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【摘 要】针对传统电火箱烤火易发生火灾、远离火箱电源端无法调控火箱等问题，本人设计并实现了一个基于PID算法的智能温控火箱控制器。它具有按需求设定恒定温度值、实时显示箱体内温度、语音提示、定时取暖、高温报警、高温自动断电保护、量化节能、可遥控操作等功能，是一种安全、智能的节能取暖器。
【关键词】智能火箱控制器；PID算法；实时显示；自动恒温；语音提示
一、引言
生活在南方城市的人们，因冬天普遍湿冷，自古以来就有利用火盆火箱烤火的习惯；后来随着生活水平的提高人们又用上了利用电阻丝发热的电火箱，至今这种电火箱在以上广大地区域使用广泛。但以往绝大部份电火箱只是采用可控硅简单的调节发热器件的功率，没有恒温控温等功能，所以存在温度调节不便，及以过热失火的等缺陷及隐患。家中有老人或小孩使用这种电火箱时更加不安全，常有使用火箱导致火灾的惨剧发生。没有恒温功能的普通电火箱使用起来不方便也耗电。当把功率调大时，温度会一直上升，这时如果我们不去调小功率，会觉得温度太高太烫。但如果调小功率，有时可能会调不准，温度又会显得太低。当有取暖的人加入或减少时，这种温度的不稳定性更加明显，往往需要使用者调来调去。
因此，本人设计了一种基于PID算法的智能遥控电火箱控制器解决了电火箱取暖给人们带来的安全隐患，减少了冬季火灾事故的发生、使用便捷，同时节省了电能。
二、常见电火箱的工作原理
最初的电火箱就是把两根发热丝穿在石英管内固定在火箱底部直接通电加热，上面盖一层木板，人们踩在里面再盖一床小棉被就可以取暖。但随着木板烘烤时间的增长，火箱很容易着火，尤其是没有人而火箱却开着的时候，最容易发生火灾。
后来出现了使用可控硅调角方式的开关控制器以控制加热功率，但由于其不能根据火箱内温度进行实时的功率调整，导致火箱温度有可能持续升高，引发火灾；同时可控硅调角方式对市电有高频污染，影响其它电器的正常使用。
本人设计并实现了一个基于PID算法的智能温控火箱控制器。它具有按需求设定恒定温度值、实时显示箱体内温度、语音提示、定时取暖、高温报警、高温自动断电保护、量化节能、可遥控操作等功能，是一种安全、智能的节能取暖器。
三、智能火箱控制器的设计及实现
普通火箱调温器为什么比较耗电，因为它没有温度采集功能无法知道火箱温度到了什么程度，所以只要你通了电，电火箱就一直会耗电加热。如果采用具有温度采集和控制的智能温控器则可以对火箱的温度进行分析，当温度接近设定的温度时，加热功率会慢慢下降（也就时耗电量下降），当达到设定的温度时会自动切断加热丝的电源，这时加热丝完全没有耗电。这时电火箱处于保温状态。稍后如果电火箱温度再下降，智能温控器会及时以较低的电量补充给加热丝，以使用火箱的温度稳定在设定温度附近。
本人设计的火箱控制器以单片机实现PID算法为核心，由数字化温度传感器测量模块、显示模块、语音模块、无线遥控模块和功率输出等模块组成。针对电火箱加热的特点，运用PID算法，设计出加热系统模型，结合单片机应用系统，完成PID算法程序，对电火箱内的温度实现实时采集，并运用无线遥控模块和语音模块实现对电火箱的遥控操作。
（一）研究方法
根据遥控电火箱的系统要求，设计出各个模块的电路图，并编程逐个实现单个模块功能，最后完成整个系统的整合、调试以完成整个系统的设计。
本人在旧火箱进行改造，更换了散热元件，设计并安装了控制器，实现了对火箱的智能控制。原景图如下：
（二）本控制器的特点
1、方便
自动恒温控温，免去了调低调高热量之苦。可任意设定温度，一次设置后各项参数可永久保存。当然在使用过程中用户也可以随心所欲地调节所需的温度值。
配备了专用红外遥控器，同时，控制器能语音播报温度，使用者可以在任意角度对电火箱进行温度调节，免去了弯腰伸臂之苦。
2、节能
开机时逐步提升加热功率，避免了大电流对加热元件的冲击，有效提升加热器的使用寿命。控制系统在达到设定温度值后自动关闭加热元件，并采用智能恒温算法，使得电暖箱节能30%以上。
3、环保
一般电暖箱采用的是简单的移相电压调整法，存在产生多次谐波干扰，功率调节元件容易损坏的缺陷（高次谐波会形成更多的电磁波辐射，对人体有一定的危害），本控制器采用过零检测及平滑的周波功率调节法，使用户的电磁环境更加纯净。
