基于Arduino控制的居室智能地暖系統的設計

趙林林+陳樺

【摘 要】針對現實生活中家居暖氣溫度的不可調控和暖氣裝置的布局導致局部溫度出現過熱或者過冷等問題，設計了一種可用于自動調節溫度的家居智能地暖系統。該家居智能地暖系統的溫度可調，并且可以使整個居室的任何位置的溫度保持在某個數值左右，整套裝置通過Arduino進行控制，包括Arduino系統I/O點分配和系統結構功能圖的設計以及系統結構的電路圖的設計，Arduino系統軟件程序圖，實現了整個居室溫度的自動調節。經試驗驗證該居室智能地暖系統裝配簡單、運行可靠、效率高、環保以及有效提高了資源的利用率。

【關鍵詞】居室智能地暖系統；溫度可調；Arduino；電路圖

0 引言

目前，在中國中部部分城市中，居民的家居沒有成套的供暖系統，如果應用水暖作為供暖系統，則會造成生產成本高且對環境造成很大的負擔；再加上人們的生活水平的不一樣，難以保證所有人都能享用這種供暖系統。因此，基于上述問題，設計一種經濟實惠的居室智能供暖系統是勢在必行的。本文所研制的居室智能地暖系統是針對居室溫度的可控自動調節，整套裝置通過Arduino控制，實現居室溫度的自動調節，Arduino具有適應性強、可靠性高、抗干擾能力強、維修簡單方便、能源消耗低等優點，已廣泛應用于許多不同的智能領域。

1 居室智能地暖系統的工作原理和總體結構

1.1 居室智能地暖系統的工作原理（圖1）

居室智能地暖系統是一套可自動調節居室溫度的智能化系統，其工作原理：當居室的溫度變化時，系統內部的溫度傳感器會立刻獲取一個采得到的數字信號輸入給Arduino控制器，Arduino控制器根據已編成的控制程序以及Arduino輸入端的數字信號，其相應地會輸出一個數字信號（控制信號），此控制信號輸出后經過放大器將信號放大，繼而傳輸給繼電器，繼電器根據控制信號的不同來調節地暖電路的電流，從而達到控制溫度的效果[1]。

1.2 居室智能地暖系統的電路圖和總體結構

居室智能地暖系統的總體結構如圖2所示，整套裝置分為三個部分，第一部分為信號采集裝置，主要以采集溫度變化信號的溫度傳感器為主的電路部分；第二部分是信號處理裝置，主要包括模數轉化器ADC和Arduino控制器，該部分是整套裝置的核心部分，也是充分體現智能化的部分；第三部分是信號放大裝置與地暖系統的啟動裝置，該部分主要包括信號放大裝置——晶體管放大器與地暖系統的啟動裝置——繼電器以及地暖系統的相關組件部分[3]。

該系統還配有一個報警裝置——蜂鳴器，這樣可以保證系統能夠安全地、正常地運轉，假若一旦出現故障，蜂鳴器會及時發出警報，等待相關人員來處理。

2 家居智能地暖系統中PLC控制系統的設計

2.1 PLC控制系統的設計步驟如下

1）分析該智能系統的參數要求，確定控制系統要實現哪些功能要求；

2）進行控制器、I/O模塊、電源模塊、控制模式、ADC模塊、地暖系統模塊的選擇；

3）確定模擬量的輸入、輸入點的個數、數字量、輸出點的個數，列出Arduino輸入輸出分配表；

4）畫出控制柜接線圖，根據接線圖進行現場接線；

5）根據順序功能圖編寫程序進行調試，若是程序問題修改程序，直到調試成功。若是硬件問題解決硬件問題。

2.2 Arduino系統輸入輸出點分配

根據系統功能要求進行分析，該系統為開關控制系統，共有8個輸入點，4個輸出點，選用anduino即可滿足設計要求。輸入點輸出點分配表見表1。

2.3 arduino的外部接線圖

根據輸入點輸出點的分配，以及外部連接設備的劃分。該智能地暖系統的外部連接線路如圖2所示。其中，由于anduino控制器自帶ADC轉化器所以傳感器的模擬信號直接可以接到控制器上以及啟動地暖的接線是由一個繼電器控制開關。

2.4 Arduino的軟件設計

本系統是開關選擇控制系統（圖3）。

該智能地暖系統設有自動停止、加熱和保持溫度三種工作狀態。系統沒有啟動時處于初始狀態。從初始狀態開始，按下系統的啟動按鈕，在自動工作的情況下，整個控制器開始處于工作狀態。隨著接收的傳感器的信號的不同，控制器會通過已編寫好的系統程序輸出不同的指示信號，達到控制室內溫度的效果。

當室內處于低溫狀態（小于18℃時）時，控制器通過接收的信號給出一個指示，此時繼電器接通大電流的電路R1，系統處于快速加熱狀態；當加熱到一定值時（18℃至30℃的溫度區間時），控制器通過接收的信號給出下一個指示，此時繼電器接通小電流電路R2，整個系統處于保溫狀態；隨著溫度繼續增加，當達到一個峰值時（室溫大于或等于30℃時），控制器會給出一個斷開電路的指示，接通R3支路，整個系統處于停止加熱狀態[4]。

3 結論

該家居智能地暖系統結構相對簡單，但是調節精度比較高，再加上anduino控制器可靠性高、抗干擾能力強，經過試驗驗證本套裝置可以在節能的前提下有效地改善居室溫度。另外，該智能地暖系統采用模塊化設計，針對不同的居室，只需要重新設計地暖系統就可以應用。因此，該家居智能地暖系統既方便又實用[5]。

【參考文獻】

[1]謝克明，夏路易.可編程序控制器原理與程序設計[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]崔陽，張維華，白云峰.一種基于Arduino的智能家居控制系統[J].電子技術應用，2014（4）.

[3]程海粟，徐珂珂.一種智能家居的設計方案[J].信息通道，2012（2）.

[4]蔡睿妍，Arduino的原理及應用[J].電子技術工程，2012（16）.

[5]寧來圣.智能家居的技術應用及前景分析[J].電子制作，2013（24）.

[責任編輯：王楠]