新型智能生物颗粒取暖系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要用于非城市集中供暖环境下各独立取暖场景，如远离市区集中供暖的 农村种植区、养殖区、农舍以及企业、商铺等，是一种以秸杆、木肩等生物颗粒为原料且集取 暖与灶用为一体的智能技术系统。
【背景技术】
[0002] 目前在我国的广大农村，存在着多种兼做饭的取暖方式，其中以燃煤炉具和各种 烧柴灶具为主。现有的坐锅式烧柴灶主要存在以下不足：一是燃烧不充分，烧柴量大；二是 热效率低、烟大且浓，使用起来很不安全也不卫生；三是，现有的家用取暖炉热效率不高，一 部分热量随着烟气被带走，造成了热量损失。而燃煤灶具对于农村来说，一是使用成本较 高；二是火力偏小；三是在冬季取暖还极易导致煤气中毒，其燃烧产生的各种废气和废渣 还会造成对环境的污染；四是，家用取暖炉往往添加燃料煤的炉口和安放加热器的入口共 用一个炉口，添煤时需要将加热器从炉口移开，灰尘四处飞扬，难以保证室内卫生。
[0003] 我国农业生物资源丰富，数量巨大，市场前景广阔。目前，全国各省市的主要农业 生产废弃物生物资源的可利用量约为5. 6亿吨，等效于3. 08亿吨标准煤。而与之相对的是， 我国生物资源利用尚处于开发利用的初期阶段。每年农收以后，因缺少有效的利用手段，绝 大多数农民以就地燃烧的方式处理大量的剩余秸杆，不仅造成了生物资源的浪费且给大气 环境造成了严重的污染。随着一种以秸杆为燃料的农用取暖炉的问世，似乎问题得到了解 决。但现有的取暖炉的水套换热面积小，其烟火通道过于简单，燃烧生产的热量只有很小的 一部分被水套吸收，排出的烟气温度高，热量损失大。此外，自动化水平较低，操作过于繁 琐，因此普及程度较低，未能大面积推广使用。
[0004] 在现有的技术手段中，"201320348256. 2取暖炉"、"201420359328. 8全自动秸杆取 暖炉"、"200520030175. 3 -种秸杆取暖炉"、"200620130267. 5 取暖炉"、"200920161726. 8 节能秸杆取暖炉"和"201220260907. 8拱形秸杆取暖节能炉"虽然使用了秸杆等生物材料 作为燃料，但是其自动化水平和热量的利用效率普遍较低，不能满足人们对一种简单高效 的家庭灶用取暖两用炉的迫切需求。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题，以农村取暖用炉具供热技术的研宄为基础，研发一种新型 的以秸杆、木肩等生物颗粒为原料且集取暖与灶用为一体的新型智能生物颗粒取暖系统， 既满足非城市集中供暖环境下农村种植区、养殖区、农舍等的取暖需求，并可拓展应用于独 立供暖的企业、商铺等。该系统的实现，采用如下技术方案：一种取暖并兼顾灶用的两用炉 具，集成送料系统、燃烧系统、水循环系统、温度监测系统、余料报警系统、火灾报警系统以 及智能控制器的硬件系统，在智能控制器的软控制策略下，通过Zigbee无线通信模式组建 小环境下的无线局域网再与Internet连网，实现对整个取暖系统的远程智能化自动控制。 送料系统由储料室、送料电机、送料螺旋杆、送料导管构成。燃烧系统由鼓风机、燃烧室、电 加热棒、炉灰盒构成。水循环系统包括储水炉壁、暖气片、循环水泵。温度监测系统是基于DS18B20温度传感器芯片设计实现。余料报警系统基于红外对管设计实现。火灾报警系统 基于火焰传感器设计实现。当炉体工作时，控制板可以控制送料电机运行在不同的档位下， 带动送料螺旋杆旋转，将固体生物颗粒燃料送入燃烧室。同时保证鼓风机和送料电机工作 在同一档位，以保证生物颗粒的充分燃烧。在运行初期，控制系统会通过电加热棒加热燃料 点燃炉体，并通过温度采样值和设定值的误差值控制送料电机的转停时间比、风机和循环 水泵的转速，实现对室内温度的精准控制。
[0006]本发明炉体的燃烧室内壁是双层褶皱式内壁，双层炉壁与暖气片组成一个供暖循 环系统，管道内的循环水从双层炉壁的一侧下方进入，从另一侧的上方流出，增加了循环水 的加热面积和受热时间，有利于提高热量的使用效率。
[0007]使用水泵为暖气管道加压，促进热水在管道的循环，有利于促进热量在房间内的 扩散，在短时间内提升房间的温度。
