石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统与流程

本发明涉及石墨烯发热技术领域，特别涉及一种石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统。

背景技术：

目前，在北方地区通常采用的供暖方式是通过热水管网进行集中供暖。但这种供暖方式的弊端是需要铺设大量的热水管道，而且热水锅炉全天24小时加热，比较浪费能源。在南方地区则多采用家装地暖或者空调等取暖方式。其中，地暖的缺点是需要铺设管道，且安装及操作过程比较麻烦；而通过空调加热则会使室内环境变得干燥，降低住户的舒适度。

因此，对于目前采用的各种供暖方式而言，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统，所述智能恒温系统具有安装方便、发热效果好和节约能源等优点。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种石墨烯发热源，包括发热层、检测层和反射层，所述发热层贴合反射层，所述检测层设置在发热层与反射层之间，所述发热层由填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂和环氧树脂混合制备而成。

所述的石墨烯发热源中，所述发热层按重量百分比计包括：填充材料20%-30%、石墨烯粉剂10%-20%、麦饭石粉剂1%、氧化铝粉剂1%、环氧树脂58%。

所述的石墨烯发热源中，所述石墨烯粉剂的目数为300目-3000目。

所述的石墨烯发热源中，所述填充材料包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或多种。

所述的石墨烯发热源中，所述检测层包括多个阵列设置在发热层与反射层之间的热敏电阻。

一种根据上述石墨烯发热源的生产方法，包括步骤：

将填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂与环氧树脂混合形成混合物，用球磨机搅拌混合物形成混合溶液；

将混合溶液涂覆在反射层和检测层的上表面；

使用预定温度烘烤混合溶液、使混合溶液形成紧贴反射层和检测层的发热层。

所述的生产方法中，所述预定温度为80℃。

一种智能恒温系统，包括上述石墨烯发热源，以及

电源；

电源开关；

用于进行恒温控制的主控单元；

用于进行人机交互的交互单元；

用于检测人体活动的人体监测单元；

电源开关输入电源、以及分别连接主控单元和石墨烯发热源，主控单元还连接交互单元和人体检测单元。

所述的智能恒温系统中，还包括测量单元，所述测量单元分别连接主控单元和石墨烯发热源的检测层。

所述的智能恒温系统中，所述人机交互单元包括液晶显示屏和温度设定开关。

相较于现有技术，本发明提供的石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统，其中，所述石墨烯发热源包括发热层、检测层和反射层，所述发热层贴合反射层，所述检测层设置在发热层与反射层之间，所述发热层由填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂和环氧树脂混合制备而成。本发明中石墨烯发热源的发热效果好并具备保健作用，基于其的智能恒温系统可以实时监控发热温度，使发热温度维持在设定值处，并且可以在无人状态下自动关闭，达到节约能源的目的。

附图说明

图1为本发明提供的石墨烯发热源的较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的石墨烯发热源的检测层的较佳实施例的结构示意图。

图3为本发明提供的热敏电阻的温度-阻值变化图。

图4为本发明提供的智能恒温系统的结构框图。

图5为本发明提供的主控单元中cpu的较佳实施例的电路原理图一。

图6为本发明提供的主控单元中cpu的较佳实施例的电路原理图二。

图7为本发明提供的主控单元中电源开关控制口电路的较佳实施例的电路原理图。

图8为本发明提供的主控单元中传感器输入口电路的较佳实施例的电路原理图一。

图9为本发明提供的主控单元中传感器输入口电路的较佳实施例的电路原理图二。

图10为本发明提供的主控单元中远程控制接口电路的较佳实施例的电路原理图一。

图11为本发明提供的主控单元中远程控制接口电路的较佳实施例的电路原理图二。

图12为本发明提供的主控单元中远程控制接口电路的较佳实施例的电路原理图三。

具体实施方式

本发明提供一种石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明提供的石墨烯发热源的较佳实施例的结构示意图，所述石墨烯发热源包括发热层1、检测层2和反射层3，所述发热层1贴合反射层3，所述检测层2设置在发热层1与反射层3之间，所述发热层1由填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂和环氧树脂混合制备而成。

发热层1中的石墨烯通电后会发出远红外线，同时通过加入麦饭石（学名：石英二长岩），最终可以产生1000微米以上波长的远红外线。远红外线是一种对人体有益的光线，当其照射人体时可对人体进行加热；并且，其在加热的同时，更有改善微人体循环系统、促进血液循环和护肤美容等理疗作用。