4、安全
本控制器特别注重使用安全，设计了多重安全保护功能。
温度传感器失效检测功能：如温暖传感器有短路，断路，或者测温值不准等故障时，微电脑芯片可以检测出并报警及停机；温度传感器放置位置错误时，微电脑芯片可以检测出并报警及停机；双温度传感器配置确保控制器温度测量的准确性和控制的安全性；如果功率控制元件失效导致温度过高时，温控器会检测出并报警；即使控制芯片失效，本温控器仍可以在温度超高时断开发热元件，确保用户的人身财产安全。总之，只要不是所有元件失效，此智能温控器就能确保取暖器不会发生过热失火。
四、结果分析
与传统的通过手动调整电位器改变可控硅导通角的方式实现功率控制相比，本控制器采用调零方式，无高频分量，对市电无污染；瞬间导通电流小，提高了可控硅使用寿命。同时具有对箱体内温度进行实时采集并显示、设定箱体恒定温度值，无线遥控操作、语言提示等功能。从节能方面，根据测量温度对输出功率进行实时控制，从而提高了节能效率；从安全上来讲，对箱体内来说，自动恒温、高温自动断电保护、高温报警，从而提高了安全系数。
（一）技术指标：
1、自动恒温误差在1摄氏度以下。
2、遥控距离10米以上。
（二）经济指标
单个控制器成本控制在60元以下。
五、结束语
从经济效益上来看，在冬季，可应用于所有需要烤火取暖的城市；从社会效应上来看，本系统能有效的解决南方冬季因取暖而失火的问题，而且还能节约电能。从专业技术上看，把工业上常用的PID控制理论运用于实际的生活中，扩大了应用领域。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理（第4版）.科学出版社，2008年.
[2]郝芸.自动控制原理及应用（第4版）.大连理工出版社，2008年.
[3]龙胜.设计一款节能的电火箱[J].发明与创新，2006年6月15期.
作者简介：
张俊玲（1983.4-），女，侗族，贵州省铜仁市人，硕士研究生，铜仁职业技术学院，讲师，主要从事计算机网络专业课程的教学。
赵 林（1982.11-），男，侗族，贵州省铜仁市人，学士，工程师，贵州省机场集团有限公司铜仁分公司，通信导航部主管，主要从事机场航务部通信设备的管理及维护工作。
【关键词】智能火箱控制器；PID算法；实时显示；自动恒温；语音提示
一、引言
生活在南方城市的人们，因冬天普遍湿冷，自古以来就有利用火盆火箱烤火的习惯；后来随着生活水平的提高人们又用上了利用电阻丝发热的电火箱，至今这种电火箱在以上广大地区域使用广泛。但以往绝大部份电火箱只是采用可控硅简单的调节发热器件的功率，没有恒温控温等功能，所以存在温度调节不便，及以过热失火的等缺陷及隐患。家中有老人或小孩使用这种电火箱时更加不安全，常有使用火箱导致火灾的惨剧发生。没有恒温功能的普通电火箱使用起来不方便也耗电。当把功率调大时，温度会一直上升，这时如果我们不去调小功率，会觉得温度太高太烫。但如果调小功率，有时可能会调不准，温度又会显得太低。当有取暖的人加入或减少时，这种温度的不稳定性更加明显，往往需要使用者调来调去。
因此，本人设计了一种基于PID算法的智能遥控电火箱控制器解决了电火箱取暖给人们带来的安全隐患，减少了冬季火灾事故的发生、使用便捷，同时节省了电能。
二、常见电火箱的工作原理
最初的电火箱就是把两根发热丝穿在石英管内固定在火箱底部直接通电加热，上面盖一层木板，人们踩在里面再盖一床小棉被就可以取暖。但随着木板烘烤时间的增长，火箱很容易着火，尤其是没有人而火箱却开着的时候，最容易发生火灾。
后来出现了使用可控硅调角方式的开关控制器以控制加热功率，但由于其不能根据火箱内温度进行实时的功率调整，导致火箱温度有可能持续升高，引发火灾；同时可控硅调角方式对市电有高频污染，影响其它电器的正常使用。
本人设计并实现了一个基于PID算法的智能温控火箱控制器。它具有按需求设定恒定温度值、实时显示箱体内温度、语音提示、定时取暖、高温报警、高温自动断电保护、量化节能、可遥控操作等功能，是一种安全、智能的节能取暖器。
三、智能火箱控制器的设计及实现
