智能風(fēng)能及熱能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
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摘要：設(shè)計(jì)的一種智能風(fēng)能及熱能高效利用控制系統(tǒng)，主要是通過對燃?xì)庠钸\(yùn)行過程中產(chǎn)生的余熱和棄風(fēng)進(jìn)行收集和再利用。收集的燃?xì)庠钣酂嶂饕脕韺ρh(huán)水加熱，并儲(chǔ)存于保溫水箱內(nèi)供用戶使用；在油煙濃度不同的情況下，使用不合理的檔位會(huì)造成電能的浪費(fèi)，根據(jù)傳感器采集的不同煙霧濃度，對抽油煙機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以節(jié)省電能；通過在油煙機(jī)出口加裝小型風(fēng)力發(fā)電裝置，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將電能存儲(chǔ)在鋰電池內(nèi)，可供給燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置充電以及燃?xì)獗硇铍姵爻潆姟?/p>
關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；高效利用；控制系統(tǒng)
隨著我國社會(huì)主義現(xiàn)代化工業(yè)飛快發(fā)展，對能源需求量也在不斷加劇，供求矛盾日益顯著，節(jié)約能源也成為了一個(gè)世界性的話題[1]。能源的保障，不僅要從能源的開發(fā)著手，更重要的是要從能源節(jié)約做起，在能源高速消耗的今天，節(jié)能減排顯得尤為可貴。隨著我國燃?xì)饣陌l(fā)展，城市煤氣、液化石油氣和天然氣在家庭生活中得到了人們的青睞，但煤氣灶的熱效率一般為60%左右。燃?xì)庠钤谑褂眠^程中產(chǎn)生的熱量會(huì)快速地向周圍環(huán)境散發(fā)，引起了大量熱損失。為了對燃?xì)庠钍褂眠^程中產(chǎn)生的余熱和棄風(fēng)進(jìn)行回收，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)，從而對能源進(jìn)行高效利用。
1設(shè)計(jì)思路
該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，控制對油煙機(jī)及水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和巡檢，每個(gè)傳感器都可以自行完成工作，并且通過單片機(jī)指令實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的收集，單片機(jī)用來控制指令的發(fā)送，控制每個(gè)傳感元件進(jìn)行采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)對收集的結(jié)果進(jìn)行比較計(jì)算并顯示，系統(tǒng)包括顯示原件、溫度檢測元件、單片機(jī)、復(fù)位元件、報(bào)警元件、煙霧濃度檢測元件、火焰檢測元件、繼電器控制元件、燃?xì)庑孤稒z測元件、系統(tǒng)軟件等部分構(gòu)成[2]。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要在原有的燃?xì)庠顮t盤上加裝循環(huán)水集熱管、控制水循環(huán)開關(guān)的電磁閥、用來儲(chǔ)存熱水的保溫箱、在抽油煙機(jī)出風(fēng)管處加裝小型風(fēng)力發(fā)電裝置、蓄電池、及以單片機(jī)為核心的主要控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制部分主要有以下幾個(gè)模塊共同構(gòu)成的整體：可以根據(jù)煙霧傳感器檢測煙霧的濃度值來調(diào)節(jié)油煙機(jī)轉(zhuǎn)速的不同檔位、控制水溫的溫度傳感器、以及溫度濃度顯示的顯示部分。單片機(jī)系統(tǒng)采用+5V的電源進(jìn)行供電。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用煙氣濃度傳感器對廚房油煙濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測[3]，根據(jù)用戶的要求，可自動(dòng)調(diào)節(jié)油煙機(jī)的啟動(dòng)值，當(dāng)油煙濃度低于25ppm時(shí)，抽油煙機(jī)不工作，當(dāng)煙氣濃度介于25-50ppm時(shí)，抽油煙機(jī)自動(dòng)開啟低速運(yùn)行，當(dāng)煙氣濃度介于50-75ppm時(shí)，抽油煙機(jī)自動(dòng)切換至中速運(yùn)行，當(dāng)煙氣濃度介于75-100ppm時(shí)，抽油煙機(jī)自動(dòng)切換至高速運(yùn)行，當(dāng)煙氣濃度超100ppm時(shí)，將自動(dòng)啟動(dòng)燃?xì)鈭?bào)警器裝置，并且關(guān)閉燃?xì)夤?yīng)。抽油煙機(jī)工作時(shí)，安裝在油煙機(jī)排煙管處的風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能直接收集在蓄電池內(nèi)，能持續(xù)不斷的將電能供給控制系，同時(shí)所產(chǎn)生的電能可對燃?xì)庠詈腿細(xì)獗硇铍姵剡M(jìn)行充電。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
智能風(fēng)能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的核心控制器為單片機(jī)，通過STC89C52單片機(jī)可調(diào)節(jié)抽油煙機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制蓄電池的充放電，對保溫箱進(jìn)行保溫，進(jìn)行水流量控制等，控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
4水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及組態(tài)
當(dāng)燃?xì)庠顔?dòng)時(shí)，聯(lián)鎖開關(guān)將循環(huán)水的水閥打開，并隨著燃?xì)忾_放的大小調(diào)節(jié)水閥開度，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量[4]。燃?xì)庠顮t盤加熱溫水，經(jīng)檢測溫度達(dá)到設(shè)定值后流入水箱。當(dāng)水箱水量達(dá)到設(shè)定值后，自動(dòng)關(guān)閉循環(huán)水的水閥，此時(shí)打開水箱下部的反向水循環(huán)開關(guān)，繼續(xù)對加熱后的溫水進(jìn)行再次加熱，直至燃?xì)庠铌P(guān)閉。當(dāng)水箱溫度低于設(shè)定值，STC89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)接通水箱加熱棒上的繼電器，對水箱內(nèi)的水加熱，達(dá)到水箱預(yù)設(shè)溫度后，STC89C52單片機(jī)控制的加熱棒繼電器斷開，加熱棒停止加熱，水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)能量循環(huán)流程如圖2所示。通過MCGS組態(tài)仿真軟件對水循環(huán)整個(gè)過程進(jìn)行模擬擬，通過仿真動(dòng)態(tài)可以直觀的了解整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，水循環(huán)及余熱收集系統(tǒng)能量循環(huán)MCGS組態(tài)仿真。
5系統(tǒng)模型搭建
系統(tǒng)搭建初期使用軟件Proteus7.8來實(shí)現(xiàn)智能風(fēng)能及熱能高效利用控制系統(tǒng)的仿真電路搭建模擬。智能風(fēng)能及熱能高效利用控制系統(tǒng)在仿真正常運(yùn)行后，要設(shè)置整個(gè)系統(tǒng)電路參數(shù)，在系統(tǒng)搭建的過程中需要經(jīng)過硬件和軟件相結(jié)合進(jìn)行調(diào)試，是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的效果，在軟件調(diào)試的過程中需要觀察模擬運(yùn)行狀態(tài)工作顯示狀況，簡易模型如圖3所示。
6創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用
本系統(tǒng)通過對傳統(tǒng)燃?xì)庠钕到y(tǒng)進(jìn)行簡單的改造，能夠有效的對熱能和風(fēng)能進(jìn)行高效利用，由于燃?xì)庠畹氖褂梅秶鷱V泛，且該系統(tǒng)成本較低，如果系統(tǒng)能夠推廣使用，能夠節(jié)省大量能源，故該控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣闊，對減少碳排放量提高能源利用效率，具有良好的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)
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[2]付濤，石黃霞，張發(fā)年，等.智能風(fēng)能及熱能高效利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南科技，2019（26）：137-139.
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作者：付濤 周艷 蘭勝智 單位：新疆工程學(xué)院