氧化铝粉剂与麦饭石粉剂的作用均为增加远红外线的辐射波长，使石墨烯发热源辐射出来的远红外频谱更宽广。在具体的实施例中，所述发热层1按重量百分比计包括：填充材料20%-30%、石墨烯粉剂10%-20%、麦饭石粉剂1%、氧化铝粉剂1%、环氧树脂58%。

若要求发热层1的导电率高，则需要增加石墨烯粉剂的含量，具体可选择发热层1的组成成分为填充材料20%、石墨烯粉剂20%、麦饭石粉剂1%、氧化铝粉剂1%、环氧树脂58%；若要求发热层1的导电率低，则需要减少石墨烯粉剂的用量，具体可选择发热层1的组成成分为填充材料30%、石墨烯粉剂10%、麦饭石粉剂1%、氧化铝粉剂1%、环氧树脂58%。当然，石墨烯粉剂的具体用量可以根据实际需求决定。

填充材料起到填充、调节等作用。优选的，本实施例中填充材料包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或多种，其均为常见的工业原料，易于获取且成本较低。为了使石墨烯粉剂在石墨烯发热源的制备过程中更好的分布在发热层1的各处、且发出均匀稳定的红外远光，需要防止石墨烯粉剂过粗或过细。本实施例中要求石墨烯粉剂的目数为300目至3000目之间，在此目数下发热层可以满足石墨烯发热源的发光发热要求。

反射层3的作用是将石墨烯发出的红外光更好的发射出去。本实施例中，选用的反射层固体材料是玻璃纤维布。这样制作的石墨烯远红外发射布可以卷曲折叠。当发热层1的两端通电后，膜就会发热，并通过反射层3向外辐射远红外线。

检测层2的作用是为了检测发热层1的发热温度，从而便于对发热层1的发热温度进行控制。在具体的实施例中，检测层2包括多个设置在发热层1与反射层3之间的热敏电阻。基于热敏电阻的阻值特性，可通过热敏电阻的阻值变化获得发热层1的温度变化，并且该方式十分简单可靠，而且成本较低。由于单个热敏电阻可感知的温度范围有限，如图2所示，本实施例中热敏电阻可依据其温度感知范围和发热层的尺寸，选择合适的阵列方式排列在发热层上。

进一步的，请参阅图3，为本发明提供的较佳实施例的热敏电阻的温度-阻值变化图。图3中线条a、b、c分别指代常温（25摄氏度）下阻值为10kω、66kω、100kω的热敏电阻的温度-阻值变化曲线。基于石墨烯发热源的产品定位是家庭使用，因此需要限定发热层1的最高发热温度为60摄氏度以下，本实施例选择的热敏电阻的最高工作温度为120度，可以满足要求。并且，在具体的实施例中，本发明选择常温阻值为2.2kω的热敏电阻。

本发明还提供一种基于上述的石墨烯发热源的生产方法，包括以下步骤：

s100、将填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂与环氧树脂混合形成混合物，用球磨机搅拌混合物形成混合溶液；

s200、将混合溶液涂覆在反射层和检测层的上表面；

s300、使用预定温度烘烤混合溶液、使混合溶液形成紧贴反射层和检测层的发热层。

优选的，在步骤s100中，用球磨机搅拌混合物的时间预设为30分钟，可充分搅拌混合物又避免浪费时间。步骤s200具体为将反射层铺平后，将热敏电阻阵列放置在反射层上，并接出与热敏电阻连接的电路后，再涂覆混合溶液至反射层及热敏电阻上。

在步骤s300中，可以通过电烤炉以80摄氏度的温度对混合溶液进行烘烤，且烘烤时间可设置为40分钟，最终使混合溶液形成紧贴反射层和检测层的一层膜，即发热层。在膜的两端通电，膜就会发热，并向外辐射远红外线。

此外，如图4所示，本发明还提供一种智能恒温系统，包括上述的石墨烯发热源（图中未标号），以及

电源10；

电源开关20；

用于进行恒温控制的主控单元30；

用于进行人机交互的交互单元40；

用于检测人体活动的人体监测单元50；

电源开关20输入电源10、以及分别连接主控单元30和石墨烯发热源，主控单元30还连接交互单元40和人体检测单元。

优选的，主控单元30可采用stm32系列的微控制器，其为基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的arm微控制器。为了实现主控单元30的恒温控制功能，智能恒温系统还包括测量单元（图中未标号），所述测量单元分别连接石墨烯发热源的检测层和主控单元30。通过测量单元可将石墨烯发热源的实时温度提供给主控单元30，主控单元30对比交互单元40输入的温度设定值以及石墨烯发热源的实时温度值，对石墨烯发热源的温度进行调整，最终使得石墨烯发热源的实时温度维持在设定温度处。

