雙軸驅(qū)趕式太陽(yáng)灶加濕器

摘要：主要介紹了雙軸驅(qū)趕式自動(dòng)追蹤太陽(yáng)光的太陽(yáng)灶加濕器的設(shè)計(jì)，采用光電轉(zhuǎn)換原理制成。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，構(gòu)建了由光電二極管檢測(cè)和比較，方位角和高度角雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)組成的自動(dòng)控制裝置，設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)裝置的太陽(yáng)灶加濕器，其生態(tài)環(huán)保無(wú)污染的工作過(guò)程符合可持續(xù)發(fā)展要求，必將被廣闊的市場(chǎng)所接受。

近來(lái)，環(huán)境的惡化以及霧霾天氣的不斷加劇危害著人們的身體健康。我國(guó)北方冬季干燥，加上暖氣或空調(diào)的開(kāi)通，空氣中的濕度會(huì)變得更低。不僅人身體會(huì)受到一定的影響，干燥的空氣還會(huì)給家具等有著影響，甚至造成很多危害。

加濕器能使空氣中的濕度增加，人身體感覺(jué)舒適，在酷熱的夏季和異常枯燥的冬季，減少皮膚水份過(guò)度流失，并且可以有效避免因空氣干燥引起的呼吸系統(tǒng)疾病;在干燥的環(huán)境中，家具、書(shū)籍等會(huì)加速老化、變形甚至干裂，保存以上的物品需要室內(nèi)濕度保持在45%～65%RH之間;加濕器可以有效減小靜電發(fā)生的概率，擺脫靜電困擾，再也不用擔(dān)心被電。

目前市場(chǎng)上的加濕器主要有三大種類(lèi)，比較流行的加濕器多為超聲波噴霧式，但這種加濕器容易產(chǎn)生輻射，接觸頻繁存在隱患;純凈蒸發(fā)型的加濕器看不見(jiàn)霧氣，優(yōu)點(diǎn)是不限制水質(zhì)、耗電小，缺點(diǎn)是噪聲較大;蒸發(fā)型加濕器也叫電加熱式加濕器，其工作原理是將水在加熱體中加熱到100℃，產(chǎn)生蒸氣，用電機(jī)將蒸氣送出，電加熱式加濕器是技術(shù)最簡(jiǎn)單的加濕方式，并且也伴隨著電量的大量消耗。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙軸驅(qū)趕式自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的太陽(yáng)灶加濕器。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)以AT89SC52單片機(jī)為核心控制模塊，分別與光電檢測(cè)模塊，太陽(yáng)角度追蹤模塊，雙軸追蹤器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的自動(dòng)追蹤。光敏電阻作為檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的檢測(cè)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)處理，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。太陽(yáng)角度追蹤通過(guò)軟件計(jì)算當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)靥?yáng)高度角和太陽(yáng)方位角配合機(jī)械裝置從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)灶的自動(dòng)跟蹤控制，水箱內(nèi)的水加熱之后經(jīng)離心風(fēng)機(jī)吹入室內(nèi)進(jìn)行加濕。

2 功能及原理介紹

2.1 追蹤模塊和單片機(jī)控制模塊

追蹤模式包括光電檢測(cè)追蹤模式和太陽(yáng)角度追蹤模式，晴天時(shí)系統(tǒng)采用光電檢測(cè)追蹤模式，而陰天時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入太陽(yáng)角度追蹤模式。光敏電阻根據(jù)天空不同區(qū)域光線強(qiáng)弱區(qū)別實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的檢測(cè)，設(shè)計(jì)光敏電阻分壓電路，使用兩只光敏傳感器與兩只比較器分別構(gòu)成兩個(gè)光控比較器，通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)光照和環(huán)境光照，送至比較器輸入端的比較電平始終為兩者光照之差，從而將采集到的電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)處理;太陽(yáng)角度追蹤模式下主要是計(jì)算實(shí)時(shí)的太陽(yáng)高度角和方位角，并將太陽(yáng)高度角和方位角數(shù)據(jù)用串口發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。兩種追蹤方式相互補(bǔ)充，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使其自動(dòng)在視日運(yùn)動(dòng)軌道追蹤和光電追蹤方式之間互相切換，能夠使太陽(yáng)灶加濕器始終垂直于太陽(yáng)光線，最大限度的采集太陽(yáng)能。

2.2 雙軸驅(qū)趕電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

單片機(jī)通過(guò)處理A/D信號(hào)和計(jì)算數(shù)據(jù)之后，將其轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)灶水平方位的跟蹤，同時(shí)豎直面內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、蝸桿蝸輪實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)灶加濕器在垂直方向上下轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能兩個(gè)方向的跟蹤實(shí)現(xiàn)初步的太陽(yáng)位置追蹤從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的自動(dòng)跟蹤控制。蝸桿與齒輪直接相連接具有自鎖功能，即保持太陽(yáng)灶在方位角上時(shí)刻處在穩(wěn)定位置，抗風(fēng)能力強(qiáng)，通過(guò)兩種追蹤模式的配合使用，保持太陽(yáng)灶隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，光線始終集中于太陽(yáng)灶軸線，被加熱水箱始終處于最大加熱效率。

2.3 風(fēng)機(jī)裝置

位于太陽(yáng)灶中心軸線的水箱被最大效率加熱之后，原離心風(fēng)機(jī)通過(guò)軸驅(qū)動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進(jìn)口軸向進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動(dòng)被加速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓腔，改變流動(dòng)方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能，使風(fēng)機(jī)出口保持穩(wěn)定壓力。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量和健康的要求愈來(lái)愈高。空氣加濕器就是這樣慢慢地走進(jìn)全球的很多家庭當(dāng)中，成為干燥地區(qū)家庭不可缺少的一種小型家電產(chǎn)品，加大對(duì)空氣加濕器的研究與開(kāi)發(fā)的力度，將有利于國(guó)內(nèi)空氣加濕器行業(yè)的發(fā)展，有利于國(guó)民生活品質(zhì)的提高和國(guó)民健康水平的提升，而傳統(tǒng)的加濕器存在著耗電量大，輻射高以及噪音大等缺點(diǎn)，我們這套自動(dòng)追蹤太陽(yáng)的太陽(yáng)灶加濕器符合綠色環(huán)保無(wú)污染的理念，最大效率地利用太陽(yáng)光加熱水箱進(jìn)行空氣的加濕，此套設(shè)計(jì)可以廣泛推廣，從而創(chuàng)造良好的市場(chǎng)前景。