基于IOT的戶外太陽能加熱壺的設計

馮文靜+趙文慧+任肖飛+李瑞華

摘 要：針對當前人們在戶外很難滿足熱的食物和水等問題，本文提出一種基于物聯網（Internet Of Things， IOT）技術的智能戶外加熱壺。結合目前戶外加熱壺所具有的不易攜帶、成本高、耗能高、安全性低等缺點，本系統將太陽能發電、手機智能控制納入新型城市物聯網體系，綜合運用能量轉換技術、藍牙通信等技術，實現智能化、數字化的戶外加熱水壺，同時還具有溫度、電壓等參數的監測功能。

關鍵詞：太陽能電池 環境監測 物聯網 藍牙模塊

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（b）-0054-02

針對摘要提出的問題，本文設計了一種集便攜、節能與安全無明火于一體的智能壺加熱系統，立足于當今節能減排的需求，改變以往一成不變的加熱方式，系統原理框圖如圖1所示。

整個智能加熱系統分為兩大部分：充放電系統和輔助系統。充放電系統主要實現太陽能給內置電源充電，以及電源給加熱片加熱這兩個功能，通過手機藍牙智能控制實現加熱壺的充放電切換功能。輔助系統則通過傳感器進行水溫或環境溫度監測，當用戶需要時，傳回溫度到手機；另外具有電壓智能監控系統，實現單個或多個充放電時電壓的監控，保障安全質量。

1 系統硬件設計

本系統的設計實現戶外智能加熱壺系統的充放電切換功能，包括充放電控制終端和監測終端兩部分；主要包含控制模塊、溫度傳感器、太陽能電池板、電壓監測模塊、硅膠加熱片、電源模塊等。

1.1 控制模塊

本智能戶外加熱壺控制終端和監測終端的核心模塊均采用Arduino uno r3控制系統，采用的微處理器是ATmega328，具有8k/16k字節的Flash，支持自擦寫功能，512字節EEPROM和512字節SRAM，內置Boot-Loader功能，支持USB全速，14個數字雙向IO腳（6個提供PWM輸出），6個模擬輸入腳，16MHz時鐘頻率。專門應用于對性能要求較高、成本要求較低、低功耗、新理念的場合，適合本系統的芯片需求。

1.2 傳感器模塊

傳感器模塊為DS18B20溫度傳感器模塊用于檢測周圍環境的溫度或在加熱壺中水的溫度，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

1.3 藍牙通信模塊

為了實現充放電切換的手機端控制及溫度監測功能，本文采用基于物聯網的藍牙模塊構成通信網絡。本系統采用的藍牙通信模塊為HC-05模塊，具有低成本、高集成、靈活性強等特點，需與手機端、單片機同一頻率進行通信。

1.4 太陽能電池板

本文采用光電轉換效率高達15%的單晶硅太陽能電池板，由鋼化玻璃、EVA、電池片、背板、接線盒等組成，根據需要選用輸出電壓20 V左右的太陽能電池板，隨著對綠色理念的倡導，這類太陽能電池板被廣泛使用。

1.5 電壓監測模塊

本文電壓監測模塊采用LM2596DC-DC大功率可調降壓穩壓模塊，帶有電壓表顯示。在控制充放電電壓同時監測電壓，安全可靠性高。

2 手機終端監控軟件的設計

為了實現智能戶外加熱壺系統的集中控制管理以及環境數據的采集監視功能，本系統選用Arduino藍牙通信普遍使用的遠程控制中心監控軟件BlueSPP。

BlueSPP是一個高性能、低成本的手機藍牙通信軟件，將傳統的藍牙軟件功能集成，大大突破了傳統藍牙軟件在數據采集、處理、顯示、存儲等方面的限制，實現了以軟件為中心的測量。

參考文獻

[1] 余蜜.光伏發電并網與并聯關鍵技術研究[D].武漢：華中科技大學，2009.

[2] 趙玉文.太陽能光伏技術的發展概況[A].第五屆全國光伏技術學術研討會論文集[C].1998.

[3] 許頗.基于源型逆變器的光伏并網發電系統的研究[D].合肥：合肥工業大學，2006.endprint