基本信息
- 项目名称：
- 新型智能电热地板系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 新型智能温控电热地板系统，具有分单元独立加热功能，可以有效控制特定地点的地面与空气的温度差，减少热量损耗，从而提高电能利用效率，使室内温度在电能最低的前提下实现能源的优化利用。每块电热地板都是一个发热装置，因其标准化而可以实现批量生产的同时也便于更换。温度反馈系统有多个温度传感器，将温度数据实时传递给温度控制系统，实现室温的实时监控。为家居创造和谐舒适的良好环境，使温度控制更加人性化。
- 详细介绍：
- 用户可通过面板对工作模式、时间等进行设定，显示器用于显示室内温度及工作状态等参数。显示器为LCD12864实时显示屋内不同地点的温度参数及实时的状态参数，从而方便直观的显示温度状态，便于后续操作。面板是系统的输入设备同时集成了主控制芯片，可以显示室内温度高低，不同地方的产热状况，同时可以进行智能控制和人工控制模式模式的切换以及对相关参数的设定。 ⑴（智能调节模式）通过温度监视系统对单元温度监视并进行逻辑运算调节系统状态。（P1正常工作状态（t0保温）、P2预热状态、P3加速升温、P4停电）说明：当监控系统检测到人员在室内时，系统升温由热敏电阻判定某一值后维持在P1状态。人员离开后，温度监视系统报予主控芯片。若N分钟后无人员进入系统进入P2状态若X小时无人进入则判为P4。在P2或P4状态时人员进入，主控芯片启用辅助加热片并将地板功率调至p3.当温度回至t0时，功率改为p1.[p3>p1a>p1>p1b>p2>p4,]。夜晚来临，控制芯片在对传感器发来的信号进行分析后对不同房间及区域的地板供热状态进行调节。比如，系统经分析后使起居室温度维持在p1a功率下的ta°C而厨房、客厅盥洗室在p1b的tb°C。 ⑵（人工调节）主人通过面板对N,X,t等参数进行设定，也可将设定timedot让系统在每天固定时间升温加热。通过无线模块主人可以在室外对室内温度进行监视及调节（今后可将主控芯片子系统接入网络结合物联网技术，实行远程监控调） 电热地板系统加载了无线控制模块，使用者在移动手柄中输入信息后，手柄通过信号发送模块将信号传输到控制芯片模块上的接收单元，并接收由控制芯片发出的返回信息，控制芯片依据设置的参数对工作模式进行调节。在设计之初，我们进行了通信协议的编写，确保了收发信号的正常进行。 系统采用多种传感器实现对工作模式的监控与调节。温度传感器通对室内外温度进行监控比对将信号汇集到控制芯片。光敏传感器联合逻辑电路判断室内亮度后将信息回送到控制芯片，以达到根据设定参数在夜间对部分房间的供热单元进行降级处理来节约能源。人体感应器用于检测室内人员活动状态，例如当人员离开一段时间后控制芯片会依据设定判断供热模式是否降级。 在加热部分采用辅助加热的方式帮助系统快速升温。在恒温状态下，系统仅采用电阻丝供热；升温时陶瓷发热片构成的辅助加热系统可起到快速升温的目的。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本产品首先通过液晶显示器和键盘对控制芯片温度、时间等相关参数进行设定，而后控制芯片依据传感器系统对产热系统的工作模式进行优化选择。同时用户亦可在人工控制模式下通过远程操作系统或液晶显示器键盘对产热模式进行选择。 数据处理芯片的选择： 选择89C51作为数据处理芯片，IO口可编程，有两个可编程串口，能够提供系统所需的不同波特率的串口输出，编程简单，可用下载器在线调试。 液晶显示器的选择： 选择点阵式LCD12864作为液晶显示器，不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字。 传感器的选择： 选择灵敏热敏（监视温度）选择常用的铜电阻（-50-150度） 、光敏（判断主人就寝时间）选择半导体材料。 无线传输设备的选择： PT2272 地板材质的选择： 强化复合地板的表面为金属氧化物的耐磨层，热量在地表扩散得非常快而且均匀室内温度易于控制。 热源的选择： 发热电缆和陶瓷电热片 智能电热地板系统实现了热量的充分利用，为家居创造和谐舒适的良好环境，居民可以方便操控室内的温度，根据个人喜好和生活习惯选择不同的温度，使温度控制更加人性化。 本产品有以下特点: 1)面板可视操作，对时间、温度等参数进行设定。 2)远程温度调控，方便使用者对温度监控与控制。 3)智能监视室内外温度、人员活动情况对供热模式进行调节。 4)分块控制、分块组装，易于拆卸和系统供热优化
