基於微控制器的自供電供暖溫度智慧調控裝置研究論文

　　北方地區冬季供暖以集中供熱為主,不僅消耗大量的燃煤,而且造成巨大的環保壓力,其中存在很大的節能減排空間。集中供熱系統普遍存在兩大問題,一是不同熱需求混網難以兼顧,造成供熱效果差和能源浪費大;二是“大流量、小溫差”,造成冷熱不均和輸配能耗大。其根源在於缺乏適當位置的適當調控與適當計量。以下是小編為大家精心準備的：基於微控制器的自供電供暖溫度智慧調控裝置研究相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　基於微控制器的自供電供暖溫度智慧調控裝置研究全文如下：

　　【摘要】：設計了一種自供電的供暖調控裝置,其主要包括溫差供電模組、電路控制模組、水流控制模組。本裝置工作時,溫差供電模組可利用暖氣管道與室溫的溫差發電,以STC89C52微控制器為核心的電路控制模組可實時監測室內溫度,並能根據使用者設定溫度和室內實際溫度驅動水流控制模組,以調控供暖管道水流量,從而達到調節室內溫度的目的。

　　【關鍵詞】： 溫差發電 水流控制 溫度調控 微控制器

　　城鎮居民的冬季供暖一直是社會關注的焦點，傳統的供暖裝置既不能根據使用者的實際需要來調控室溫，也造成了能源浪費。通過本裝置居民能夠根據實際需求設定室內溫度，並且裝置本身可以利用暖氣管道與室溫的溫差進行發電，不需要額外的電源，實現了自供電功能。

　　1 技術原理

　　1. 1 半導體溫差發電原理

　　半導體溫差發電是利用塞貝克效應將熱能轉化為電能，將P 型和N 型兩種不同型別的熱電材料*** P 型是富空穴材料，N 型是富電子材料*** 相連形成一個PN 結，一端置於高溫狀態，另一端置於低溫狀態，由於熱激發作用，P 型材料高溫端空穴濃度高於低溫端，N 型材料高溫端電子濃度高於低溫端，在濃度梯度的驅動下，P型材料空穴和N 型材料電子會向低溫端擴散，從而形成電動勢。

　　1. 2 DS18B20 溫度感測器工作原理

　　DS18B20 內部結構主要由四部分組成: 64 位光刻ROM、溫度感測器、非揮發的溫度報警觸發器TH 和TL、配置暫存器，它能把採集的溫度訊號直接轉化成數值訊號輸出，並且測溫範圍為- 55 ～ +125 ℃，精度為±5 ℃。

　　2 自供電的供暖調控裝置結構設計

　　本裝置工作時SP1848 型溫差半導體組利用暖氣管道與室溫的溫差進行發電，一部分電能維持裝置工作，剩餘部分電能儲存到鋰電池中，作為備用電源。DS18B20 溫度感測器可實時監測室內溫度，並將數字訊號傳送給STC89C52 微控制器，當溫度低於或高於某一設定值時，微控制器會向步進電機驅動晶片傳送訊號，以驅動步進電機的轉動，水流控制閥會在步進電機的帶動下實現對水流量的控制。

　　2. 1 溫差供電模組結構設計

　　本模組採用4 塊SP1848-27145 半導體溫差發電片串聯發電，其單片規格為40 mm 長* 40mm 寬* 3. 4 mm 厚，內涵126 對PN 結。HY910導熱矽膠具有導熱效能好，粘合力強等特點，其蒸發量為0. 001%*** 200℃ /24Hours*** ，熱傳導係數大於0. 975 W/m-K，耗散係數小於0. 005，適用於散熱片無固定扣具情況下的貼上導熱。半導體片兩端都塗抹HY910 導熱矽膠後，將熱端緊貼在暖氣片表面，冷端則和100 mm 長* 100 mm 寬* 40mm 厚的鋁合金散熱片緊貼在一起，以此來保持半導體兩端溫差。北方城鎮暖氣片溫度一般為60 ～ 70 ℃，室內實際溫度一般為15 ～ 20 ℃，理論上半導體片兩端溫差可維持在40 ～ 55 ℃之間，由於半導體溫差發電片本身的導熱，根據實際測量結果應減去8℃的溫差損耗，故半導體片兩端溫差實際可維持在32 ～ 47 ℃之間，發電功率可達到2 W 左右。

　　2. 2 水流控制模組機械結構設計

　　水流控制模組機械結構由ULN2003 步進電機和XU8230 直式溫控閥組成。ULN2003 步進電機為減速步進電機，直徑為28 mm，額定工作電壓為5 V，步進角度為5. 625* *** 1 /64*** ，其5 線4 相的電路可以用ULN2003 晶片驅動，也可以接成2相使用，為更精確的控制暖氣管道水流量，本模組採用ULN2003 晶片驅動。XU8230 直式溫控閥公稱壓力為1. 6 MPa，工作溫度為- 10 ℃≤T≤100 ℃，管螺紋符合ISO 228 標準，並配有外加錐型密封圈。將ULN2003 步進電機轉子與XU8230直式溫控閥調節手輪進行剛性連線，並把步進電機外殼與溫控閥固定在一起，這樣ULN2003 步進電機就可以帶動XU8230 直式溫控閥調節手輪轉動。

　　3 電路組成

　　3. 1 溫差發電電路

　　STC89C52 微控制器工作電壓為5 伏，選LM7805 整合穩壓器將SP1848 型溫差半導體輸出電壓穩定在5 V，然後向5 V 鋰電池充電，最後由鋰電池向裝置供電。

　　3. 2 微控制器控制電路

　　3. 2. 1 溫度測量顯示電路

　　STC89C52 微控制器是一個低功耗，高效能的51 核心的CMOS 8 位微控制器，具有抗干擾性能強、速度快、功耗低和指令程式碼完全相容8051 微控制器等特點。如圖7 在STC89C52 微控制器最小系統的基礎上，採用DS18B20 型溫度感測器採集溫度，溫度顯示採用1602 型液晶顯示器，直接通過微控制器I /O 介面通訊。PO 口作為普通I /O 口使用，在其外部接拉電阻後，與1602 液晶顯示器DB0-DB7 資料口相連; DS18B20 型溫度感測器訊號輸出埠直接與P2. 7 口相連。

　　3. 2. 2 L298N 電機驅動電路

　　L298N 是專用驅動積體電路，屬於H 橋積體電路，最大輸出電流為4A，最高工作電壓為50 V，用於驅動感性負載，其輸入端直接與微控制器P2. 0-P2. 3 口相連，可以方便地受微控制器控制，實現電機的止轉、正轉角度與反轉角度。

　　4 結論

　　本裝置利用溫差半導體組為本裝置供電，充分利用了二次能源，並且能夠根據室溫的實際情況，自動調節暖氣管道的水流量，避免了能源的浪費，也為居民帶來了更舒適的室內環境，具有很好的推廣前景。