適用于實訓場所的智能溫控系統設計綜述

童逸杰

摘 要 本文基于前期大量調研成果發現，市場上能源缺口巨大并且存在能源浪費嚴重的現象。 而實訓基地（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。目前傳統的設備有著諸多缺點，中央空調檢測溫度只局限于空調附近，夏天冷空氣下沉，上下溫差大，檢測溫度不實，導致空調長時間持續全負荷工作，尤其是實訓基地的實訓場所高度非常高，上下溫差巨大，常常導致冬天不制熱，夏天高能耗的結果。本文旨在通過全方位多維度實時檢測溫度來智能控制設備進行工作，采用單片機和溫度傳感器設計一種智能的溫度反饋系統來解決上述問題，從而達到節能的目的。

關鍵詞 溫控;能源;傳感器

引言

2019年我國全社會用電量年均復合增速超過13.6%，由于夏季高峰負荷增長太快，超出了電力系統的供應能力，造成此原因很大程度上由于目前的制冷設備智能化程度不強，比如廠房、實訓場地與商場等地中央空調檢測溫度只局限于空調附近，這些場所有個特點，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，檢測溫度不符合實際，導致空調持續全負荷工作，造成電力持續浪費。這些電力的浪費，歸根結底都是由于溫度控制不夠智能化所導致的。通過調查國內外研究，目前針對溫度控制存在了大量的參考文獻[1-7]，如果可以采用溫度實時全方位監測，并且實時反饋至控制系統，則能夠很好地緩解能源浪費的問題。

1系統設計

1.1 系統框架設計

利用可以直接被讀出數據的溫度傳感器DS18B20監控實訓室內部工作環境的溫度，并直接輸出數字溫度信號給單片機系統進行處理，在單片機控制程序中設置一個溫度上限值，根據當前不同的溫度對系統進行不同的操作，并且把實時監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 系統電路設計

本系統電路部分拆分成五個模塊來進行設計，分別為基礎外部電路模塊、按鍵電路模塊、顯示電路模塊、溫度采集模塊與伺服驅動模塊. 基礎外部電路中單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接單片機內OSC的定時反饋回路，當按下按鍵開關S1時，系統復位一次。顯示電路模塊會設計采用的是LCD1602 液晶顯示器作為溫度的實時顯示。按鍵模塊包括兩個獨立按鍵，一端與單片機的P1口連接，另一端接地，當按下任一鍵時，P1口讀取低電平有效。系統上電后，進入按鍵掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設定。溫度采集電路采用的是DS18B20，該傳感器是單總線結構，將采集到的溫度實時送給單片機，單片機將收到的數據經過處理后實時地在液晶上顯示出來。伺服驅動電路設計采用的通過單片機的I/O 口產生一個脈沖寬度調制信號，經三極管驅動電路來驅動電機轉動。系統電源電路的設計則是為了實現室內和戶外的各種環境的用電，首先將220 V 交流電轉換成5 V 的直流電來提供穩定的5 V 電壓為單片機、液晶等模塊供電，電路圖由圖1所示。

1.3 軟件程序設計

軟件程序設計部分基于C 語言進行模塊化的設計。首先編寫主要程序初始化，接著重復測試緩沖模塊中各個相關單元的標志，若已經置位的緩沖區表明要處理對應的數據，接著主程序將調配對應的處理子模塊如圖2 所示。

2溫度測量模式改善

本文采用多點多維度環繞檢測的方式反應房間實際溫度，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，低成本的優勢可以選擇多個傳感器布置在房間內部，并且計算出平均值來判斷調溫設備的工作運行狀態。由于人體的溫度變化是靠皮膚黏膜和內臟器官，因此出于人性化設計，本項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部，最后取其平均值并反饋給控溫系統以決定下一步的操作。

3結束語

本文基于單片機的智能溫控系統實現了多維度檢測識別外部環境溫度，根據外部環境溫度自動調節溫控設備工作溫度，能夠有效解決夏季實訓基地以及廠房類工作環境下溫度控制非智能化，浪費嚴重的現象，既經濟又環保，并且本系統涉及許多單片機以及C語言課程等機電與信息技術類知識內容，能夠作為機電與信息技術類專業的教學材料進行實際案例教學，具有良好的社會效益與經濟效益。

參考文獻

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