科学性、先进性
- 新型电热地板系统是通过液晶控制面板直观控制及远程遥控接收装置控制电热地板的工作状态，再由室内空气传感器调整温度到人们生活所能达到的最佳温度。给人以头凉脚暖的舒适体验，医学数据表明，当人体脚部高于头部3摄氏度左右时，有利于保持身体的舒适和脑部的清醒状态。人体的足部穴位很多,脚在人体最下部，属于人体末梢，足底供热可使血管扩张，局部的血液流动加快，从而增加了下肢营养的供应。同时有利于营造健康的室内环境，采用传统的散热片取暖，一般出水温度在70摄氏度以上，但温度达到80度时就会产生灰尘团，使暖气上方的墙面布满灰尘，同时散热片面积小，室内空气循环快较容易传播病菌和灰尘。而地板取暖可以杜绝灰尘团和浑浊空气的对流，有较好的空气洁净度、给人一个清新、温暖、健康的环境。对于哮喘和过敏患者而言，地板加热系统将时时保持温暖干燥，这能抑制尘螨的滋生（尘螨对哮喘病人有害），并对风湿性关节炎、风湿性心脏病，老年人、儿童及心脑血管疾病都有很好的帮助和疗效。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 专利购买
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 独立单元、分区供热。几块地板块可编为小型供热单元随时随地灵活地对不同空间进行供热，大大缩短传统地热预装的工时。同时方便拆卸，随意组装易于维修。而且控制系统亦可对同一房间不同区域的地板发热功率进行优化调节，以达到最大节能的目的。 可控调节、高效节能。资料表明温度每提高一度，就要增加耗能5%。在人工调节模式下，使用者可通过面板或无线操作模块自行设定温度和供暖时间。春秋季节室温一般在20℃可达到供暖要求；而在冬季三九寒天里，一般在23℃左右即可达到供暖要求。 温度监控，智能调节。在智能调节模式下，主控芯片将根据传感器传来的信号调整系统的工作状态以达到最大的节能目的。同时在人员外出或夜间休息时间，系统将根据情况调节家庭用电单元和部分房间的供热模式达到节能效果。 产热均匀，节约空间。相比传统暖气由于是整个地板均匀散热，因此房间里的温差极小，而且解放了地面空间。同时免去了地热水暖中的铺设环节及管件损坏带来的麻烦。
同类课题研究水平概述
- 传统意义上的暖气是利用锅炉蒸出来的蒸汽或热水，通过管道运输达到建筑物内的散热器（俗称暖气）中，散出热量，使温度增高。暖气采用的采暖系统一般为垂直单管系统、双管系统或单双管系统，每个房间或两个房间设一根明装立管，立管位于房间拐角处，散热器设在外窗中间。普通明装散热器会影响整个房间的美观，随着人们对建筑装饰标准的提高，目前大部分将明装散热器做个暖气罩。但暖气罩会占去房间的使用面积，而且使其散热量减少约20%。在暖气的使用方面往往会出现暖气主体局部不热、暖气整体不热、暖气有声和暖气有震动等问题的出现。 空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理都是通过对流实现取暖，采暖方式是头暖脚凉，其最大的问题感觉干燥和不舒适，最早的空调一般使用的制冷剂是氟利昂。但是氟利昂的制冷过程破坏了臭氧层，破坏了生态环境。在空调器设计与制造中一般允许将温度控制在16~32°C之间，如若温度设定过低时，增加了不必要的电力消耗，另一方面造成室内外温度偏大，人们进出房间不能很快适应温度变化，容易感冒。现在家装的空调耗电量每平方米在120W、150W甚至350W不等，消耗的电能相对于其他供暖设备较多，还占有一定的空间。 新型智能控制电热地板是在地上均匀产热，让人体感到舒适，不会产生头暖脚凉的现象。在资源利用方面，耗电少，利用率高。 地热地板是通过地板辐射采暖，室内温度均匀，温度从地面向上辐射，有下而上递减。据专家分析，地板辐射采暖将成为未来主要的采暖方式。国内的地采暖装修从上世纪九十年代中后期开始兴起，到现在也有十年了。传统的地板采暖系统是将低温热水通过埋在地板下的封闭管路循环以远红外波传热方式达到取暖效果，虽然避免了空调头暖脚凉让人感觉干燥消耗大量的电能等的问题，但又出现了塑料管道加热水泥地面，加热速度比较慢，维修维护塑料管道比较困难的问题。在没有人的房间里，传统的地热系统依然会有能量的损耗，导致资源的浪费。
