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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 暖氣流量智能控制系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 暖氣流量智能控制系統(tǒng)是一套旨在通過(guò)充分提高暖氣利用效率，減小熱能浪費(fèi)同時(shí)為人們提供一個(gè)更加舒適的環(huán)境的裝置。該裝置主要包括電源模塊、測(cè)溫模塊、中樞控制模塊、人機(jī)交互模塊、氣溫輸出顯示模塊和流量調(diào)節(jié)執(zhí)行模塊。其中測(cè)溫模塊的主要元件是數(shù)字溫度傳感器ds18b20，中樞控制模塊的主要元件是at89s51單片機(jī)，人機(jī)交互模塊由鍵盤(pán)和顯示器構(gòu)成，執(zhí)行模塊的主要構(gòu)件包括驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)。
- 詳細(xì)介紹：
- 測(cè)溫模塊：測(cè)溫模塊用于采集室內(nèi)溫度，并將模擬信號(hào)裝化為數(shù)字信號(hào)之后輸送給控制系統(tǒng)處理。本裝置中的溫控模塊為ds18b20數(shù)字溫度傳感器，其具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，尤其是在溫度檢測(cè)電路中，ds18b20數(shù)字溫度傳感器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于數(shù)字溫度傳感器可以直接將模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，就免去了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此DS18B20可以直接與單片機(jī)相連接。 中樞控制模塊：本系統(tǒng)中的中樞控制模塊就是由AT89S51單片機(jī)構(gòu)成的單片機(jī)控制單元，它不僅處理來(lái)自溫度傳感器的溫度信息，同時(shí)將處理之后的指令傳輸給執(zhí)行模塊和顯示模塊。單片機(jī)是本裝置最為重要的結(jié)構(gòu)單元，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們的單片機(jī)選擇了由美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89S51 單片機(jī)，S51單片機(jī)是C51的全新替代產(chǎn)品，不僅完全向下兼容，而且其性能也更加優(yōu)于C51單片機(jī)，其計(jì)算速度更快、支持ISP在線下載、程序加密等。 人機(jī)交互模塊：本裝置中的人機(jī)交互模塊主要是為了滿足人們對(duì)不同的室溫環(huán)境的要求，用戶可以根據(jù)個(gè)人需要自主設(shè)定最合適的室溫值，由兩個(gè)溫度設(shè)定鍵和設(shè)定溫度顯示器構(gòu)成，與單片機(jī)相連接，操作十分簡(jiǎn)單方便。 氣溫輸出顯示模塊：氣溫輸出顯示模塊有兩位數(shù)碼管及數(shù)碼管排阻組成，與單片機(jī)相連，用于顯示室內(nèi)氣溫。我們選擇用兩塊0.56英寸42AS共陰數(shù)碼管組成一個(gè)兩位數(shù)的溫度顯示屏。該模塊同時(shí)包括人機(jī)交互模塊中的溫度顯示器。 流量調(diào)節(jié)執(zhí)行模塊：流量調(diào)節(jié)執(zhí)行系統(tǒng)是具體完成管道內(nèi)暖氣流通量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由步進(jìn)電機(jī)組成，與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)子閥門(mén)被安裝在管道內(nèi)。之所以選擇步進(jìn)電機(jī)就是為了完成對(duì)流量的精確控制。28BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)為4相5線步進(jìn)電機(jī)，工作電壓5-12V，步進(jìn)角度：5.625 x 1/64，實(shí)驗(yàn)中我們選擇了該類步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)受脈沖信號(hào)控制，并且只有在驅(qū)動(dòng)電路的配合之下才可以正常工作，為此我們選擇了uln2003驅(qū)動(dòng)器，連接單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)，ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成，多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 暖氣是我國(guó)北方地區(qū)使用最廣泛的集中采暖系統(tǒng)，然而，在現(xiàn)有的技術(shù)里，暖氣的運(yùn)用很簡(jiǎn)單，無(wú)非實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同居室內(nèi)的氣溫差異與要求進(jìn)行及時(shí)有效地調(diào)節(jié)，這樣既導(dǎo)致人的身體不適又造成了能源的巨大浪費(fèi)。為了解決現(xiàn)有暖氣系統(tǒng)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本項(xiàng)目提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可以及時(shí)有效的根據(jù)室溫變化改變暖氣流量進(jìn)而改變室溫的智能調(diào)控系統(tǒng)。 創(chuàng)新點(diǎn)包括：1、數(shù)字溫度傳感器可以直接將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并輸出，減去了A/D的運(yùn)用；2、技術(shù)中的步進(jìn)電機(jī)采用角度步進(jìn)的方式，每一個(gè)偏轉(zhuǎn)電流只會(huì)使電機(jī)每次偏轉(zhuǎn)5.625度，調(diào)節(jié)更加精確，并且該電機(jī)的最大偏轉(zhuǎn)角位移為90度；3、單片機(jī)將遞增的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出為正脈沖，遞減的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出為負(fù)脈沖，正脈沖電流使電機(jī)正轉(zhuǎn)，負(fù)脈沖電流使電機(jī)反轉(zhuǎn)；4、人機(jī)交互系統(tǒng)的使用可以使室溫調(diào)節(jié)范圍具有自主選擇性。 