我国南方大部分城市,雨水充沛,多雨的天气使得人们平日经常“晒不干”衣物鞋袜。尤其是遇到梅雨季节,闲置在橱柜里的衣物被褥也经常会湿漉漉的,处理起来十分不便,潮湿的衣物被褥对人的身体健康也存在着不利因素。而每每遇到临时要用时,更是让人无可奈何。如图1和图2所示,就是人们在生活中经常遇到的情况。
目前市场上的干燥设备有干燥器,如干鞋器、烘鞋器、烘衣器等等,其原理均是采用电热效应。但这些干燥器功能较为单一,对家居潮湿的问题也不能够很好的解决,主要存在以下问题:1)操作不方便,如不能定时开关、不能调温等;2)存在安全隐患,无过热、过流功能;3)能耗较高,工作模式单一,使用存在很大局限性,且不能自动停止加热或选择性加热。
本项目的设计目的及基本思就是利用嵌入式系统技术,采用单片机、温湿度传感器、过流电等设计出一款新型的多功能智能家居干燥系统,实现家居的智能干燥,对其工作状态、工作模式实现实时控制和自动转换,更能通过无线通信模块做到用户的远程监测和控制,从而解决南方地区家居潮湿所带来的一系列问题,所涉及的系统具有创新性、科技性、实用性和安全性,成本较低,迎合大多数家庭的需要,具有广泛的应用前景。
本项目旨在研制出一种方便、安全、智能的多功能智能家居干燥系统,它能够根据检测家居内的温湿度,实现自动断电,也能够与人工断电结合,而且能针对不同种类的家居,提供不同的适宜温度,以达到资源合理利用的目的。因此,本项目拟采用过流过热、温湿度检测等技术,在充分考虑本系统的安全性能的基础上,力争实现智能家居的多功能干燥,并做到节能降耗,项目的主要功能要求有:
实现自动温湿度检测,做到无人操作,具有无线通信功能,通过GPRS方式实现系统与用户之间的通信,用户可通过手机短信实现远程状态监测与控制;
2.干燥系统集成度高,体积小,可内置于任意需要干燥的家居中,如壁柜、鞋柜、衣柜等,做到使用方便、快捷;
3. 具有故障诊断与自功能,当传感器检测到工作模块电流电压过高过大时,能够实现自动断线进行,确保用电安全,以及避免引起火灾等危害;
通过单片机作为处理器,借助湿度探头、温控系统、杀菌除臭系统和系统实现多功能智能家居干燥系统的数字定时、智能断电、智能杀菌除臭、节能开关、可调温度、过流过热、远程GRPS通信及检测等功能。多功能智能家居干燥系统的总体结构如图3所示,其总体工作原理图如图4所示。
湿度检测是MCU获取参数的重要一环,拟采用HS1101湿度传感器,实时监测空气相对湿度。
HS1101湿度传感器核心器件是基于独特工艺设计的电容元件,它的工作温度范围是-40℃~100℃,完全符合家居条件下的测量,另外它具有以下特点:(1)全互换性 在标准下不需校正; (2)长时间饱和下快速脱湿 ;(3)高可靠性与长时间稳定性 ;(4)专利的固态聚合物结构 ;(5)快速反应。
其原理是空气湿度改变,会引起电容电解质的变化,进而使电容值改变,MCU通过测量电容充放电时间确定实时相对湿度R,并与整定值R0比较,如果R》 R0 ,则MCU发出停止加热信号A。
温度也是一重要参数,拟采用数字式DS18B20温度传感器测量温度。DS18B20温度传感器采用单总线通信方式,测温范围 -55℃~+125℃,固有测温分辨率0.5℃,支持多点组网功能,最多8个DS18B20可以并联在唯一的主线上,实现多点测温,因此基于DS18B20的温度测量具有电简单,可靠性强的特点。
MCU对采集的温度数据滤波后,得出实时温度值T,与设定值T0比较,如果T》T0 ,MCU则发出停止加热信号B,否则根据T-T0的大小自动选择功率档位,以此维持温度的稳定。
根据我们对家居的温湿度采样及调查,温度的变化波动不大,湿度则时而潮湿,时而干燥,因此这里我们设定湿度优先级高于温度,即只要发出停止加热信号A,即切断加热电而不管是否发出停止加热信号B;而发出停止加热信号B,需检测停止加热信号A。
拟采用陶瓷加热器,工业级AVR单片机的I/O,具有大电流10~40 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器,利用这一特点,可以实现MCU控制加热电的通断,简化了外围驱动,增强了电的可靠性。
紫外线杀菌灯,由于紫外线会细胞,因此消毒时要注意不能直接照射到人的皮肤,为此在消毒阶段MCU实时检测是否有人体靠近,并带有报警系统。
由于网络化的迅速发展,系统互联通信已经成为趋势,因此采用GPRS无线通信模块实现用户的实时控制。
用户可以定时,也可以设定温度值,还可以读取当前温湿度,系统可以识别用户设定的不合理之处,并且加以提醒,而这些用到键盘,LCD,以及蜂鸣器,操作十分简便。
漏电检测可以采用仪用互感器采集漏电电流,通过MCU集成的模拟比较器与整定值比较;也可以对电流采样,若电流出现大的波动则认为漏电。而这些过程的实现都可以在MCU集成的外围模块中找到,很容易实现,节省电成本。
工作具体流程如图3所示,干燥模块开始工作,首先过流过热模块判断是否存在过流过热现象,存在则自动断电并发声发光警报;反之则继续判断是否需要杀菌除臭,需要则杀菌除臭模块,不需要则跳过杀菌除臭。进而检测是否需要定时工作,若定时工作启动,启动发热模块,当计时器到达所设时间,则自动断电;若不启动定时工作,启动发热模块,当湿度检测模块检测到湿度达到设定值,自动断电,干燥系统工作结束。
本项目能够根据检测家居内的温湿度,实现自动断电,也能够与人工断电结合,而且能针对不同种类的家居,提供不同的适宜温度,以达到资源合理利用的目的。有如下显著效果:
1、实现自动温湿度检测,做到无人操作,具有无线通信功能,通过GPRS方式实现系统与用户之间的通信,用户可通过手机短信实现远程状态监测与控制;
2、干燥系统由红外遥控器进行操作,减少装置排线,集成度高,体积小,可内置于任意需要干燥的家居中,如壁柜、鞋柜、衣柜等,易装易卸、做到使用方便、快捷;
3、具有故障诊断与自功能,当传感器检测到工作模块电流电压过高过大时,能够实现自动断线进行,确保用电安全,以及避免引起火灾等危害;
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