基本信息
- 项目名称：
- 暖气流量智能控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 暖气流量智能控制系统是一套旨在通过充分提高暖气利用效率，减小热能浪费同时为人们提供一个更加舒适的环境的装置。该装置主要包括电源模块、测温模块、中枢控制模块、人机交互模块、气温输出显示模块和流量调节执行模块。其中测温模块的主要元件是数字温度传感器ds18b20，中枢控制模块的主要元件是at89s51单片机，人机交互模块由键盘和显示器构成，执行模块的主要构件包括驱动电路和步进电机。
- 详细介绍：
- 测温模块：测温模块用于采集室内温度，并将模拟信号装化为数字信号之后输送给控制系统处理。本装置中的温控模块为ds18b20数字温度传感器，其具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等众多优点，在实际应用中取得了良好的测温效果，在现实生产生活中应用广泛，尤其是在温度检测电路中，ds18b20数字温度传感器具有明显的优势。由于数字温度传感器可以直接将模拟信息转换为数字信号，就免去了模数转换器，因此DS18B20可以直接与单片机相连接。 中枢控制模块：本系统中的中枢控制模块就是由AT89S51单片机构成的单片机控制单元，它不仅处理来自温度传感器的温度信息，同时将处理之后的指令传输给执行模块和显示模块。单片机是本装置最为重要的结构单元，也是实现系统功能与否的关键环节。我们的单片机选择了由美国ATMEL 公司生产的AT89S51 单片机，S51单片机是C51的全新替代产品，不仅完全向下兼容，而且其性能也更加优于C51单片机，其计算速度更快、支持ISP在线下载、程序加密等。 人机交互模块：本装置中的人机交互模块主要是为了满足人们对不同的室温环境的要求，用户可以根据个人需要自主设定最合适的室温值，由两个温度设定键和设定温度显示器构成，与单片机相连接，操作十分简单方便。 气温输出显示模块：气温输出显示模块有两位数码管及数码管排阻组成，与单片机相连，用于显示室内气温。我们选择用两块0.56英寸42AS共阴数码管组成一个两位数的温度显示屏。该模块同时包括人机交互模块中的温度显示器。 流量调节执行模块：流量调节执行系统是具体完成管道内暖气流通量的执行机构，主要由步进电机组成，与步进电机转轴连接的转子阀门被安装在管道内。之所以选择步进电机就是为了完成对流量的精确控制。28BYJ-48型步进电机为4相5线步进电机，工作电压5-12V，步进角度：5.625 x 1/64，实验中我们选择了该类步进电机。步进电机受脉冲信号控制，并且只有在驱动电路的配合之下才可以正常工作，为此我们选择了uln2003驱动器，连接单片机与步进电机，ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成，多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 暖气是我国北方地区使用最广泛的集中采暖系统，然而，在现有的技术里，暖气的运用很简单，无非实现根据不同居室内的气温差异与要求进行及时有效地调节，这样既导致人的身体不适又造成了能源的巨大浪费。为了解决现有暖气系统存在的上述技术问题，本项目提供了一种结构简单、使用方便、可以及时有效的根据室温变化改变暖气流量进而改变室温的智能调控系统。 创新点包括：1、数字温度传感器可以直接将温度信号转变为数字信号并输出，减去了A/D的运用；2、技术中的步进电机采用角度步进的方式，每一个偏转电流只会使电机每次偏转5.625度，调节更加精确，并且该电机的最大偏转角位移为90度；3、单片机将递增的电流信号转化输出为正脉冲，递减的电流信号转化输出为负脉冲，正脉冲电流使电机正转，负脉冲电流使电机反转；4、人机交互系统的使用可以使室温调节范围具有自主选择性。 主要指标有：1、装置的可选有效工作温度范围为0～20摄氏度，并能实行差异化设置；2、控制电路的工作电压为5V，执行电机的工作电压为5-12V；3、温度上升时，单片机输出正脉冲，温度下降时，单片机输出负脉冲；4、一个正电脉冲使步进电机正转一次，一个负电脉冲使步进电机反转一次；5、步进电机的角位移范围是0～90度，角位移达到最大值时正（负）电脉冲不能再使之正（反）转；6、步进电机每次只步进5.625度；7、综合能量利用效率提高15%以上。
科学性、先进性
- 对国内外暖气节能技术的检索研究发现，控制暖气流量的技术已经有出现，但定位和用途都不一样，而与本项目目的相同的更是寥寥可数。专利号为200720310360.7的实用新型专利提供了一种类似于本项目的装置，但其不能根据气温的变化适时改变暖气流量，而且其结构过于简单，难以承受暖气管内很大的压力；专利号为200420002744.9的实用新型提供了一种纯机械的控制阀，不能实现暖气流量的自主化调节。因此本项目在技术上具有一定的领先优势，而且更适合于实际运用。 项目进展: 本项目的理论研究已经接近尾声，理论成果经过模拟实验和实物实验均得到很好的验证。目前已经该项目的专利已经公开，并已经制作出实物装置一件。
获奖情况及鉴定结果
- 1、太原市大学生科技创新创业立项项目（经费支持） 2、中北大学“刘鼎杯”课外学术作品竞赛特等奖 3、中北大学育才杯科技竞赛一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段。理论研究已基本结束，完成实物装置一件。
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、现场演示、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目解决了目前家用暖气流量无法根据不同需求实现自动调节的实际问题，该装置通过自动检测实现自动调节，智能化明显，装置结构体积小，方便安装。该技术目前属国内先进水平，装置安装使用方便，可以与现有暖气管道系统轻松嫁接，可以实现全自动调节，成品使用结构简单、成本低，非常适用于普通家庭。 本项目的实施将极大地提高能源利用率，减少能源的浪费，减少热电厂因热能过度生产而造成的环境损害，既节能又环保，社会意义重大；对于用户而言，本装置可以大大提高能源的利用效率，既节约了暖气费用又能拥有一个更加舒适的生活环境，因此经济意义效益十分显著，市场推广前景广阔。
同类课题研究水平概述
- 能源行业是一个新型行业，涉及节能环保，在能源利用越来越紧张的情况下，世界各国纷纷将节能行业放在突出重要的位置，投资重大资金研究节能环保措施，因此带来了该产业的快速发展，节能装置与技术更是日新月异。 暖气供暖系统在我国北方地区广泛采用，而热力输暖系统又是一个高能耗、高污染的产业，因此提高能量的利用率，减小能量浪费就显得尤为重要。 通过对国内外暖气节能技术的检索研究发现，控制暖气流量的技术已经有出现，但定位和用途都不一样，而与本项目目的相同的更是寥寥可数。专利号为200720310360.7的实用新型专利提供了一种类似于本项目的装置，但其不能根据气温的变化适时改变暖气流量，而且其结构过于简单，难以承受暖气管内很大的压力；专利号为200420002744.9的实用新型提供了一种纯机械的控制阀，不能实现暖气流量的自主化调节。因此本项目在技术上具有一定的领先优势，而且更适合与实际运用。 经最新调查发现，目前国内的部分地区已经出现有类似的调控阀门运用于日常生活，但是其在自动控制方面还不够完善，功能定位也不完全一样，因此就目前来说，本项目技术还具有很强的技术优势和更大的实用价值。