请继续参阅图4，在具体的实施例中，测量单元包括可检测石墨烯发热源中热敏电阻r1的电流的检测电阻r2。检测电阻r2选用阻值为1kω的精密电阻，其一端与发热层1中的热敏电阻r1的一端以及微控制器的ad口连接，检测电阻r2的另一端接地。同时，在热敏电阻r1的另一端接入5v电压。

当热敏电阻r1受温度变化而阻值发生变化时。整个电路中p点的电压值也会相应发生变化。p点的电压值会随热敏电阻r1的阻值降低而降低；反之则升高。cpu通过ad口进行模数转换，将模拟信号变成数字信号，根据预先编订的程序，就可以确定热敏电阻r1的温度是多少。当热敏电阻r1温度低于设定值时，cpu就可以调整电源开关20，加大供电电流；反之，则cpu减小供电电流甚至关断电流，从而达到恒温的效果。

进一步的，所述人机交互单元40包括液晶显示屏和温度设定开关。用户通过温度设定开关设定智能恒温系统的恒温温度，并在液晶显示屏上进行显示，实现人机交互的过程。此外，人机交互单元40还可包括具有定时功能的定时单元、可调节取暖模式的模式调节单元等等，本发明对此不做限定。

更进一步的，所述人体监测单元50包括安装在石墨烯发热源的上方的多普勒人体接近传感器。多普勒人体接近传感器每秒钟发射10次10.525ghz微波，同时接受回波信号，其原理和雷达相仿。凡是发现有人活动，包括睡觉呼吸所引起的震动，多普勒人体接近传感器都可以监测到。

因此，通过使用多普勒人体接近传感器进行监测，主控单元30可以判断室内属于有人状态还是无人状态。当主控单元30判断为无人状态时，则控制智能恒温系统自动进入待机状态和节电模式。而发现处于有人状态，则智能恒温系统根据正常操作设定的工作状态正常工作。从而使智能恒温系统能够自动启闭，给用户带来方便并节省能源。

请结合参阅图5-图12，为了更好的展示本发明中智能恒温系统的技术方案，本发明还提供了主控单元的控制电路原理图。主控单元具体包括cpu、电源开关控制口电路、传感器输入口电路和远距离控制口电路。

图5-图6为本发明提供的较佳实施例中主控单元的cpu的电路原理图，其中，主控单元采用的cpu的芯片型号为stm32f4，cpu工作电压是3.3v。图7为本发明提供的较佳实施例中电源开关控制口电路的电路原理图，电源开关控制口电路连接可控硅或者继电器，可对电源开关输入的电流进行控制。图8-图9为本发明提供的较佳实施例中传感器输入口电路的电路原理图，传感器输入接口电路主要连接石墨烯发热源中的热敏电阻。图10-图12为本发明提供的较佳实施例中远程控制接口电路的电路原理图，其通过uart通信连接人体监测单元，即多普勒人体接近传感器。

关于图5-图12中各电路采用的元器件及其连接关系，其均为现有的技术方案，且相关技术人员可采用现有的电路进行设计替换，故本发明对此不做赘述。本发明提供的主控单元的控制电路的特点是可以实时监控发热温度，并维持石墨烯发热源的发热温度，使石墨烯发热源的发热温度不会太高以至于着火或者烫伤人，也不会太低从而失去加热的作用。并且，其可以在无人状态下可以自动关闭石墨烯发热源的发热，从而达到节约用电的目的。

综上所述，本发明提供的石墨烯发热源、基于其的生产方法及智能恒温系统，其中，所述石墨烯发热源包括发热层、检测层和反射层，所述发热层贴合反射层，所述检测层设置在发热层与反射层之间，所述发热层由填充材料、石墨烯粉剂、麦饭石粉剂、氧化铝粉剂和环氧树脂混合制备而成。本发明中石墨烯发热源的发热效果好并具备保健作用，基于其的智能恒温系统可以实时监控发热温度，使发热温度维持在设定值处，并且可以在无人状态下自动关闭，达到节约能源的目的。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。