主要指標(biāo)有：1、裝置的可選有效工作溫度范圍為0～20攝氏度，并能實(shí)行差異化設(shè)置；2、控制電路的工作電壓為5V，執(zhí)行電機(jī)的工作電壓為5-12V；3、溫度上升時(shí)，單片機(jī)輸出正脈沖，溫度下降時(shí)，單片機(jī)輸出負(fù)脈沖；4、一個(gè)正電脈沖使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)一次，一個(gè)負(fù)電脈沖使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一次；5、步進(jìn)電機(jī)的角位移范圍是0～90度，角位移達(dá)到最大值時(shí)正（負(fù)）電脈沖不能再使之正（反）轉(zhuǎn)；6、步進(jìn)電機(jī)每次只步進(jìn)5.625度；7、綜合能量利用效率提高15%以上。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 對(duì)國(guó)內(nèi)外暖氣節(jié)能技術(shù)的檢索研究發(fā)現(xiàn)，控制暖氣流量的技術(shù)已經(jīng)有出現(xiàn)，但定位和用途都不一樣，而與本項(xiàng)目目的相同的更是寥寥可數(shù)。專利號(hào)為200720310360.7的實(shí)用新型專利提供了一種類似于本項(xiàng)目的裝置，但其不能根據(jù)氣溫的變化適時(shí)改變暖氣流量，而且其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，難以承受暖氣管內(nèi)很大的壓力；專利號(hào)為200420002744.9的實(shí)用新型提供了一種純機(jī)械的控制閥，不能實(shí)現(xiàn)暖氣流量的自主化調(diào)節(jié)。因此本項(xiàng)目在技術(shù)上具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而且更適合于實(shí)際運(yùn)用。 項(xiàng)目進(jìn)展: 本項(xiàng)目的理論研究已經(jīng)接近尾聲，理論成果經(jīng)過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)均得到很好的驗(yàn)證。目前已經(jīng)該項(xiàng)目的專利已經(jīng)公開(kāi)，并已經(jīng)制作出實(shí)物裝置一件。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、太原市大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)立項(xiàng)項(xiàng)目（經(jīng)費(fèi)支持） 2、中北大學(xué)“劉鼎杯”課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 3、中北大學(xué)育才杯科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段。理論研究已基本結(jié)束，完成實(shí)物裝置一件。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開(kāi)發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目解決了目前家用暖氣流量無(wú)法根據(jù)不同需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)際問(wèn)題，該裝置通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，智能化明顯，裝置結(jié)構(gòu)體積小，方便安裝。該技術(shù)目前屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，裝置安裝使用方便，可以與現(xiàn)有暖氣管道系統(tǒng)輕松嫁接，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)調(diào)節(jié)，成品使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，非常適用于普通家庭。 本項(xiàng)目的實(shí)施將極大地提高能源利用率，減少能源的浪費(fèi)，減少熱電廠因熱能過(guò)度生產(chǎn)而造成的環(huán)境損害，既節(jié)能又環(huán)保，社會(huì)意義重大；對(duì)于用戶而言，本裝置可以大大提高能源的利用效率，既節(jié)約了暖氣費(fèi)用又能擁有一個(gè)更加舒適的生活環(huán)境，因此經(jīng)濟(jì)意義效益十分顯著，市場(chǎng)推廣前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 能源行業(yè)是一個(gè)新型行業(yè)，涉及節(jié)能環(huán)保，在能源利用越來(lái)越緊張的情況下，世界各國(guó)紛紛將節(jié)能行業(yè)放在突出重要的位置，投資重大資金研究節(jié)能環(huán)保措施，因此帶來(lái)了該產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)能裝置與技術(shù)更是日新月異。 暖氣供暖系統(tǒng)在我國(guó)北方地區(qū)廣泛采用，而熱力輸暖系統(tǒng)又是一個(gè)高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)，因此提高能量的利用率，減小能量浪費(fèi)就顯得尤為重要。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外暖氣節(jié)能技術(shù)的檢索研究發(fā)現(xiàn)，控制暖氣流量的技術(shù)已經(jīng)有出現(xiàn)，但定位和用途都不一樣，而與本項(xiàng)目目的相同的更是寥寥可數(shù)。專利號(hào)為200720310360.7的實(shí)用新型專利提供了一種類似于本項(xiàng)目的裝置，但其不能根據(jù)氣溫的變化適時(shí)改變暖氣流量，而且其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，難以承受暖氣管內(nèi)很大的壓力；專利號(hào)為200420002744.9的實(shí)用新型提供了一種純機(jī)械的控制閥，不能實(shí)現(xiàn)暖氣流量的自主化調(diào)節(jié)。因此本項(xiàng)目在技術(shù)上具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而且更適合與實(shí)際運(yùn)用。 經(jīng)最新調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)的部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)有類似的調(diào)控閥門(mén)運(yùn)用于日常生活，但是其在自動(dòng)控制方面還不夠完善，功能定位也不完全一樣，因此就目前來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目技術(shù)還具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和更大的實(shí)用價(jià)值。
