基于光能智能加熱保溫裝置系統設計與實現

廣東職業技術學院 江美霞 程洪銳 賴澤權

引言

隨著社會和經濟及太陽能產業的快速發展，節能環保的太陽能保溫裝置設計也日益步入人們的視線之中，人們對于太陽能保溫裝置有著強烈的需求，它既符合了當今時代的環保節能主題，也給人們的生活帶來便捷。光能是一種相對較容易獲取的綠色能源，但其普及的空間卻還非常巨大。太陽光、燈光在我們的生活中隨處可見，但這些光，除了提供照明功能以外，就很少有另外的用途，變相的造成了極大的浪費。如果能將照明燈光、日光等進行回收轉化電能，便能將其充分地利用起來。即達到“節能減排，綠色環保”的目的，更能為緩解全球旺盛的能源需求，解決非可再生能源的枯竭問題起到積極的作用。因此本文基于光能智能加熱保溫杯設計與實現主旨是將生活中燈照的光能和太陽光照回收進行二次利用，響應國家“節能減排”號召，打造綠色環保，節能減排的生活理念，有效地發掘和大力發展光能回收二次利用，對緩解全球能源的旺盛需求，解決非可再生能源的枯竭有著積極的作用，同時也帶來了良好的經濟效益和社會效益。

圖1 基于光能智能加熱保溫裝置設計與實現系統框圖

1.系統框圖

本文基于光能智能加熱保溫裝置設計與實現，其主要利用太陽光照或者燈照的光能，利用太陽能電池板的原理，以半導體材料為基礎，用光電材料將生活中燈照的光和太陽的光照進行回收，經過光生伏打效應，將其轉變成為電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池為保溫裝置提供電源，從而實現低功率加熱保溫 ，再結合嵌入式技術實現智能控溫，確保家電設備長時間保持用戶所需的溫度，其優點主要為安全、節能、方便、環保等。本系統的電路結構由三大模塊組成，其分別為：太陽板驅動模塊，蓄電池充電模塊，智能溫控模塊。系統框圖如圖1所示。

2.系統的工作原理

智能加熱保溫系統通過溫度傳感器采集溫度，再通過單片機處理器進行控制，實現整個保溫系統智能化和個性化，方便控制和安全。本系統通過太陽光照或者燈照的光能轉變成為電能存貯在蓄電池中，再由蓄電池為小家電提供電源，而無需用電網中的電能即可實現小家電低功率加熱保溫的功能，再通過溫控按鍵設定加熱保溫溫度，溫度傳感器實時監測內膽內需加熱物體的溫度，溫度傳感器將溫度信息傳遞給單片機，再由單片機控制發熱組件進行按預設溫度進行加熱保溫，指示燈能顯示處于加熱還是保溫的狀態，從而實現智能加熱保溫，且可以利用該裝置中電源輸出模塊給手機、平板電腦等充電 ，其優點主要為安全、節能、方便、環保。

2.1 系統電源模塊

基于光能智能加熱保溫裝置設計與實現中的電源模塊主要是利用太陽能電池板的原理，以半導體材料為基礎，利用光電材料將生活中燈照的光和太陽的光照進行回收，將回收到的光源照射再太陽能板上，經過光生伏打效應，對其進行光能到電能之間的轉化，并通過控制電路將該電能保存到蓄電池當中進行儲能，再經過DC/DC變換電路處理后，一部分將其輸送到智能化模塊中的單片機處理器，另外一部分將輸送到保溫加熱模塊，最終實現給整個用系統進行供電，將到回收的光能作為整個電路的能源，主要具有安全、節能、方便、環保等優點。此外，在系統中多加一個太陽能最大功率跟蹤裝置，以便實現光能高效地回收利用，提高系統能源的利用效率。

2.2 系統智能溫控模塊

基于光能智能加熱保溫裝置設計與實現中的智能溫控模塊采用AT89C51單片機作為處理器，實現了智能加熱保溫裝置系統。該系統主要由單片機控制模塊、溫度采集模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊等組成。智能控制模塊是通過溫度檢測電路采集的輸入的信號通過A/D轉換器進行處理，再將所采集到的溫度送到單片機處理，再通過液晶顯示模塊進行顯示，實現與用戶進行界面交互。單片機通過DS18B20溫度傳感器實現溫度采集，將所采集到的溫度與用戶所設置的保溫溫度進行對比，從而通過單片機控制保溫裝置的發熱盤的加熱時間。液晶顯示模塊主要由的LCD1602液晶顯示屏來顯示實時溫度，完成對保溫裝置系統當前水溫的實時監測顯示。通過按鍵接口電路可以實現用戶所需求的溫度與功能檔位的選擇。

圖2 系統硬件設計的總框圖

該系統通過AT89C52作為核心的智能控制模塊，控制了保溫系統裝置整個加熱過程，在系統中，通過按鍵對系統進行預設溫度，通過溫度檢測電路實時監測系統的加熱的溫度，其主要實現的功能如下：

1）通過按鍵接口電路，實現用戶溫度的預設。

2）當系統完成用戶所預設的溫度的加熱時，通過報警電路給用戶進行提示。

3）通過溫度檢測模塊，實現系統水溫的實時監測，并通過LCD1602液晶顯示屏顯示實時水溫。

圖3 主程序設計流程圖

3.系統軟件設計

本系統采用AT89C52芯片作為系統核心處理器，通過keil uVision4開發環境，結合系統硬件電路，利用C語言編寫程序，實現了對系統溫度的采集、溫度的控制、實時水溫顯示和報警。系統軟件設計主要包括主程序、按鍵處理程序、顯示子程序、溫度控制和溫度采集的子程序。其中主程序為系統對LCD1602顯示屏、溫度傳感器DS18B20以及系統進行初始化操作，然后通過按鍵模塊檢測用戶所預設的溫度信息并儲存，并控制保溫裝置加熱的電路的通斷，使得當前水溫與用戶所預設的溫度保存一致，從而實現精準控溫。其主程序設計的流程圖，如圖3所示。

4.結束語

本文主要介紹基于光能智能加熱保溫裝置設計與實現，系統電源模塊主要是以半導體材料為基礎，利用光電材料吸收生活中燈照的光和太陽的光照的光能后發生光電轉換反應，實現光能轉換為電能，并將該電能保存到蓄電池中，再分別實現給單片機處理器供電以及給保溫裝置底座的發熱絲進行加熱，從而實現低功率加熱保溫的功能。此外，還實現了系統硬件電路設計和軟件程序的編寫。其中，系統智能加熱保溫控制模塊主要是利用單片機AT89C52作為核心處理器，在工作過程中，單片機處理器會根據溫度傳感器采集當前裝置的溫度與用戶預設的溫度進行比較，從而實現保溫裝置加熱電路的導通與關斷，使得保溫裝置的溫度穩定在用戶所預設的溫度，并通過LCD液晶顯示屏顯示實時溫度。系統通過按鍵和預設溫度顯示，提高了系統的可操作性及可靠性。同時，使得系統不僅具有簡便、可控、直觀等特點，也體現了整個系統設計的智能化，實現了利用光能發電以及加熱保溫的目的。