安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 孫振宇 江 山

一種智能電暖控制器的設(shè)計(jì)

安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 孫振宇 江 山

【摘要】根據(jù)目前市面上家用電暖器非智能化的缺點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了一種用51單片機(jī)控制的智能電暖控制器。該智能電暖控制器無需改造原家用電暖器，多個(gè)傳感器配合工作，實(shí)現(xiàn)房間無人使用時(shí)自動(dòng)斷電和一鍵恢復(fù)電暖器工作的功能。

【關(guān)鍵詞】電暖器；智能；51單片機(jī)；多傳感器

電暖器是一種常見的家用電器，在寒冷的冬季給人們帶來溫暖和方便。由于電暖器在使用中不產(chǎn)生有害氣體，殘?jiān)欧?，干凈衛(wèi)生且容易清理，無需保養(yǎng)，符合綠色健康時(shí)尚環(huán)保的理念，越來越受到人們的青睞。雖然我國(guó)電暖器銷量年年都增長(zhǎng)，但整個(gè)電暖器的市場(chǎng)并不被行業(yè)人士特別看好。空調(diào)和室內(nèi)暖氣的逐漸普及擠占了一部分電暖器的市場(chǎng)，主要是由于產(chǎn)品缺乏智能性和安全性，缺乏智能控制功能，常常會(huì)發(fā)生打開電暖器后，離開房間時(shí)忘記關(guān)閉的情況，尤其是在白天或不帶發(fā)光源的電暖器。這樣浪費(fèi)電能的同時(shí)，也很容易發(fā)生危險(xiǎn)。為了改善電暖器產(chǎn)品的控制性能， 本文設(shè)計(jì)的智能電暖控制器， 利用AT89C51單片機(jī)作核心控制部件，具有如下特點(diǎn)及特殊功能：（1）采用溫度傳感器檢測(cè)當(dāng)前的溫度值，直觀地顯示當(dāng)前房間溫度，根據(jù)房間的舒適度和人為設(shè)定的溫度值，去控制電暖器的開關(guān)狀態(tài)。（2）根據(jù)聲音傳感器，震動(dòng)傳感器，光電傳感器三者結(jié)合多方面高效率的檢測(cè)房間內(nèi)有沒有人員，去控制電暖器的通斷狀態(tài)，并且可以通過一鍵操作，恢復(fù)電暖器的工作。使用該智能電暖控制器，大大提高了電暖器的使用安全性能，降低了安全隱患，提高節(jié)能效果。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路主要包括四大部分，核心芯片AT89C51的主控制部分，由聲音、震動(dòng)、光電、溫度多傳感器組成的識(shí)別部分，由LED燈，數(shù)碼管組成的顯示部分和繼電器、按鍵組成的執(zhí)行部分。

智能電暖控制器CPU采用 AT89C51 芯片做為控制核心， 該種單片機(jī)操作簡(jiǎn)單，成本低，使用起來方便。

溫度檢測(cè)選用DS18B20一總線數(shù)字傳感器，具有體積小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高等特點(diǎn)。將實(shí)時(shí)環(huán)境溫度在數(shù)碼管顯示。當(dāng)實(shí)際溫度超過設(shè)定溫度上限時(shí)， 繼電器自動(dòng)斷開，當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)， 將啟動(dòng)加熱設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。

光電傳感器采用反射式光電傳感器。該傳感器靈敏度高，閾值可調(diào)，通過檢測(cè)傳感器在無遮擋或者遮擋距離大于設(shè)定閾值時(shí)，將信號(hào)傳送給單片機(jī)，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)傳感器是否被觸發(fā) 進(jìn)而控制繼電器通斷。

震動(dòng)傳感器采用 MEC 原裝震動(dòng)開關(guān) SW-18015P，靈敏度高，對(duì)環(huán)境震動(dòng)敏感，一般在無震動(dòng)或者震動(dòng)強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，輸出高電平；當(dāng)外界震動(dòng)強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時(shí)，輸出低電平。通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)環(huán)境的震動(dòng)。

聲音傳感器用咪頭采集聲音，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用雙電壓比較器芯片LM193構(gòu)造電路。這類傳感器對(duì)周圍環(huán)境聲音強(qiáng)度敏感，一般在安靜環(huán)境或者聲音強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，輸出高電平；當(dāng)聲音強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時(shí)，輸出低電平。通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)環(huán)境的聲音強(qiáng)度。

