暖氣片定時開關的設計

1、暖氣片定時開關設計說明書摘要：應用 555 觸發(fā)器集成電路與電磁繼電器相連得到一定時電路，再將該定時電路與暖氣 片開關相連，從而實現(xiàn)暖氣片的定時開關。本方案通過對電路元件參數(shù)的選取實現(xiàn)不同時間 的定時，起到了節(jié)約能源的作用，提高了資源的利用率。關鍵詞： 555觸發(fā)器 電磁繼電器 滑動變阻器 定時 開關 節(jié)能減排作品內(nèi)容簡介我們節(jié)能減排小組擬制作一個暖氣片定時開關器， 此開關由集成電路板與電磁繼電器控 制實現(xiàn)，集成電路板實現(xiàn)定時作用 , 電磁繼電器則控制暖氣片上的開關的動作 。控制電路部分 電容和繼電器不消耗電能，因此只需要電池即可滿足電路的正常工作，作用電路部分為了防 止電路短路，故加入一指示

2、燈，接在 220V 家用電路上。人們在離開房間時關閉暖氣并設定好 暖氣開關時間 , 暖氣片上的開關就按照這個時間自動開啟。 在不影響人們正常生活的前提下避 免了無人時候的暖氣資源浪費， 因而可以節(jié)約大量能源，起到節(jié)能減排的目的。1 研制背景及意義2 設計方案經(jīng)過我們節(jié)能減排小組的討論，我們設想了 3 種方案來實現(xiàn)暖氣片的定時開關。 第一種方案是利用紅外線感應器控制暖氣片開關，當有人進入室內(nèi)時，紅外線感應器就 可以感應到并產(chǎn)生動作，控制暖氣片使其打開，當人離開時，同理紅外線感應器可控制暖氣 片開關使其關閉，但是此方案存在一定弊端無法克服 （如暖氣無法在人回到房間之前提前打 開，無法識別人魚動物的

3、紅外線） 。第二種方案是利用溫度感應器控制暖氣片開關，室內(nèi)有 人時，溫度感應器能感應到而后控制暖氣片打開，室內(nèi)無人時，同理溫度感應器控制暖氣片 關閉，但是本方案需要相當靈敏的溫度感應器，而且水溫和體溫會對溫度感應器產(chǎn)生誤差影 響，故存在弊端。第三種方案是利用觸發(fā)器集成電路以及電磁繼電器控制暖氣片的開關，此 方案誤差較小， 并且可以按照使用者的意愿自行設置開關開啟的時間，效果良好，造價低廉。 綜上所訴，我們小組一致同意采用第三種方案。本方案可分為 2個部分，一部分是控制電路，其由 555 觸發(fā)器集成電路與電磁繼電器連 接組成，其作用是控制繼電器的動作，進而控制暖氣管道的啟閉。另一部分是作用電路，

4、它 由開關及指示燈與管道相連接，通過開關的開閉來控制管道的啟閉，以此實現(xiàn)暖氣的定時供 應，從而提高能源利用率。2.1 電氣控制（1）簡單介紹一下 555 觸發(fā)器的功能。555 觸發(fā)器的電路引腳圖如下：圖 1 555 觸發(fā)器引腳圖555 觸發(fā)器各功能端的真值表：表 1 555 觸發(fā)器真值表由表可看出， S、 R、 MR的輸入不一定是邏輯電平，也可以是模擬電平（2）介紹下具體實現(xiàn)電路，本小組設計電路圖如下：圖2 工作電路圖其原理是可歸納如下：（ 1）集成電路加 9V 電壓，可通過電池實現(xiàn)，作用電路加 220V 交流電壓，可直接連接 在家用電路上。（2）集成電路是一片 555 觸發(fā)器定時電路，在這里

5、接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時由于觸摸片P端無感應電壓，電容 C1通過 555第 7腳放電完畢，第 3腳輸出為低電平，繼電器 KS吸合， 電燈亮，暖氣管道開通。（ 3）當需要關閉暖氣管道時，用手觸碰一下金屬片 P，人體感應的雜波信號電壓由 C2 加至 555的觸發(fā)端，使 555 的輸出由低變成高電平，繼電器 KS釋放，電燈熄滅。同時， 555 第 7 腳內(nèi)部截止，電源便通過 R1 給 C1 充電，這就是定時的開始。此外，與滑動變阻器 R1 相連一計時器， 通過對滑動變阻器 R1 的調(diào)節(jié)，使電容充電的時間不同， 從而實現(xiàn)不同時間的 定時。（4）當電容 C1 上電壓上升至電源電壓的 2/3 時，555第七腳

