一种暖气供热自动调节装置及方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明属于暖气供热节能控制领域，具体涉及一种暖气供热自动调节装置及方法。
【背景技术】
[0002]集中供热是我国北方城市冬季采暖的主要形式。但我国是能源短缺国家，且浪费严重。目前，我国的供热系统运营模式较发达国家落后，大部分供热用户室内无温度调节与节能控制设备，且多数供热公司采用的热计量收费模式对于建筑位置不同、室内居住时间不同的用户是非常不公平的，也带来了诸多弊端。因此设计一种能根据采暖用户的实际居住情况，合理控制供暖时间与采暖温度，充分利用现有热量，减少居民开窗散热，解决家中无人及室温过高时的热能浪费问题，并且提供适宜温度的室内环境是十分必要的。
[0003]目前，暖气供热节能控制领域中应用较多的是暖气节能阀，暖气节能阀主要有机械式和电动式两类。机械式暖气节能阀主要是根据形状记忆合金记忆效应的特性来实现的。例如，论文“智能型暖气片温度控制阀的设计[J]”(樊卫平，机床与液压，2006 (9): 200-201)所提出的智能型暖气片温度控制阀，使用N1-Ti合金制成驱动弹簧，感应房间温度的变化而发生形状上的变化，驱动滑块移动，控制热水流量，起到调节房间温度的作用。这种机械式暖气节能阀结构简单，不需电源，但工作模式单一，环境适应性差，无法调节温度。电动式暖气节能阀主要是由温度或人体红外传感器采集信息，传至单片机，有单片机驱动舵机调节进入暖气的流量，例如，论文“基于暖气流量调节的室温控制装置[J]”(李腾飞，陆宜，奚小艳，等，科技创新与生产力，2011 (11):103-105)提出的基于暖气流量调节的室温控制装置。但这种装置需要外接电源，且只针对温度单一因素考虑，未充分利用室内余热，仅适用于家庭。
【发明内容】
[0004]针对现有方法存在的不足，本发明提出一种暖气供热自动调节装置及方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是这样实现的:
[0006]一种暖气供热自动调节装置，包括:单片机、舵机、电源模块、传感器模块和时钟模块；
[0007]所述的单片机同时与舵机、电源模块、传感器模块和时钟模块相连接；
[0008]所述的舵机，根据单片机的控制信号，控制安装于供热水管上的水阀阀门的开合大小，进而调节供热水管内水流大小；
[0009]所述的电源模块，用于为装置供电；
[0010]所述的传感器模块，用于感知供热室内是否有人存在及供热室内温度大小；
[0011]所述的时钟模块，用于计时，为单片机提供当前时刻的日期和时间。
[0012]所述的电源模块进一步包括半导体温差发电片、二极管、锂离子电池；其中，半导体温差发电片通过连接处于正向偏置状态的二极管为锂离子电池充电，实现锂离子电池持续为装置供电。
[0013]所述的锂离子电池的额定容量为600mAh，额定电压为3.7V，该锂离子电池连接一升压模块升压后，为装置供电。
[0014]所述的传感器模块进一步包括人体红外传感器和温度传感器，所述的人体红外传感器用于检测供热室内是否有人存在；所述的温度传感器用于检测供热室内温度大小；所述的人体红外传感器和温度传感器均与单片机连接。
[0015]所述的半导体温差发电片置于暖气片背部，半导体温差发电片利用暖气片和墙体之间的温度差，产生电能为锂离子电池充电。
[0016]采用所述的暖气供热自动调节装置的暖气供热自动调节方法，根据装置应用于办公房屋中和应用于家庭房屋中，划分为两种暖气供热自动调节模式，即工作模式和家庭模式；
[0017]一 )所述的暖气供热自动调节方法的工作模式，包括如下步骤:
[0018]步骤1:时钟模块采集供热室内当前的时间数据，并传送至单片机；
[0019]步骤2:温度传感器对供热室内当前时刻的温度进行采集，并将采集到的温度数据传送至单片机；
[0020]步骤3:根据接收到的时间数据，单片机判断出供热室当前所处的供热时间段，并根据供热室当前所处的供热时间段及供热室当前温度，控制舵机转动，进而控制水阀阀门的开关程度，实现对供热水管中水流大小的调节；所述的供热时间段包括:临近下班时间段、临近上班时间段、上班时间段和下班时间段。
[0021]步骤3.1:若供热室当前处于临近下班时间段，则控制水阀的阀门关至用户预设的最小开度；
[0022]步骤3.2:若供热室当前处于临近上班时间段，则控制水阀的阀门开至最大；
[0023]步骤3.3:若供热室当前处于工作时间段，则单片机将供热室当前温度与用户预设的标准有人供热温度进行比较，若供热室当前温度高于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀减小阀门开度，以减小供热水管中水流；若供热室当前温度低于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀增大阀门开度，以增大供热水管中水流；
[0024]步骤3.4:若供热室当前处于下班时间段，则启动人体红外传感器工作，单片机根据人体红外传感器的测量数据，判断供热室内是否有人存在，若供热室内有人存在:则单片机将供热室当前温度与用户预设的标准有人供热温度进行比较，若供热室当前温度高于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀减小阀门开度，以减小供热水管中水流；若供热室当前温度低于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀增大阀门开度，以增大供热水管中水流；若供热室内无人存在，则控制水阀将水阀阀门关至用户预设的最小开度。
[0025]步骤4:单片机判断时钟模块计时是否达到用户预设的暖气供热自动调节时间间隔，若是，则转至步骤I ;若否，则装置处于休眠状态，直至时钟模块计时达到用户预设的暖气供热自动调节时间间隔；
[0026]二)所述的暖气供热自动调节方法的家庭模式，包括如下步骤:
[0027]步骤1:时钟模块采集供热室内当前的时间数据，并传送至单片机；
[0028]步骤2:温度传感器对供热室内当前时刻的温度进行采集，并将采集到的温度数据传送至单片机；
[0029]步骤3:启动人体红外传感器工作，单片机根据人体红外传感器的测量数据，判断供热室内是否有人存在，若供热室内有人存在:则单片机将供热室当前温度与用户预设的标准有人供热温度进行比较，若供热室当前温度高于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀减小阀门开度，以减小供热水管中水流；若供热室当前温度低于用户预设的标准有人供热温度，则控制水阀增大阀门开度，以增大供热水管中水流；若供热室内无人存在且无人存在时间超过用户预设的时间阈值:则单片机将供热室当前温度与用户预设的标准无人供热温度进行比较，若供热室当前温度高于用户预设的标准无人供热温度，则控制水阀减小阀门开度，以减小供热水管中水流；若供热室当前温度低于用户预设的标准无人供热温度，则控制水阀增大阀门开度，以增大供热水管中水流；
[0030]步骤4:单片机判断时钟模块计时是否达到用户预设的暖气供热自动调节时间间隔，若是，则转至步骤I ;若否，则装置处于休眠状态，直至时钟模块计时达到用户预设的暖气供热自动调节时间间隔。
[0031]本发明的有益效果是:本发明以单片机为核心，充分考虑供热环境温度、工作供热环境的工作时间、及供热环境是否有人等诸多因素，针对不同的环境采取不同的工作模式，通过舵机带动水阀来控制进入暖气片的热流量。另外，本发明实行间断检测与工作的方法，在保证采暖需求的前提下最大限度的降低了能耗。再者，本发明将供热室内墙面(建筑物维护结构)作为冷源，暖气片作为热源，利用二者的温差，通过半导体温差发电片产生电能，自动为锂离子电池充电，不需要外