基于宿舍热水器的智能化节能改造装置设计

张晓芳

(健雄职业技术学院 电气工程学院，江苏 太仓 215411)

基于宿舍热水器的智能化节能改造装置设计

张晓芳

(健雄职业技术学院 电气工程学院，江苏 太仓 215411)

智能化热水器节能装置包含温控模块，其作用为调节水温至适合温度;通过定时模块的倒计时设定，可设定热水器开始工作的时间;通过壁障传感器监测某个时间内是否有人使用，可智能地关闭热水器;通过无线收发模块和3G接口模块，在智能终端设备(例如手机)和远程启停装置上开启热水器工作状态。提高了热水器的人性化设计，价格经济，并且大大地降低了能耗。

温控;壁障传感器;定时;XL24L01;节能

0 引言

随着社会经济的发展，人们已从生活基本需求提高到追求生活品质。智能热水器将可以远程自选下载各种沐浴模式、娱乐场景模式等，用户可以根据自己爱好，随意下载或删除各种热水功能和娱乐程序，而这些操作不仅可在热水器上直接调设，也可通过智能化手机远程完成。智能热水器还具有“定温巡航”功能，水汽自动双调，使得恒温精确度大大地提高，水温不再忽冷忽热。但由于投入了大量的人工智能，目前这些智能热水器价格昂贵，不合适高校宿舍使用。

目前高校使用的洗浴电热水器一般只有一次温控，一旦上电，热水器将水加热到最高温度(75℃左右)才会停止，通过冷热水混合使水温适合，等水温下降后电热水器又处于反复加热状态，这一过程浪费了电能。洗完澡后，学生若忘记关热水器加热开关，热水器处于工作状态浪费电能，远程开启和关闭热水器就显得非常有必要。因此，设计一款宿舍热水器的智能化节能改造装置非常有必要。

1 硬件电路设计

1.1 系统总体框图设计

智能化的热水器节能装置包含温控，能调节水温至适合洗澡的温度;通过定时模块的倒计设定，可设定热水器开始工作的时间;通过壁障传感器监测若干时间内是否有人洗澡可智能地关闭热水器;通过无线收发模块和3G接口模块，可在智能终端设备(例如手机)和远程起停装置上开启热水器工作状态;增设的这些模块提高了热水器的人性化设计，价格经济，并且大大地降低了能耗。整体框图如图1所示，其中—‥框内为节能改造主电路模块，－－－框内为远程启停装置模块。

图1 系统总体框图

1.2 硬件电路设计

硬件电路包含节能主电路，如图2所示;远程启停电路，如图3所示。节能主电路包含:AT89C51单片机［1］起定时、智能控制作用，其中P27用来控制继电器进而控制热水器加热;壁障传感器(YL－62)用来检测是否有人洗澡;按键模块用来设定定时时间和加热温度;DS18B20温度探头用来测量水温;LCD1602用来显示当前水温及定时时间显示;无线收发模块(XL24L01)用来发送信息并接收远程启停装置命令;通过串口uart协议与ARM［2］及3G模块传递信息，使得手机能远程控制热水器启停。

远程启停电路包含:无线收发模块(XL24L01)用来接收当前热水器信息并发送远程启停命令;启停信号通过按键来控制。

节能主电路和远程启停电路都包含电源模块，单片机使用的是+5 V电压，无线模块XL24L01使用的是3.3 V电压。

图3 远程启停装置硬件电路图

2 软件设计

2.1 节能主电路软件设计

首先进行程序的初始化，完成对DS18B20、LCD1602和无线传输模块的初始化状态的设定。设定水温和启动倒计时时间。采集温度是否高于设定值，高则停止热水器继电器加热，低则进行加热。通过壁障传感器检测是否有人，若没人状态保持一段时间则停止继电器加热。若检测到无线发送信号为停止加热也停止继电器工作(见图4)。

图4 节能主电路程序框图

2.2 远程启停装置软件设计

首先进行程序的初始化，完成无线传输模块的初始化状态的设定。判断是否接收到主电路发送的时间到信号，若接收到，按下停止按键并发送无线信号至主电路(见图5)。

3 节能装置模型

图5 节能远程启停电路程序框图

图6 节能主电路模型

图7 无线发送和接收的远程启停装置模型

图8 模拟热水器出水口 装置模型

根据硬件电路设计和程序框图，我们设计了一款人性化的宿舍热水器节能改造装置的模型(见图6～图8)。此节能装置模型分为节能主电路模型和无线收发的远程启停装置模型。节能主电路为了让显示更清晰，启动倒计时显示和温度设定用两个液晶屏显示，节能主电路的壁障传感器安装在热水器出水口。采用C51进行编程［3－4］。

4 结束语

采用基于51单片机、壁障传感器、温度传感器、继电器和无线模块热水器节能装置设计合理，价格经济，提高了热水器的人性化设计，并且大大地降低了能耗，对宿舍热水器改造具有现实的指导意义。

［1］刘守义.单片机应用技术［M］.2版.西安:西安电子科技大学出版社，2007.

［2］王辉，杨承志，周春华.基于ARM的智能电热水器控制器设计［J］.科学技术与工程，2012，12(1):192 －195.

［3］郭天祥.51单片机C语言教程－入门、提高、开发、拓展全攻略［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［4］张秀国.单片机C语言程序设计教程与实训［M］.北京:北京大学出版社，2008.

Design of Smart Energy-saving Remodeling Based on the Dorm itory Water Heater

ZHANG Xiao-fang

(School of Electrical Engineering，Hien-shiung Institute of Technology，Taicang Jiangsu215411，China)

The smart energy-saving equipment for the water heater includes a temperature controlmodule for adjusting water temperature to a suitable level;a countdown timing module for setting the starting time of the water heater;a wall avoidance sensor for checking whether the electric water heater is used for a certain time(the heater can be switched off smartly when required);a wireless transceivermodule and 3G interface module for making the electric water heater start working remotely at the smart terminal equipment(mobile phone for instance).In this way，we can achieve a more humanized design of the water heater，offer a lower price and reduce energy consumption to a great extent.

temperature control;wall avoidance sensor;timing;XL24L01;energy saving

10.3969/j.issn.1000 －3886.2015.06.030

TP273+.5

A

1000－3886(2015)06－0093－02

定稿日期:2015－03－28

为苏州健雄职业技术学院青年基金项目(2013QNJJ26)

张晓芳(1980－)，女，江苏无锡人，讲师，专业:智能控制。