6、導通使 C1放電，使第 3腳 輸出由高電平變回到低電平，繼電器吸合，電燈亮，暖氣管道導通，定時結(jié)束。2.2 機械部分圖3 管道模型斜視圖圖4 管道模型正視圖如上 2 圖所示，暖氣片側(cè)面裝有定時開關，當人離開時，將管道關閉并設定時間讓其自動開 啟。(如平時家里白天有 8 小時無人在時，可設定暖氣片 7 小時之后自動開啟，以便能提前 加熱)定時開關局部放大圖如下所示：圖 5 定時開關局部放大圖其樣式為表盤式， 上面刻有相應的時間， 使用者可以根據(jù)自身需要旋轉(zhuǎn)表盤指針來設定時間 操作簡單方便，同時可以節(jié)省大量能源。3 理論設計計算(1) 經(jīng)濟效應分析：（1）本定時開關由一觸發(fā)器集成電路、滑動變阻器以

7、及電磁繼電器組成，估算其成本每 一個約為 30 元。（2）暖氣主要利用的是熱能，就如同用水，用電那樣。熱能是一種能量，根據(jù)傳熱理論 公式：Q=C*M*（T 2-T1）其中， Q為熱能量， C為傳熱媒質(zhì)的比熱容， M為傳熱媒質(zhì)的質(zhì)量， T2、T1為傳熱媒質(zhì) 的終止溫度與初始溫度，其與溫度差，傳熱媒質(zhì)的比熱容、質(zhì)量成正比。而一般來講，使用 水為傳熱媒質(zhì)。其質(zhì)量可以用流量和時間的積來表示。假設傳熱介質(zhì)的溫度差設為一定值， 比熱容亦為一定值，因此熱能消耗量僅與傳熱媒質(zhì)的質(zhì)量成正比，即與其流量和時間的乘積 成正比，再假設媒質(zhì)的流量為一定值，則熱能消耗量與時間成正比。在未安裝暖氣片定時開關時， 假設平均每

8、天每戶暖氣開 24 小時，而在安裝暖氣片定時開 關后平均每天每戶暖氣開 16 小時。按此假設，則可以節(jié)省約三分之一的熱能。我國北方幾乎 所有城市都安裝有暖氣，沒有安裝定時開關前，按照每年每戶暖氣消耗折合成價格約為 2000 元，安裝定時開關后，則可節(jié)省約 700 元。全國范圍來看，每年節(jié)省可達數(shù)億！因此，此定 時開關不僅能起到節(jié)省能源的目的，還能帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，暖氣片定時開關 適應了中國節(jié)約能源的發(fā)展趨勢。4 工作原理及性能分析電磁繼電器最好選取線圈工作電壓為 24V或 48V的，這樣相應的線圈電流要小些，以降 低對 C1容量的要求，觸點電流要根據(jù)負載大小適當選取。二極管 D1

9、要根據(jù)繼電器工作電壓 選取，一般選取穩(wěn)壓值稍高于繼電器線圈工作電壓的穩(wěn)壓 二極管 ，C1 的耐壓不低于 400V。C2 的耐壓也要根據(jù) D1 的穩(wěn)壓值適當選取。555 觸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)：（1）由三個阻值為 5k 的電阻組成的分壓器； （2）兩個電壓比較器 C1 和 C2：v+<v- ， vo=0（3）基本 RS觸發(fā)器；（4）放電三極管 T 及緩沖器 G。555 觸發(fā)器工作原理它含有兩個電壓比較器，一個基本 RS觸發(fā)器，一個放電開關 T 比較器的參考電壓由三 只 5K 的電阻器構(gòu)成分壓， 她們分別使高電平比較器 C1 同相比較端和低電平比較器 C2 的反 相輸入的參考電平為 2/3Vcc和1

10、/3Vcc.C1和C2的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀 態(tài)。當輸入信號輸入并超過 2/3Vcc時，觸發(fā)器復位， 555 的輸出端 3 腳輸出低電平，同時放 電，開關導通；當輸入信號自 2腳輸入并低于 1/3Vcc時，觸發(fā)器置位， 555的 3腳輸出高電 平，同時放電，開關閉合。 RD是復位端，當其為 0 時， 555輸出低電平。平時該端開路或接 Vcc。Vco是控制電壓端（ 5腳）平時輸出 2/3Vcc作為比較器 A1的參考電平，當 5腳外接一個輸入 電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外接電壓時，通 常接一個 0.01uF 的電容到地，起到濾波作用，

