变压节能调控供热循环泵的设计

变压节能调控供热循环泵的设计

王蓉晖1  刘 钢2

(1:吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118;

2:空军航空大学航空基础学院基础部,长春 130000)

目前，供热系统中的循环泵在运行过程中常常存在能耗较高和效率较低的问题，这导致了能源的浪费和运行成本的增加。供热循环泵变压节能调控通过调节电机转速，通过合理地调节控制，减少供热循环泵的功率消耗，从而实现节能效果。

本设计由温度传感器模块、按键模块、主控制模块、电机驱动模块等模块组成。通过Proteus仿真，实现相关功能。

1.1 PID算法

PID算法对温度控制起着重要作用，根据实际温度与设定温度之间的差异，自动调整控制器的输出，以实现温度的精确控制和稳定性。具体来说，PID算法通过比较实际温度与设定温度之间的误差，即温度偏差，计算出一个比例项（P项），用于直接校正温度偏差。比例项的大小与温度偏差成正比，可以使系统更快速地响应温度变化。PID算法引入积分项(I项)，用于累积温度偏差并进行补偿。积分项的作用是消除系统的静态误差，例如偏离设定温度的持续性偏差。通过积分控制，系统能够持续调整输出，使温度能够精确地接近设定值。PID算法通过微分项(D项)，对温度偏差的变化率进行预测和调节。微分项的作用是改善系统的动态响应和稳定性，减小温度波动的速率。其可以根据温度偏差的变化率进行及时调整，以防止温度过冲或不稳定。以此就实现了温度越低，电机转速越快。温度越高，电机转速越慢，以实现节能的目的。

1.2温度传感器模块设计

本设计采用DS18B20温度传感器，DS18B20是一种数字温度传感器。它采用半导体材料的电阻特性来测量温度，并通过数字接口与主控制器通信。

连接DS18B20和单片机P3.1引脚使得单片机与传感器进行通信，以读取温度数据或发送命令。单片机可以通过向DS18B20传送指令来获取传感器的温度值，并且可以使用相同的引脚接收传感器返回的数据。通过将DS18B20与单片机P3.1引脚连接，单片机可以实时监测温度变化。单片机可以根据温度读数执行相应的逻辑成控制其他设备。

图1温度传感器电路

1.3按键模块设计

按键需要与单片机连接，以使将按键状态传递给单片机。按键一端连接到单片机的GPIO引脚，另一端连接到电源和地线，确保按键与单片机的电压级别匹配，并使用适当的电流限制电阻，以防止电流过大。按键模块由三个按键组成，一个设置，一个减一个加，首先在按下设置键的时候进入设置模式，可以修改设定的温度。然后按加是会增加温度，按减是会减小温度，同时还设置了连加和连减的模式，更加的智能化，方便人为操作。

图2按键电路

1.4电机驱动模块设计

L298N电机驱动模块是一种双H桥电路设计，用于驱动直流电机。

图3 H桥型原理图

通过将AT89C51的P2.0和P2.1引脚与L298的IN1和IN2引脚相连，可以实现单片机对A通道电机的速度和方向控制。在单片机程序中控制P2.0和P2.1引脚的逻辑状态(高电平或低电平)，可以控制IN1和IN2引脚的电平信号，从而控制A通道电机的转向和运动状态通过改变P2.0和P2.1引脚的输出逻辑状态和电平组合，可以实现电机的正转、反转、制动和停止。

图4电机驱动电路

本设计供热采暖领域的主流技术用“工频恒流量，调质不调量”的模式，通过运行在基于网络的供热能效调控软件中的模块进行设定，由单片机产生PWM波，控制L298N，通过调节PWM的占空比来控制电机的转速，结合天气温度冷热自动调节供热循环泵的频率，以实现自动节能的目的。

基金项目：吉林省教育厅科学技术研究项目JJKH20220274KJ

作者简介：王蓉晖（1972--），女，长春市人，教授，硕士研究生，研究方向：智能建筑中的节能控制