[0008]在整个燃烧过程中，鼓风机和送料电机的档位自动保持同步，有效的提高了燃烧 效率。
[0009]采用DS18B20对管道和室内温度进行采样，以此作为温度调节的参数，并通过数 码管进行显示。
[0010] 能够监测料斗内的余料情况，并能在料斗内一旦发生火灾的情况下，发出火灾报 警信号。
[0011] 整个过程由智能控制器进行自动化智能控制，用户只需输入锅炉内水的温度设定 值，控制器便会智能控制送料电机的转停时间比、风机和循环水泵的转速，实现对室内温度 的实时智能化控制。
[0012] 通过Zigbee局域网实现与家用计算机的连接，用户可通过手机远程访问家用计 算机，间接实现远程访问与智能控制，为该系统在未来更好的融入智能家居做了很好的前 期铺垫。
[0013]用户可以通过智能控制器自由切换取暖和灶用两种模式。
[0014] 本实发明的优点：1、以生物颗粒为原料，燃烧成本低，符合可持续发展和环境友好 的要求。2、炉体的燃烧效率和热利用效率高。3、整个过程实现了智能化的自动控制，极大 的降低了系统操作的复杂性。4、使用安全性高，降低了一氧化碳中毒和火灾发生的事故率。 5、实现了对炉体的智能化远程控制，符合智能家居系统的发展趋势。6、系统的适应性强，可 以广泛应用于远离市区集中供暖的乡镇及农村地区，为厂矿企业、农居、商店及手工作坊等 提供了一种低成本的取暖方案。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的系统整体架构图
[0016] 图2是本发明的取暖炉硬件结构图
[0017] 图3是本发明的控制板硬件结构图
[0018]图4是本发明的温度调控原理图
[0019] 图5是本发明的传感器工作流程图
[0020] 图6是本发明的看门狗程序设计流程
[0021]
[0022]
【具体实施方式】
[0023] 该新型智能生物颗粒取暖系统，分为炉具实体、送料系统、燃烧系统、水循环系统、 温度监测系统、余料报警系统、火灾报警系统、智能控制系统和通信系统等。送料系统又包 括送料电机、送料螺杆和送料导管。燃烧系统又包括鼓风机、燃烧室、电加热棒和炉灰盒。水 循环系统又包括储水炉壁、暖气片和循环水泵。下面结合附图对本发明进行详细的描述。
[0024] 如图1所示，水循环系统由散热片和水泵构成；通信系统利用Zigbee局域网设计 实现；取暖炉的炉体内部集成安装了送料系统、燃烧系统、温度监测系统、余料监测系统、火 灾报警系统以及各系统的智能控制器；智能控制器是基于51系列单片机设计实现。整个取 暖系统的运行是在基于51系列单片机的智能控制器的控制下实现的，S卩，根据用户给定的 锅炉水温度值来智能控制取暖系统的运行，将生物颗粒燃烧转化为热能，对炉壁内的循环 水进行加热，然后通过控制循环水泵促进热水的循环，将热量搬运到各个房间的散热片，再 由散热片将将热量散失到各个房间的空气中，最终实现提高房间温度的目的。智能控制器 通过接线端口实现与Zigbee终端节点间的信息交互，Zigbee终端节点通过Zigbee局域网 建立起与Zigbee协调器间的联系。Zigbee协调器通过RS232串口实现与家庭主机间的联 系。用户可以通过以下三种方法对系统进行控制：1、通过取暖炉上提供的操作按键；2、通 过家庭主机上的用户界面；3、利用手机通过Internet访问家庭主机远程操控。
[0025] 如图2所示，取暖炉在硬件结构上被划分为显示机构、控制机构和执行机构。控制 机构的核心是一炔基于51系列单片机的智能控制器，通过对DS18b20温度传感器、红外对 管、压力传感器和Zigbee终端节点的控制，实时采集锅炉水的温度值、料斗内的余料信息、 火灾烟雾浓度信息，并通过Zigbee无线组网模式经232与家用电脑建立网络通信。控制器 上安装有多个接线座，分别用于实现与进料电机、鼓风机、电加热棒和水泵等的连接，通过 继电器和PWM调速电路等，可以实现对加热棒及电机的通断控制和平滑调速。控制器可以 通过按键获得用户的具体指令，并通过显示机构对相关信息进行显示。控制器通过按键获 得水温的设定值，再通过温度传感器获得当前的水温和室内温度。能够根据实际温度和设 定值的差值，结合双PID算法控制各电机的工作状态，并将当前水温、室温和电机的工作档 位显示在控制面板上。本发明未对器件的型号进行详细的