一种智能风能及热能高效利用控制系统的设计与实现

付 涛 周 艳* 兰胜智

（1、新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐830000 2、新疆广电网络股份有限公司，新疆 乌鲁木齐830000 3、新疆龙源风力发电有限公司，新疆 乌鲁木齐830000）

随着我国社会主义现代化工业飞快发展，对能源需求量也在不断加剧，供求矛盾日益显著，节约能源也成为了一个世界性的话题[1]。能源的保障，不仅要从能源的开发着手，更重要的是要从能源节约做起，在能源高速消耗的今天，节能减排显得尤为可贵。随着我国燃气化的发展，城市煤气、液化石油气和天然气在家庭生活中得到了人们的青睐，但煤气灶的热效率一般为60%左右。燃气灶在使用过程中产生的热量会快速地向周围环境散发，引起了大量热损失。为了对燃气灶使用过程中产生的余热和弃风进行回收，设计了本系统，从而对能源进行高效利用。

1 设计思路

图1 控制系统工作原理

该系统以单片机为核心，控制对油烟机及水循环系统进行实时的控制和巡检，每个传感器都可以自行完成工作，并且通过单片机指令实现温度数据的收集，单片机用来控制指令的发送，控制每个传感元件进行采集监测数据，同时对收集的结果进行比较计算并显示，系统包括显示原件、温度检测元件、单片机、复位元件、报警元件、烟雾浓度检测元件、火焰检测元件、继电器控制元件、燃气泄露检测元件、系统软件等部分构成[2]。

2 系统硬件设计

图2 水循环及余热收集系统能量循环流程图

图3 简易实物模型

该系统的实现主要在原有的燃气灶炉盘上加装循环水集热管、控制水循环开关的电磁阀、用来储存热水的保温箱、在抽油烟机出风管处加装小型风力发电装置、蓄电池、及以单片机为核心的主要控制系统，单片机控制部分主要有以下几个模块共同构成的整体：可以根据烟雾传感器检测烟雾的浓度值来调节油烟机转速的不同档位、控制水温的温度传感器、以及温度浓度显示的显示部分。单片机系统采用+5V 的电源进行供电。当系统运行时，利用烟气浓度传感器对厨房油烟浓度实时监测[3]，根据用户的要求，可自动调节油烟机的启动值，当油烟浓度低于25ppm 时，抽油烟机不工作，当烟气浓度介于25-50ppm 时，抽油烟机自动开启低速运行，当烟气浓度介于50-75ppm 时，抽油烟机自动切换至中速运行，当烟气浓度介于75-100ppm 时，抽油烟机自动切换至高速运行，当烟气浓度超100ppm 时，将自动启动燃气报警器装置，并且关闭燃气供应。抽油烟机工作时，安装在油烟机排烟管处的风力发电装置产生的电能直接收集在蓄电池内，能持续不断的将电能供给控制系，同时所产生的电能可对燃气灶和燃气表蓄电池进行充电。

3 系统软件设计

智能风能及热能高效利用控制系统的核心控制器为单片机，通过STC89C52 单片机可调节抽油烟机的转速，控制蓄电池的充放电，对保温箱进行保温，进行水流量控制等，控制系统工作原理如图1 所示。

4 水循环系统设计及组态

当燃气灶启动时，联锁开关将循环水的水阀打开，并随着燃气开放的大小调节水阀开度，从而调节循环水流量[4]。燃气灶炉盘加热温水，经检测温度达到设定值后流入水箱。当水箱水量达到设定值后，自动关闭循环水的水阀，此时打开水箱下部的反向水循环开关，继续对加热后的温水进行再次加热，直至燃气灶关闭。当水箱温度低于设定值，STC89C52 单片机控制系统接通水箱加热棒上的继电器，对水箱内的水加热，达到水箱预设温度后，STC89C52 单片机控制的加热棒继电器断开，加热棒停止加热，水循环及余热收集系统能量循环流程如图2 所示。

通过MCGS 组态仿真软件对水循环整个过程进行模拟拟，通过仿真动态可以直观的了解整个系统的工作状态，水循环及余热收集系统能量循环MCGS 组态仿真。

5 系统模型搭建

系统搭建初期使用软件Proteus7.8 来实现智能风能及热能高效利用控制系统的仿真电路搭建模拟。智能风能及热能高效利用控制系统在仿真正常运行后，要设置整个系统电路参数，在系统搭建的过程中需要经过硬件和软件相结合进行调试，是否能实现预定的效果，在软件调试的过程中需要观察模拟运行状态工作显示状况，简易模型如图3 所示。

6 创新点及应用

本系统通过对传统燃气灶系统进行简单的改造，能够有效的对热能和风能进行高效利用，由于燃气灶的使用范围广泛，且该系统成本较低，如果系统能够推广使用，能够节省大量能源，故该控制系统的应用前景广阔，对减少碳排放量提高能源利用效率，具有良好的促进作用。