一种智能电暖控制器的设计

安徽师范大学物理与电子信息学院 孙振宇 江 山

一种智能电暖控制器的设计

安徽师范大学物理与电子信息学院 孙振宇 江 山

【摘要】根据目前市面上家用电暖器非智能化的缺点， 设计了一种用51单片机控制的智能电暖控制器。该智能电暖控制器无需改造原家用电暖器，多个传感器配合工作，实现房间无人使用时自动断电和一键恢复电暖器工作的功能。

【关键词】电暖器；智能；51单片机；多传感器

电暖器是一种常见的家用电器，在寒冷的冬季给人们带来温暖和方便。由于电暖器在使用中不产生有害气体，残渣排放，干净卫生且容易清理，无需保养，符合绿色健康时尚环保的理念，越来越受到人们的青睐。虽然我国电暖器销量年年都增长，但整个电暖器的市场并不被行业人士特别看好。空调和室内暖气的逐渐普及挤占了一部分电暖器的市场，主要是由于产品缺乏智能性和安全性，缺乏智能控制功能，常常会发生打开电暖器后，离开房间时忘记关闭的情况，尤其是在白天或不带发光源的电暖器。这样浪费电能的同时，也很容易发生危险。为了改善电暖器产品的控制性能， 本文设计的智能电暖控制器， 利用AT89C51单片机作核心控制部件，具有如下特点及特殊功能：（1）采用温度传感器检测当前的温度值，直观地显示当前房间温度，根据房间的舒适度和人为设定的温度值，去控制电暖器的开关状态。（2）根据声音传感器，震动传感器，光电传感器三者结合多方面高效率的检测房间内有没有人员，去控制电暖器的通断状态，并且可以通过一键操作，恢复电暖器的工作。使用该智能电暖控制器，大大提高了电暖器的使用安全性能，降低了安全隐患，提高节能效果。

1 系统的硬件设计

整个系统的硬件电路主要包括四大部分，核心芯片AT89C51的主控制部分，由声音、震动、光电、温度多传感器组成的识别部分，由LED灯，数码管组成的显示部分和继电器、按键组成的执行部分。

智能电暖控制器CPU采用 AT89C51 芯片做为控制核心， 该种单片机操作简单，成本低，使用起来方便。

温度检测选用DS18B20一总线数字传感器，具有体积小，抗干扰能力强，精度高等特点。将实时环境温度在数码管显示。当实际温度超过设定温度上限时， 继电器自动断开，当实际温度低于设定的温度下限时， 将启动加热设备， 实现自动换挡。

光电传感器采用反射式光电传感器。该传感器灵敏度高，阈值可调，通过检测传感器在无遮挡或者遮挡距离大于设定阈值时，将信号传送给单片机，通过单片机来检测高低电平，由此来检测传感器是否被触发 进而控制继电器通断。

震动传感器采用 MEC 原装震动开关 SW-18015P，灵敏度高，对环境震动敏感，一般在无震动或者震动强度达不到设定阈值时，输出高电平；当外界震动强度超过设定阈值时，输出低电平。通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的震动。

声音传感器用咪头采集声音，将声音信号转换为电信号，利用双电压比较器芯片LM193构造电路。这类传感器对周围环境声音强度敏感，一般在安静环境或者声音强度达不到设定阈值时，输出高电平；当声音强度超过设定阈值时，输出低电平。通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的声音强度。

工作状态指示灯选用 LED 灯表示。清晰明了地看出智能电暖控制器的工作状态。系统的硬件方框图如图1所示。

图1 智能电暖控制器硬件方框图

图2 智能电暖控制器结构图

本文设计的智能电暖控制器弥补了市面上的电暖控制器的一些缺点，适用于现有的各种电暖器，初步的外观结构如图2所示。

其中图2中数字标识的内容如下：（1）智能电暖控制器具有电源接插头；（2）智能电暖控制器壳体正面智能开关插座；（3）智能电暖控制器壳体正面震动传感器；（4）智能电暖控制器壳体正面光电传感器；（5）智能电暖控制器壳体顶面声音传感器；（6）智能电暖控制器复位键。

智能电暖控制器壳体正面具有一个智能开关插座，使用时，将电暖器的电源插头插入这个智能开关插座，电暖器智能控制器壳体四周具有不同的传感器，声音振动传感器对室内的声音及振动信号进行采集，光电传感器对人员走动情况进行判断，并与电暖器智能控制器壳体内电路板上的微处理器连接。当声音振动光电传感器检测到有效声音振动或光电通断信号时，将信息发送给微处理器。微处理器上电完成初始化后即利用微处理器内部时钟进行计时，计时时间可以设为10分钟。如果微处理器计时达到10分钟后，仍未检测到有效的声音振动传感器信号，则切断电暖器智能控制器内部的智能开关，从而断开智能插座上的电源。当电暖器智能控制器处于智能开关断开，指示灯点亮状态时，微处理器以10ms一次的速度不断循环检测复位键是否被按下，如果检测到复位键被按下，则重新接通智能开关，关闭指示灯。

2 系统的软件设计

该智能电暖控制器系统的软件复杂、庞大，。考虑到系统的实时性、准确性和可靠性， 程序编写采用了C语言。整个软件由主程序、数码管显示程序、定时中断程序、继电器通断程序、传感器采集串口传输程序、按键程序几部分组成。

主程序（如图3所示）主要工作是初始化，进行传感器送来数据并进行判断，进而驱使继电器工作，一键恢复服务程序也在主程序中完成。

定时中断程序定时时间为10ms， 每隔 10ms发生一次中断， 主要完成温度检测、 判断温度是否超出上限和低于下限并作出处理、键盘扫描等工作。

冷开机上电，主程序开始运行，初始化状态完成后，主程序都从头开始运行，温度传感器不断读取字节，写入字节，并在数码管上显示。然后多个传感器各自工作，传输高低电平，单片机进行判断处理，如果一段时间没有检测到高电平，继电器将断开智能开关，停止加热设备。

图3 主程序流程

3 结语

本文设计的智能电暖控制器适用于现有的各种电暖器，只需要将现有电暖器的电源插头插入电暖器智能控制器上的智能开关插座上，然后再把电暖器智能控制器的电源接上即可，对现有的电暖器无需任何改造。这种设计既可作为单独的安全产品生产销售，也可以通过电暖器厂家集成在电暖器中，方便实效。本设计在对电暖器接通和切断的方法合理有效，利用多种传感器共同配合检测来判断室内是否有人活动，充分利用微处理器的计时器计时的特点，能够自动高效控制电暖器的加热，提高了电暖器的使用安全性能，也能起到节约用电的效果。

参考文献

［1］牟瑛，王捷，智能电暖器控制器的设计［J］.辽东学院学报∶自然科学版，2011，18（2）∶118-120.

［2］黄鹤，新型家用电暖炉智能控制电路［P］.CN202371817U，2012.08.08.

［3］郭天祥.新概念51单片机C语言教程［M］.北京∶电子工业出版社，2009.