基于光能智能加热保温装置系统设计与实现

广东职业技术学院 江美霞 程洪锐 赖泽权

引言

随着社会和经济及太阳能产业的快速发展，节能环保的太阳能保温装置设计也日益步入人们的视线之中，人们对于太阳能保温装置有着强烈的需求，它既符合了当今时代的环保节能主题，也给人们的生活带来便捷。光能是一种相对较容易获取的绿色能源，但其普及的空间却还非常巨大。太阳光、灯光在我们的生活中随处可见，但这些光，除了提供照明功能以外，就很少有另外的用途，变相的造成了极大的浪费。如果能将照明灯光、日光等进行回收转化电能，便能将其充分地利用起来。即达到“节能减排，绿色环保”的目的，更能为缓解全球旺盛的能源需求，解决非可再生能源的枯竭问题起到积极的作用。因此本文基于光能智能加热保温杯设计与实现主旨是将生活中灯照的光能和太阳光照回收进行二次利用，响应国家“节能减排”号召，打造绿色环保，节能减排的生活理念，有效地发掘和大力发展光能回收二次利用，对缓解全球能源的旺盛需求，解决非可再生能源的枯竭有着积极的作用，同时也带来了良好的经济效益和社会效益。

图1 基于光能智能加热保温装置设计与实现系统框图

1.系统框图

本文基于光能智能加热保温装置设计与实现，其主要利用太阳光照或者灯照的光能，利用太阳能电池板的原理，以半导体材料为基础，用光电材料将生活中灯照的光和太阳的光照进行回收，经过光生伏打效应，将其转变成为电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池为保温装置提供电源，从而实现低功率加热保温 ，再结合嵌入式技术实现智能控温，确保家电设备长时间保持用户所需的温度，其优点主要为安全、节能、方便、环保等。本系统的电路结构由三大模块组成，其分别为：太阳板驱动模块，蓄电池充电模块，智能温控模块。系统框图如图1所示。

2.系统的工作原理

智能加热保温系统通过温度传感器采集温度，再通过单片机处理器进行控制，实现整个保温系统智能化和个性化，方便控制和安全。本系统通过太阳光照或者灯照的光能转变成为电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池为小家电提供电源，而无需用电网中的电能即可实现小家电低功率加热保温的功能，再通过温控按键设定加热保温温度，温度传感器实时监测内胆内需加热物体的温度，温度传感器将温度信息传递给单片机，再由单片机控制发热组件进行按预设温度进行加热保温，指示灯能显示处于加热还是保温的状态，从而实现智能加热保温，且可以利用该装置中电源输出模块给手机、平板电脑等充电 ，其优点主要为安全、节能、方便、环保。

2.1 系统电源模块

基于光能智能加热保温装置设计与实现中的电源模块主要是利用太阳能电池板的原理，以半导体材料为基础，利用光电材料将生活中灯照的光和太阳的光照进行回收，将回收到的光源照射再太阳能板上，经过光生伏打效应，对其进行光能到电能之间的转化，并通过控制电路将该电能保存到蓄电池当中进行储能，再经过DC/DC变换电路处理后，一部分将其输送到智能化模块中的单片机处理器，另外一部分将输送到保温加热模块，最终实现给整个用系统进行供电，将到回收的光能作为整个电路的能源，主要具有安全、节能、方便、环保等优点。此外，在系统中多加一个太阳能最大功率跟踪装置，以便实现光能高效地回收利用，提高系统能源的利用效率。

2.2 系统智能温控模块

基于光能智能加热保温装置设计与实现中的智能温控模块采用AT89C51单片机作为处理器，实现了智能加热保温装置系统。该系统主要由单片机控制模块、温度采集模块、液晶显示模块、按键模块、报警模块等组成。智能控制模块是通过温度检测电路采集的输入的信号通过A/D转换器进行处理，再将所采集到的温度送到单片机处理，再通过液晶显示模块进行显示，实现与用户进行界面交互。单片机通过DS18B20温度传感器实现温度采集，将所采集到的温度与用户所设置的保温温度进行对比，从而通过单片机控制保温装置的发热盘的加热时间。液晶显示模块主要由的LCD1602液晶显示屏来显示实时温度，完成对保温装置系统当前水温的实时监测显示。通过按键接口电路可以实现用户所需求的温度与功能档位的选择。

图2 系统硬件设计的总框图

该系统通过AT89C52作为核心的智能控制模块，控制了保温系统装置整个加热过程，在系统中，通过按键对系统进行预设温度，通过温度检测电路实时监测系统的加热的温度，其主要实现的功能如下：

1）通过按键接口电路，实现用户温度的预设。

2）当系统完成用户所预设的温度的加热时，通过报警电路给用户进行提示。

3）通过温度检测模块，实现系统水温的实时监测，并通过LCD1602液晶显示屏显示实时水温。

图3 主程序设计流程图

3.系统软件设计

本系统采用AT89C52芯片作为系统核心处理器，通过keil uVision4开发环境，结合系统硬件电路，利用C语言编写程序，实现了对系统温度的采集、温度的控制、实时水温显示和报警。系统软件设计主要包括主程序、按键处理程序、显示子程序、温度控制和温度采集的子程序。其中主程序为系统对LCD1602显示屏、温度传感器DS18B20以及系统进行初始化操作，然后通过按键模块检测用户所预设的温度信息并储存，并控制保温装置加热的电路的通断，使得当前水温与用户所预设的温度保存一致，从而实现精准控温。其主程序设计的流程图，如图3所示。

4.结束语

本文主要介绍基于光能智能加热保温装置设计与实现，系统电源模块主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收生活中灯照的光和太阳的光照的光能后发生光电转换反应，实现光能转换为电能，并将该电能保存到蓄电池中，再分别实现给单片机处理器供电以及给保温装置底座的发热丝进行加热，从而实现低功率加热保温的功能。此外，还实现了系统硬件电路设计和软件程序的编写。其中，系统智能加热保温控制模块主要是利用单片机AT89C52作为核心处理器，在工作过程中，单片机处理器会根据温度传感器采集当前装置的温度与用户预设的温度进行比较，从而实现保温装置加热电路的导通与关断，使得保温装置的温度稳定在用户所预设的温度，并通过LCD液晶显示屏显示实时温度。系统通过按键和预设温度显示，提高了系统的可操作性及可靠性。同时，使得系统不仅具有简便、可控、直观等特点，也体现了整个系统设计的智能化，实现了利用光能发电以及加热保温的目的。