一種智能風能及熱能高效利用控制系統的設計與實現

付 濤 周 艷* 蘭勝智

（1、新疆工程學院，新疆 烏魯木齊830000 2、新疆廣電網絡股份有限公司，新疆 烏魯木齊830000 3、新疆龍源風力發電有限公司，新疆 烏魯木齊830000）

隨著我國社會主義現代化工業飛快發展，對能源需求量也在不斷加劇，供求矛盾日益顯著，節約能源也成為了一個世界性的話題[1]。能源的保障，不僅要從能源的開發著手，更重要的是要從能源節約做起，在能源高速消耗的今天，節能減排顯得尤為可貴。隨著我國燃氣化的發展，城市煤氣、液化石油氣和天然氣在家庭生活中得到了人們的青睞，但煤氣灶的熱效率一般為60%左右。燃氣灶在使用過程中產生的熱量會快速地向周圍環境散發，引起了大量熱損失。為了對燃氣灶使用過程中產生的余熱和棄風進行回收，設計了本系統，從而對能源進行高效利用。

1 設計思路

圖1 控制系統工作原理

該系統以單片機為核心，控制對油煙機及水循環系統進行實時的控制和巡檢，每個傳感器都可以自行完成工作，并且通過單片機指令實現溫度數據的收集，單片機用來控制指令的發送，控制每個傳感元件進行采集監測數據，同時對收集的結果進行比較計算并顯示，系統包括顯示原件、溫度檢測元件、單片機、復位元件、報警元件、煙霧濃度檢測元件、火焰檢測元件、繼電器控制元件、燃氣泄露檢測元件、系統軟件等部分構成[2]。

2 系統硬件設計

圖2 水循環及余熱收集系統能量循環流程圖

圖3 簡易實物模型

該系統的實現主要在原有的燃氣灶爐盤上加裝循環水集熱管、控制水循環開關的電磁閥、用來儲存熱水的保溫箱、在抽油煙機出風管處加裝小型風力發電裝置、蓄電池、及以單片機為核心的主要控制系統，單片機控制部分主要有以下幾個模塊共同構成的整體：可以根據煙霧傳感器檢測煙霧的濃度值來調節油煙機轉速的不同檔位、控制水溫的溫度傳感器、以及溫度濃度顯示的顯示部分。單片機系統采用+5V 的電源進行供電。當系統運行時，利用煙氣濃度傳感器對廚房油煙濃度實時監測[3]，根據用戶的要求，可自動調節油煙機的啟動值，當油煙濃度低于25ppm 時，抽油煙機不工作，當煙氣濃度介于25-50ppm 時，抽油煙機自動開啟低速運行，當煙氣濃度介于50-75ppm 時，抽油煙機自動切換至中速運行，當煙氣濃度介于75-100ppm 時，抽油煙機自動切換至高速運行，當煙氣濃度超100ppm 時，將自動啟動燃氣報警器裝置，并且關閉燃氣供應。抽油煙機工作時，安裝在油煙機排煙管處的風力發電裝置產生的電能直接收集在蓄電池內，能持續不斷的將電能供給控制系，同時所產生的電能可對燃氣灶和燃氣表蓄電池進行充電。

3 系統軟件設計

智能風能及熱能高效利用控制系統的核心控制器為單片機，通過STC89C52 單片機可調節抽油煙機的轉速，控制蓄電池的充放電，對保溫箱進行保溫，進行水流量控制等，控制系統工作原理如圖1 所示。

4 水循環系統設計及組態

當燃氣灶啟動時，聯鎖開關將循環水的水閥打開，并隨著燃氣開放的大小調節水閥開度，從而調節循環水流量[4]。燃氣灶爐盤加熱溫水，經檢測溫度達到設定值后流入水箱。當水箱水量達到設定值后，自動關閉循環水的水閥，此時打開水箱下部的反向水循環開關，繼續對加熱后的溫水進行再次加熱，直至燃氣灶關閉。當水箱溫度低于設定值，STC89C52 單片機控制系統接通水箱加熱棒上的繼電器，對水箱內的水加熱，達到水箱預設溫度后，STC89C52 單片機控制的加熱棒繼電器斷開，加熱棒停止加熱，水循環及余熱收集系統能量循環流程如圖2 所示。

通過MCGS 組態仿真軟件對水循環整個過程進行模擬擬，通過仿真動態可以直觀的了解整個系統的工作狀態，水循環及余熱收集系統能量循環MCGS 組態仿真。

5 系統模型搭建

系統搭建初期使用軟件Proteus7.8 來實現智能風能及熱能高效利用控制系統的仿真電路搭建模擬。智能風能及熱能高效利用控制系統在仿真正常運行后，要設置整個系統電路參數，在系統搭建的過程中需要經過硬件和軟件相結合進行調試，是否能實現預定的效果，在軟件調試的過程中需要觀察模擬運行狀態工作顯示狀況，簡易模型如圖3 所示。

6 創新點及應用

本系統通過對傳統燃氣灶系統進行簡單的改造，能夠有效的對熱能和風能進行高效利用，由于燃氣灶的使用范圍廣泛，且該系統成本較低，如果系統能夠推廣使用，能夠節省大量能源，故該控制系統的應用前景廣闊，對減少碳排放量提高能源利用效率，具有良好的促進作用。