基于IOT的戶外太陽(yáng)能加熱壺的設(shè)計(jì)

馮文靜+趙文慧+任肖飛+李瑞華

摘 要：針對(duì)當(dāng)前人們?cè)趹敉夂茈y滿足熱的食物和水等問(wèn)題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things， IOT）技術(shù)的智能戶外加熱壺。結(jié)合目前戶外加熱壺所具有的不易攜帶、成本高、耗能高、安全性低等缺點(diǎn)，本系統(tǒng)將太陽(yáng)能發(fā)電、手機(jī)智能控制納入新型城市物聯(lián)網(wǎng)體系，綜合運(yùn)用能量轉(zhuǎn)換技術(shù)、藍(lán)牙通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化的戶外加熱水壺，同時(shí)還具有溫度、電壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池 環(huán)境監(jiān)測(cè) 物聯(lián)網(wǎng) 藍(lán)牙模塊

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（b）-0054-02

針對(duì)摘要提出的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種集便攜、節(jié)能與安全無(wú)明火于一體的智能壺加熱系統(tǒng)，立足于當(dāng)今節(jié)能減排的需求，改變以往一成不變的加熱方式，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

整個(gè)智能加熱系統(tǒng)分為兩大部分：充放電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。充放電系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能給內(nèi)置電源充電，以及電源給加熱片加熱這兩個(gè)功能，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙智能控制實(shí)現(xiàn)加熱壺的充放電切換功能。輔助系統(tǒng)則通過(guò)傳感器進(jìn)行水溫或環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)用戶需要時(shí)，傳回溫度到手機(jī)；另外具有電壓智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)充放電時(shí)電壓的監(jiān)控，保障安全質(zhì)量。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)戶外智能加熱壺系統(tǒng)的充放電切換功能，包括充放電控制終端和監(jiān)測(cè)終端兩部分；主要包含控制模塊、溫度傳感器、太陽(yáng)能電池板、電壓監(jiān)測(cè)模塊、硅膠加熱片、電源模塊等。

1.1 控制模塊

本智能戶外加熱壺控制終端和監(jiān)測(cè)終端的核心模塊均采用Arduino uno r3控制系統(tǒng)，采用的微處理器是ATmega328，具有8k/16k字節(jié)的Flash，支持自擦寫功能，512字節(jié)EEPROM和512字節(jié)SRAM，內(nèi)置Boot-Loader功能，支持USB全速，14個(gè)數(shù)字雙向IO腳（6個(gè)提供PWM輸出），6個(gè)模擬輸入腳，16MHz時(shí)鐘頻率。專門應(yīng)用于對(duì)性能要求較高、成本要求較低、低功耗、新理念的場(chǎng)合，適合本系統(tǒng)的芯片需求。

1.2 傳感器模塊

傳感器模塊為DS18B20溫度傳感器模塊用于檢測(cè)周圍環(huán)境的溫度或在加熱壺中水的溫度，具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。

1.3 藍(lán)牙通信模塊

為了實(shí)現(xiàn)充放電切換的手機(jī)端控制及溫度監(jiān)測(cè)功能，本文采用基于物聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)牙模塊構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)采用的藍(lán)牙通信模塊為HC-05模塊，具有低成本、高集成、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，需與手機(jī)端、單片機(jī)同一頻率進(jìn)行通信。

1.4 太陽(yáng)能電池板

本文采用光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)15%的單晶硅太陽(yáng)能電池板，由鋼化玻璃、EVA、電池片、背板、接線盒等組成，根據(jù)需要選用輸出電壓20 V左右的太陽(yáng)能電池板，隨著對(duì)綠色理念的倡導(dǎo)，這類太陽(yáng)能電池板被廣泛使用。

1.5 電壓監(jiān)測(cè)模塊

本文電壓監(jiān)測(cè)模塊采用LM2596DC-DC大功率可調(diào)降壓穩(wěn)壓模塊，帶有電壓表顯示。在控制充放電電壓同時(shí)監(jiān)測(cè)電壓，安全可靠性高。

2 手機(jī)終端監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)智能戶外加熱壺系統(tǒng)的集中控制管理以及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)視功能，本系統(tǒng)選用Arduino藍(lán)牙通信普遍使用的遠(yuǎn)程控制中心監(jiān)控軟件BlueSPP。

BlueSPP是一個(gè)高性能、低成本的手機(jī)藍(lán)牙通信軟件，將傳統(tǒng)的藍(lán)牙軟件功能集成，大大突破了傳統(tǒng)藍(lán)牙軟件在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，實(shí)現(xiàn)了以軟件為中心的測(cè)量。

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