基于Arduino控制的居室智能地暖系统的设计

赵林林+陈桦

【摘 要】针对现实生活中家居暖气温度的不可调控和暖气装置的布局导致局部温度出现过热或者过冷等问题，设计了一种可用于自动调节温度的家居智能地暖系统。该家居智能地暖系统的温度可调，并且可以使整个居室的任何位置的温度保持在某个数值左右，整套装置通过Arduino进行控制，包括Arduino系统I/O点分配和系统结构功能图的设计以及系统结构的电路图的设计，Arduino系统软件程序图，实现了整个居室温度的自动调节。经试验验证该居室智能地暖系统装配简单、运行可靠、效率高、环保以及有效提高了资源的利用率。

【关键词】居室智能地暖系统；温度可调；Arduino；电路图

0 引言

目前，在中国中部部分城市中，居民的家居没有成套的供暖系统，如果应用水暖作为供暖系统，则会造成生产成本高且对环境造成很大的负担；再加上人们的生活水平的不一样，难以保证所有人都能享用这种供暖系统。因此，基于上述问题，设计一种经济实惠的居室智能供暖系统是势在必行的。本文所研制的居室智能地暖系统是针对居室温度的可控自动调节，整套装置通过Arduino控制，实现居室温度的自动调节，Arduino具有适应性强、可靠性高、抗干扰能力强、维修简单方便、能源消耗低等优点，已广泛应用于许多不同的智能领域。

1 居室智能地暖系统的工作原理和总体结构

1.1 居室智能地暖系统的工作原理（图1）

居室智能地暖系统是一套可自动调节居室温度的智能化系统，其工作原理：当居室的温度变化时，系统内部的温度传感器会立刻获取一个采得到的数字信号输入给Arduino控制器，Arduino控制器根据已编成的控制程序以及Arduino输入端的数字信号，其相应地会输出一个数字信号（控制信号），此控制信号输出后经过放大器将信号放大，继而传输给继电器，继电器根据控制信号的不同来调节地暖电路的电流，从而达到控制温度的效果[1]。

1.2 居室智能地暖系统的电路图和总体结构

居室智能地暖系统的总体结构如图2所示，整套装置分为三个部分，第一部分为信号采集装置，主要以采集温度变化信号的温度传感器为主的电路部分；第二部分是信号处理装置，主要包括模数转化器ADC和Arduino控制器，该部分是整套装置的核心部分，也是充分体现智能化的部分；第三部分是信号放大装置与地暖系统的启动装置，该部分主要包括信号放大装置——晶体管放大器与地暖系统的启动装置——继电器以及地暖系统的相关组件部分[3]。

该系统还配有一个报警装置——蜂鸣器，这样可以保证系统能够安全地、正常地运转，假若一旦出现故障，蜂鸣器会及时发出警报，等待相关人员来处理。

2 家居智能地暖系统中PLC控制系统的设计

2.1 PLC控制系统的设计步骤如下

1）分析该智能系统的参数要求，确定控制系统要实现哪些功能要求；

2）进行控制器、I/O模块、电源模块、控制模式、ADC模块、地暖系统模块的选择；

3）确定模拟量的输入、输入点的个数、数字量、输出点的个数，列出Arduino输入输出分配表；

4）画出控制柜接线图，根据接线图进行现场接线；

5）根据顺序功能图编写程序进行调试，若是程序问题修改程序，直到调试成功。若是硬件问题解决硬件问题。

2.2 Arduino系统输入输出点分配

根据系统功能要求进行分析，该系统为开关控制系统，共有8个输入点，4个输出点，选用anduino即可满足设计要求。输入点输出点分配表见表1。

2.3 arduino的外部接线图

根据输入点输出点的分配，以及外部连接设备的划分。该智能地暖系统的外部连接线路如图2所示。其中，由于anduino控制器自带ADC转化器所以传感器的模拟信号直接可以接到控制器上以及启动地暖的接线是由一个继电器控制开关。

2.4 Arduino的软件设计

本系统是开关选择控制系统（图3）。

该智能地暖系统设有自动停止、加热和保持温度三种工作状态。系统没有启动时处于初始状态。从初始状态开始，按下系统的启动按钮，在自动工作的情况下，整个控制器开始处于工作状态。随着接收的传感器的信号的不同，控制器会通过已编写好的系统程序输出不同的指示信号，达到控制室内温度的效果。

当室内处于低温状态（小于18℃时）时，控制器通过接收的信号给出一个指示，此时继电器接通大电流的电路R1，系统处于快速加热状态；当加热到一定值时（18℃至30℃的温度区间时），控制器通过接收的信号给出下一个指示，此时继电器接通小电流电路R2，整个系统处于保温状态；随着温度继续增加，当达到一个峰值时（室温大于或等于30℃时），控制器会给出一个断开电路的指示，接通R3支路，整个系统处于停止加热状态[4]。

3 结论

该家居智能地暖系统结构相对简单，但是调节精度比较高，再加上anduino控制器可靠性高、抗干扰能力强，经过试验验证本套装置可以在节能的前提下有效地改善居室温度。另外，该智能地暖系统采用模块化设计，针对不同的居室，只需要重新设计地暖系统就可以应用。因此，该家居智能地暖系统既方便又实用[5]。

【参考文献】

[1]谢克明，夏路易.可编程序控制器原理与程序设计[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]崔阳，张维华，白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2014（4）.

[3]程海粟，徐珂珂.一种智能家居的设计方案[J].信息通道，2012（2）.

[4]蔡睿妍，Arduino的原理及应用[J].电子技术工程，2012（16）.

[5]宁来圣.智能家居的技术应用及前景分析[J].电子制作，2013（24）.

[责任编辑：王楠]