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(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象。 而實(shí)訓(xùn)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(yàn)。目前傳統(tǒng)的設(shè)備有著諸多缺點(diǎn)，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(shí)，導(dǎo)致空調(diào)長時間持續(xù)全負(fù)荷工作，尤其是實(shí)訓(xùn)基地的實(shí)訓(xùn)場所高度非常高，上下溫差巨大，常常導(dǎo)致冬天不制熱，夏天高能耗的結(jié)果。本文旨在通過全方位多維度實(shí)時檢測溫度來智能控制設(shè)備進(jìn)行工作，采用單片機(jī)和溫度傳感器設(shè)計一種智能的溫度反饋系統(tǒng)來解決上述問題，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞 溫控;能源;傳感器

引言

2019年我國全社會用電量年均復(fù)合增速超過13.6%，由于夏季高峰負(fù)荷增長太快，超出了電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力，造成此原因很大程度上由于目前的制冷設(shè)備智能化程度不強(qiáng)，比如廠房、實(shí)訓(xùn)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(diǎn)，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(shí)際，導(dǎo)致空調(diào)持續(xù)全負(fù)荷工作，造成電力持續(xù)浪費(fèi)。這些電力的浪費(fèi)，歸根結(jié)底都是由于溫度控制不夠智能化所導(dǎo)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(xiàn)[1-7]，如果可以采用溫度實(shí)時全方位監(jiān)測，并且實(shí)時反饋至控制系統(tǒng)，則能夠很好地緩解能源浪費(fèi)的問題。

1系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)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(shí)訓(xùn)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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，在單片機(jī)控制程序中設(shè)置一個溫度上限值，根據(jù)當(dāng)前不同的溫度對系統(tǒng)進(jìn)行不同的操作，并且把實(shí)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(shè)計

本系統(tǒng)電路部分拆分成五個模塊來進(jìn)行設(shè)計，分別為基礎(chǔ)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(qū)動模塊. 基礎(chǔ)外部電路中單片機(jī)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(jī)內(nèi)OSC的定時反饋回路，當(dāng)按下按鍵開關(guān)S1時，系統(tǒng)復(fù)位一次。顯示電路模塊會設(shè)計采用的是LCD1602 液晶顯示器作為溫度的實(shí)時顯示。按鍵模塊包括兩個獨(dú)立按鍵，一端與單片機(jī)的P1口連接，另一端接地，當(dāng)按下任一鍵時，P1口讀取低電平有效。系統(tǒng)上電后，進(jìn)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(shè)定。溫度采集電路采用的是DS18B20，該傳感器是單總線結(jié)構(gòu)，將采集到的溫度實(shí)時送給單片機(jī)，單片機(jī)將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后實(shí)時地在液晶上顯示出來。伺服驅(qū)動電路設(shè)計采用的通過單片機(jī)的I/O 口產(chǎn)生一個脈沖寬度調(diào)制信號，經(jīng)三極管驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)電源電路的設(shè)計則是為了實(shí)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(zhuǎn)換成5 V 的直流電來提供穩(wěn)定的5 V 電壓為單片機(jī)、液晶等模塊供電，電路圖由圖1所示。

1.3 軟件程序設(shè)計

軟件程序設(shè)計部分基于C 語言進(jìn)行模塊化的設(shè)計。首先編寫主要程序初始化，接著重復(fù)測試緩沖模塊中各個相關(guān)單元的標(biāo)志，若已經(jīng)置位的緩沖區(qū)表明要處理對應(yīng)的數(shù)據(jù)，接著主程序?qū)⒄{(diào)配對應(yīng)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(diǎn)多維度環(huán)繞檢測的方式反應(yīng)房間實(shí)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(shè)備的工作運(yùn)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(shè)計，本項(xiàng)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(jìn)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(jié)束語

本文基于單片機(jī)的智能溫控系統(tǒng)實(shí)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(shè)備工作溫度，能夠有效解決夏季實(shí)訓(xùn)基地以及廠房類工作環(huán)境下溫度控制非智能化，浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，并且本系統(tǒng)涉及許多單片機(jī)以及C語言課程等機(jī)電與信息技術(shù)類知識內(nèi)容，能夠作為機(jī)電與信息技術(shù)類專業(yè)的教學(xué)材料進(jìn)行實(shí)際案例教學(xué)，具有良好的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。

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