一種智能電暖控制器的設(shè)計

安徽師范大學物理與電子信息學院 孫振宇 江 山

一種智能電暖控制器的設(shè)計

安徽師范大學物理與電子信息學院 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， 設(shè)計了一種用51單片機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，多個傳感器配合工作，實現(xiàn)房間無人使用時自動斷電和一鍵恢復電暖器工作的功能。

【關(guān)鍵詞】電暖器；智能；51單片機；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，殘渣排放，干凈衛(wèi)生且容易清理，無需保養(yǎng)，符合綠色健康時尚環(huán)保的理念，越來越受到人們的青睞。雖然我國電暖器銷量年年都增長，但整個電暖器的市場并不被行業(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，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，常常會發(fā)生打開電暖器后，離開房間時忘記關(guān)閉的情況，尤其是在白天或不帶發(fā)光源的電暖器。這樣浪費電能的同時，也很容易發(fā)生危險。為了改善電暖器產(chǎn)品的控制性能， 本文設(shè)計的智能電暖控制器， 利用AT89C51單片機作核心控制部件，具有如下特點及特殊功能：（1）采用溫度傳感器檢測當前的溫度值，直觀地顯示當前房間溫度，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，震動傳感器，光電傳感器三者結(jié)合多方面高效率的檢測房間內(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

整個系統(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、光電、溫度多傳感器組成的識別部分，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， 該種單片機操作簡單，成本低，使用起來方便。

溫度檢測選用DS18B20一總線數(shù)字傳感器，具有體積小，抗干擾能力強，精度高等特點。將實時環(huán)境溫度在數(shù)碼管顯示。當實際溫度超過設(shè)定溫度上限時， 繼電器自動斷開，當實際溫度低于設(shè)定的溫度下限時， 將啟動加熱設(shè)備， 實現(xiàn)自動換擋。

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)，通過檢測傳感器在無遮擋或者遮擋距離大于設(shè)定閾值時，將信號傳送給單片機，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測傳感器是否被觸發(fā) 進而控制繼電器通斷。

震動傳感器采用 MEC 原裝震動開關(guān) SW-18015P，靈敏度高，對環(huán)境震動敏感，一般在無震動或者震動強度達不到設(shè)定閾值時，輸出高電平；當外界震動強度超過設(shè)定閾值時，輸出低電平。通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的震動。

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

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)計的智能電暖控制器彌補了市面上的電暖控制器的一些缺點，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)字標識的內(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）智能電暖控制器復位鍵。

智能電暖控制器殼體正面具有一個智能開關(guān)插座，使用時，將電暖器的電源插頭插入這個智能開關(guān)插座，電暖器智能控制器殼體四周具有不同的傳感器，聲音振動傳感器對室內(nèi)的聲音及振動信號進行采集，光電傳感器對人員走動情況進行判斷，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。當聲音振動光電傳感器檢測到有效聲音振動或光電通斷信號時，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)部時鐘進行計時，計時時間可以設(shè)為10分鐘。如果微處理器計時達到10分鐘后，仍未檢測到有效的聲音振動傳感器信號，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。當電暖器智能控制器處于智能開關(guān)斷開，指示燈點亮狀態(tài)時，微處理器以10ms一次的速度不斷循環(huán)檢測復位鍵是否被按下，如果檢測到復位鍵被按下，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

該智能電暖控制器系統(tǒng)的軟件復雜、龐大，?？紤]到系統(tǒng)的實時性、準確性和可靠性， 程序編寫采用了C語言。整個軟件由主程序、數(shù)碼管顯示程序、定時中斷程序、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，進行傳感器送來數(shù)據(jù)并進行判斷，進而驅(qū)使繼電器工作，一鍵恢復服務程序也在主程序中完成。

定時中斷程序定時時間為10ms， 每隔 10ms發(fā)生一次中斷， 主要完成溫度檢測、 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。

冷開機上電，主程序開始運行，初始化狀態(tài)完成后，主程序都從頭開始運行，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。然后多個傳感器各自工作，傳輸高低電平，單片機進行判斷處理，如果一段時間沒有檢測到高電平，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，對現(xiàn)有的電暖器無需任何改造。這種設(shè)計既可作為單獨的安全產(chǎn)品生產(chǎn)銷售，也可以通過電暖器廠家集成在電暖器中，方便實效。本設(shè)計在對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來判斷室內(nèi)是否有人活動，充分利用微處理器的計時器計時的特點，能夠自動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

［1］牟瑛，王捷，智能電暖器控制器的設(shè)計［J］.遼東學院學報∶自然科學版，2011，18（2）∶118-120.

［2］黃鶴，新型家用電暖爐智能控制電路［P］.CN202371817U，2012.08.08.

［3］郭天祥.新概念51單片機C語言教程［M］.北京∶電子工業(yè)出版社，2009.