工作狀態(tài)指示燈選用 LED 燈表示。清晰明了地看出智能電暖控制器的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的硬件方框圖如圖1所示。

圖1 智能電暖控制器硬件方框圖

圖2 智能電暖控制器結(jié)構(gòu)圖

本文設(shè)計(jì)的智能電暖控制器彌補(bǔ)了市面上的電暖控制器的一些缺點(diǎn)，適用于現(xiàn)有的各種電暖器，初步的外觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中圖2中數(shù)字標(biāo)識(shí)的內(nèi)容如下：（1）智能電暖控制器具有電源接插頭；（2）智能電暖控制器殼體正面智能開關(guān)插座；（3）智能電暖控制器殼體正面震動(dòng)傳感器；（4）智能電暖控制器殼體正面光電傳感器；（5）智能電暖控制器殼體頂面聲音傳感器；（6）智能電暖控制器復(fù)位鍵。

智能電暖控制器殼體正面具有一個(gè)智能開關(guān)插座，使用時(shí)，將電暖器的電源插頭插入這個(gè)智能開關(guān)插座，電暖器智能控制器殼體四周具有不同的傳感器，聲音振動(dòng)傳感器對(duì)室內(nèi)的聲音及振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，光電傳感器對(duì)人員走動(dòng)情況進(jìn)行判斷，并與電暖器智能控制器殼體內(nèi)電路板上的微處理器連接。當(dāng)聲音振動(dòng)光電傳感器檢測(cè)到有效聲音振動(dòng)或光電通斷信號(hào)時(shí)，將信息發(fā)送給微處理器。微處理器上電完成初始化后即利用微處理器內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間可以設(shè)為10分鐘。如果微處理器計(jì)時(shí)達(dá)到10分鐘后，仍未檢測(cè)到有效的聲音振動(dòng)傳感器信號(hào)，則切斷電暖器智能控制器內(nèi)部的智能開關(guān)，從而斷開智能插座上的電源。當(dāng)電暖器智能控制器處于智能開關(guān)斷開，指示燈點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)，微處理器以10ms一次的速度不斷循環(huán)檢測(cè)復(fù)位鍵是否被按下，如果檢測(cè)到復(fù)位鍵被按下，則重新接通智能開關(guān)，關(guān)閉指示燈。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該智能電暖控制器系統(tǒng)的軟件復(fù)雜、龐大，?？紤]到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性， 程序編寫采用了C語言。整個(gè)軟件由主程序、數(shù)碼管顯示程序、定時(shí)中斷程序、繼電器通斷程序、傳感器采集串口傳輸程序、按鍵程序幾部分組成。

主程序（如圖3所示）主要工作是初始化，進(jìn)行傳感器送來數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷，進(jìn)而驅(qū)使繼電器工作，一鍵恢復(fù)服務(wù)程序也在主程序中完成。

定時(shí)中斷程序定時(shí)時(shí)間為10ms， 每隔 10ms發(fā)生一次中斷， 主要完成溫度檢測(cè)、 判斷溫度是否超出上限和低于下限并作出處理、鍵盤掃描等工作。

冷開機(jī)上電，主程序開始運(yùn)行，初始化狀態(tài)完成后，主程序都從頭開始運(yùn)行，溫度傳感器不斷讀取字節(jié)，寫入字節(jié)，并在數(shù)碼管上顯示。然后多個(gè)傳感器各自工作，傳輸高低電平，單片機(jī)進(jìn)行判斷處理，如果一段時(shí)間沒有檢測(cè)到高電平，繼電器將斷開智能開關(guān)，停止加熱設(shè)備。

圖3 主程序流程

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能電暖控制器適用于現(xiàn)有的各種電暖器，只需要將現(xiàn)有電暖器的電源插頭插入電暖器智能控制器上的智能開關(guān)插座上，然后再把電暖器智能控制器的電源接上即可，對(duì)現(xiàn)有的電暖器無需任何改造。這種設(shè)計(jì)既可作為單獨(dú)的安全產(chǎn)品生產(chǎn)銷售，也可以通過電暖器廠家集成在電暖器中，方便實(shí)效。本設(shè)計(jì)在對(duì)電暖器接通和切斷的方法合理有效，利用多種傳感器共同配合檢測(cè)來判斷室內(nèi)是否有人活動(dòng)，充分利用微處理器的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)的特點(diǎn)，能夠自動(dòng)高效控制電暖器的加熱，提高了電暖器的使用安全性能，也能起到節(jié)約用電的效果。

參考文獻(xiàn)

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