普通火箱调温器为什么比较耗电，因为它没有温度采集功能无法知道火箱温度到了什么程度，所以只要你通了电，电火箱就一直会耗电加热。如果采用具有温度采集和控制的智能温控器则可以对火箱的温度进行分析，当温度接近设定的温度时，加热功率会慢慢下降（也就时耗电量下降），当达到设定的温度时会自动切断加热丝的电源，这时加热丝完全没有耗电。这时电火箱处于保温状态。稍后如果电火箱温度再下降，智能温控器会及时以较低的电量补充给加热丝，以使用火箱的温度稳定在设定温度附近。
本人设计的火箱控制器以单片机实现PID算法为核心，由数字化温度传感器测量模块、显示模块、语音模块、无线遥控模块和功率输出等模块组成。针对电火箱加热的特点，运用PID算法，设计出加热系统模型，结合单片机应用系统，完成PID算法程序，对电火箱内的温度实现实时采集，并运用无线遥控模块和语音模块实现对电火箱的遥控操作。
（一）研究方法
根据遥控电火箱的系统要求，设计出各个模块的电路图，并编程逐个实现单个模块功能，最后完成整个系统的整合、调试以完成整个系统的设计。
本人在旧火箱进行改造，更换了散热元件，设计并安装了控制器，实现了对火箱的智能控制。原景图如下：
（二）本控制器的特点
1、方便
自动恒温控温，免去了调低调高热量之苦。可任意设定温度，一次设置后各项参数可永久保存。当然在使用过程中用户也可以随心所欲地调节所需的温度值。
配备了专用红外遥控器，同时，控制器能语音播报温度，使用者可以在任意角度对电火箱进行温度调节，免去了弯腰伸臂之苦。
2、节能
开机时逐步提升加热功率，避免了大电流对加热元件的冲击，有效提升加热器的使用寿命。控制系统在达到设定温度值后自动关闭加热元件，并采用智能恒温算法，使得电暖箱节能30%以上。
3、环保
一般电暖箱采用的是简单的移相电压调整法，存在产生多次谐波干扰，功率调节元件容易损坏的缺陷（高次谐波会形成更多的电磁波辐射，对人体有一定的危害），本控制器采用过零检测及平滑的周波功率调节法，使用户的电磁环境更加纯净。
4、安全
本控制器特别注重使用安全，设计了多重安全保护功能。
温度传感器失效检测功能：如温暖传感器有短路，断路，或者测温值不准等故障时，微电脑芯片可以检测出并报警及停机；温度传感器放置位置错误时，微电脑芯片可以检测出并报警及停机；双温度传感器配置确保控制器温度测量的准确性和控制的安全性；如果功率控制元件失效导致温度过高时，温控器会检测出并报警；即使控制芯片失效，本温控器仍可以在温度超高时断开发热元件，确保用户的人身财产安全。总之，只要不是所有元件失效，此智能温控器就能确保取暖器不会发生过热失火。
四、结果分析
与传统的通过手动调整电位器改变可控硅导通角的方式实现功率控制相比，本控制器采用调零方式，无高频分量，对市电无污染；瞬间导通电流小，提高了可控硅使用寿命。同时具有对箱体内温度进行实时采集并显示、设定箱体恒定温度值，无线遥控操作、语言提示等功能。从节能方面，根据测量温度对输出功率进行实时控制，从而提高了节能效率；从安全上来讲，对箱体内来说，自动恒温、高温自动断电保护、高温报警，从而提高了安全系数。
（一）技术指标：
1、自动恒温误差在1摄氏度以下。
2、遥控距离10米以上。
（二）经济指标
单个控制器成本控制在60元以下。
五、结束语
从经济效益上来看，在冬季，可应用于所有需要烤火取暖的城市；从社会效应上来看，本系统能有效的解决南方冬季因取暖而失火的问题，而且还能节约电能。从专业技术上看，把工业上常用的PID控制理论运用于实际的生活中，扩大了应用领域。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理（第4版）.科学出版社，2008年.
[2]郝芸.自动控制原理及应用（第4版）.大连理工出版社，2008年.
[3]龙胜.设计一款节能的电火箱[J].发明与创新，2006年6月15期.
作者简介：
张俊玲（1983.4-），女，侗族，贵州省铜仁市人，硕士研究生，铜仁职业技术学院，讲师，主要从事计算机网络专业课程的教学。
赵 林（1982.11-），男，侗族，贵州省铜仁市人，学士，工程师，贵州省机场集团有限公司铜仁分公司，通信导航部主管，主要从事机场航务部通信设备的管理及维护工作。