機及水循環(huán)系統(tǒng)進行實時的控制和巡檢，每個傳感器都可以自行完成工作，并且通過單片機指令實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的收集，單片機用來控制指令的發(fā)送，控制每個傳感元件進行采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時對收集的結果進行比較計算并顯示，系統(tǒng)包括顯示原件、溫度檢測元件、單片機、復位元件、報警元件、煙霧濃度檢測元件、火焰檢測元件、繼電器控制元件、燃氣泄露檢測元件、系統(tǒng)軟件等部分構成[2]。

2 系統(tǒng)硬件設計

圖2 水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)能量循環(huán)流程圖

圖3 簡易實物模型

該系統(tǒng)的實現(xiàn)主要在原有的燃氣灶爐盤上加裝循環(huán)水集熱管、控制水循環(huán)開關的電磁閥、用來儲存熱水的保溫箱、在抽油煙機出風管處加裝小型風力發(fā)電裝置、蓄電池、及以單片機為核心的主要控制系統(tǒng)，單片機控制部分主要有以下幾個模塊共同構成的整體：可以根據(jù)煙霧傳感器檢測煙霧的濃度值來調(diào)節(jié)油煙機轉速的不同檔位、控制水溫的溫度傳感器、以及溫度濃度顯示的顯示部分。單片機系統(tǒng)采用+5V 的電源進行供電。當系統(tǒng)運行時，利用煙氣濃度傳感器對廚房油煙濃度實時監(jiān)測[3]，根據(jù)用戶的要求，可自動調(diào)節(jié)油煙機的啟動值，當油煙濃度低于25ppm 時，抽油煙機不工作，當煙氣濃度介于25-50ppm 時，抽油煙機自動開啟低速運行，當煙氣濃度介于50-75ppm 時，抽油煙機自動切換至中速運行，當煙氣濃度介于75-100ppm 時，抽油煙機自動切換至高速運行，當煙氣濃度超100ppm 時，將自動啟動燃氣報警器裝置，并且關閉燃氣供應。抽油煙機工作時，安裝在油煙機排煙管處的風力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能直接收集在蓄電池內(nèi)，能持續(xù)不斷的將電能供給控制系，同時所產(chǎn)生的電能可對燃氣灶和燃氣表蓄電池進行充電。

3 系統(tǒng)軟件設計

智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的核心控制器為單片機，通過STC89C52 單片機可調(diào)節(jié)抽油煙機的轉速，控制蓄電池的充放電，對保溫箱進行保溫，進行水流量控制等，控制系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。

4 水循環(huán)系統(tǒng)設計及組態(tài)

當燃氣灶啟動時，聯(lián)鎖開關將循環(huán)水的水閥打開，并隨著燃氣開放的大小調(diào)節(jié)水閥開度，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量[4]。燃氣灶爐盤加熱溫水，經(jīng)檢測溫度達到設定值后流入水箱。當水箱水量達到設定值后，自動關閉循環(huán)水的水閥，此時打開水箱下部的反向水循環(huán)開關，繼續(xù)對加熱后的溫水進行再次加熱，直至燃氣灶關閉。當水箱溫度低于設定值，STC89C52 單片機控制系統(tǒng)接通水箱加熱棒上的繼電器，對水箱內(nèi)的水加熱，達到水箱預設溫度后，STC89C52 單片機控制的加熱棒繼電器斷開，加熱棒停止加熱，水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)能量循環(huán)流程如圖2 所示。

通過MCGS 組態(tài)仿真軟件對水循環(huán)整個過程進行模擬擬，通過仿真動態(tài)可以直觀的了解整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)能量循環(huán)MCGS 組態(tài)仿真。

5 系統(tǒng)模型搭建

系統(tǒng)搭建初期使用軟件Proteus7.8 來實現(xiàn)智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的仿真電路搭建模擬。智能風能及熱能高效利用控制系統(tǒng)在仿真正常運行后，要設置整個系統(tǒng)電路參數(shù)，在系統(tǒng)搭建的過程中需要經(jīng)過硬件和軟件相結合進行調(diào)試，是否能實現(xiàn)預定的效果，在軟件調(diào)試的過程中需要觀察模擬運行狀態(tài)工作顯示狀況，簡易模型如圖3 所示。

6 創(chuàng)新點及應用

本系統(tǒng)通過對傳統(tǒng)燃氣灶系統(tǒng)進行簡單的改造，能夠有效的對熱能和風能進行高效利用，由于燃氣灶的使用范圍廣泛，且該系統(tǒng)成本較低，如果系統(tǒng)能夠推廣使用，能夠節(jié)省大量能源，故該控制系統(tǒng)的應用前景廣闊，對減少碳排放量提高能源利用效率，具有良好的促進作用。