11、一消除外界的干擾，一確保參考電平的穩(wěn)定。T 為放電管，當 T 導通時，將給接于 7 腳的電容器低阻放電電路。 通過對滑動變阻器不同阻值的選取實現(xiàn)不同時間的定時。分析電路可知，輸出端由低電 位轉(zhuǎn)向高電位需要經(jīng)過對 C1 充電的過程，根據(jù)所學知識，充電時間約為T=1.1R1C1C1取 1000uf, R1的最大值設定為 50M ，對應的時間最大值約為 15 小時，每隔半小時刻一刻 度，以滿足不同用戶的需要。(2) 使用壽命計算： 觸發(fā)器集成電路部分主要使用電池作為電源，因此一定時間后必須更換電池，作用電路 部分使用家庭電路，消耗的電能有限。此外，電容、二極管、指示燈時間長后較易損壞，必 須定期檢查

12、更換。總體來說，該產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定，初步估計至少可使用1 年。5 創(chuàng)新點及應用創(chuàng)新點1、將 555 觸發(fā)器和繼電器連接后應用于暖氣片供暖開關，使暖氣在特定的時間段自動開啟 或關閉，以達到節(jié)能減排、便利生活的目的。實現(xiàn)了電子產(chǎn)品在生活中應用的創(chuàng)新。2、在控制電路中介入滑動變阻器，實現(xiàn)了無級調(diào)節(jié)，可以根據(jù)用戶的需要實現(xiàn)供暖系統(tǒng)在 任意時間段內(nèi)的定時開關。3、所設計產(chǎn)品只需在原有的暖氣設備基礎上進行小許的改進，不會給原有的供暖系統(tǒng)帶來 大規(guī)模的整改，并且我們的設計結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于實現(xiàn)，方便推廣。應用1、可用于大學寢室樓的暖氣開關控制上。在大學一般是以一個班級的同學同住一個寢室， 從周一到周五

13、，由于一個寢室的舍友往往同時也是同班同學， 往往都一起去上課或是自習， 寢室內(nèi)經(jīng)常半天或者一整天都處于無人狀態(tài)，但此時，寢室內(nèi)的暖氣卻依然在供應著，這 樣便造成了不必要的資源浪費。 再加上大學里對于不同的班級上課時間一般也不一樣， 因 此，若考慮讓樓管人員對于暖氣總開關進行管理也是無法實現(xiàn)的。另外，若是大家在離開 寢室時候把寢室暖氣片的開關關閉了， 那么在回到寢室的時候有必然要面臨一個問題， 那 就是寢室里面由于一上午或是一整天沒有供暖而導致剛回到寢室的前半個小時都很冷。 在 這種情況下，采用我們小組設計的這種自動定時開關便可以自行設置暖氣開和關的時間， 讓暖氣在人們回寢室的前半個小時便自動打

14、開， 對寢室預先進行供暖， 待到人們回到寢室 時，寢室的溫度已經(jīng)處于很溫暖的狀態(tài)了。這樣便可在不浪費資源的前提下，既實現(xiàn)節(jié)能 減排，又不會給人們的生活帶來不便。2、用于家庭供暖開關?，F(xiàn)在的城市里，大多數(shù)人都過著朝九晚五的生活，白天的差不多十 個小時里，家里都是沒有人在的，在這樣的家庭中，若安裝經(jīng)過我們改進的這種暖氣控制 開關，便可以實現(xiàn)既節(jié)能又舒適的生活。3、可用于辦公室內(nèi)的供暖總開關設定，在辦公樓的暖氣管道總開關處設置一個定時器, 實現(xiàn)開關每天自動開閉 , 避免在無人處在辦公室的時候暖氣依然在供應 ,造成資源的浪費再有 就是像商場， 銀行機構(gòu)等大型公共場所， 都可以利用這種設計來實現(xiàn)對暖氣的定時自動開 關。4、定時開關實現(xiàn)溫度控制功能，避免由于暖氣供應過大時候造成室內(nèi)溫度過高，以達到節(jié) 能減排、方便生活的目的。尤其是在人口十分密集的公共場合，比如大學的教室，大商場 等，往往都會出現(xiàn)室內(nèi)溫度過高甚至很出汗的情況， 這種情況下只要在我們的設計電路中， 再加入一個熱敏電阻， 結(jié)合自動控制原理就可以實現(xiàn)暖氣的間歇性供應， 讓暖氣片的