基于IOT的户外太阳能加热壶的设计

冯文静+赵文慧+任肖飞+李瑞华

摘 要：针对当前人们在户外很难满足热的食物和水等问题，本文提出一种基于物联网（Internet Of Things， IOT）技术的智能户外加热壶。结合目前户外加热壶所具有的不易携带、成本高、耗能高、安全性低等缺点，本系统将太阳能发电、手机智能控制纳入新型城市物联网体系，综合运用能量转换技术、蓝牙通信等技术，实现智能化、数字化的户外加热水壶，同时还具有温度、电压等参数的监测功能。

关键词：太阳能电池 环境監测 物联网 蓝牙模块

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（b）-0054-02

针对摘要提出的问题，本文设计了一种集便携、节能与安全无明火于一体的智能壶加热系统，立足于当今节能减排的需求，改变以往一成不变的加热方式，系统原理框图如图1所示。

整个智能加热系统分为两大部分：充放电系统和辅助系统。充放电系统主要实现太阳能给内置电源充电，以及电源给加热片加热这两个功能，通过手机蓝牙智能控制实现加热壶的充放电切换功能。辅助系统则通过传感器进行水温或环境温度监测，当用户需要时，传回温度到手机；另外具有电压智能监控系统，实现单个或多个充放电时电压的监控，保障安全质量。

1 系统硬件设计

本系统的设计实现户外智能加热壶系统的充放电切换功能，包括充放电控制终端和监测终端两部分；主要包含控制模块、温度传感器、太阳能电池板、电压监测模块、硅胶加热片、电源模块等。

1.1 控制模块

本智能户外加热壶控制终端和监测终端的核心模块均采用Arduino uno r3控制系统，采用的微处理器是ATmega328，具有8k/16k字节的Flash，支持自擦写功能，512字节EEPROM和512字节SRAM，内置Boot-Loader功能，支持USB全速，14个数字双向IO脚（6个提供PWM输出），6个模拟输入脚，16MHz时钟频率。专门应用于对性能要求较高、成本要求较低、低功耗、新理念的场合，适合本系统的芯片需求。

1.2 传感器模块

传感器模块为DS18B20温度传感器模块用于检测周围环境的温度或在加热壶中水的温度，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

1.3 蓝牙通信模块

为了实现充放电切换的手机端控制及温度监测功能，本文采用基于物联网的蓝牙模块构成通信网络。本系统采用的蓝牙通信模块为HC-05模块，具有低成本、高集成、灵活性强等特点，需与手机端、单片机同一频率进行通信。

1.4 太阳能电池板

本文采用光电转换效率高达15%的单晶硅太阳能电池板，由钢化玻璃、EVA、电池片、背板、接线盒等组成，根据需要选用输出电压20 V左右的太阳能电池板，随着对绿色理念的倡导，这类太阳能电池板被广泛使用。

1.5 电压监测模块

本文电压监测模块采用LM2596DC-DC大功率可调降压稳压模块，带有电压表显示。在控制充放电电压同时监测电压，安全可靠性高。

2 手机终端监控软件的设计

为了实现智能户外加热壶系统的集中控制管理以及环境数据的采集监视功能，本系统选用Arduino蓝牙通信普遍使用的远程控制中心监控软件BlueSPP。

BlueSPP是一个高性能、低成本的手机蓝牙通信软件，将传统的蓝牙软件功能集成，大大突破了传统蓝牙软件在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制，实现了以软件为中心的测量。

参考文献

[1] 余蜜.光伏发电并网与并联关键技术研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[2] 赵玉文.太阳能光伏技术的发展概况[A].第五届全国光伏技术学术研讨会论文集[C].1998.

[3] 许颇.基于源型逆变器的光伏并网发电系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.endprint