红外线协议范文

红外线协议范文（精选8篇）

红外线协议 第1篇

1 系统工作原理

红外通信系统一般由红外线发射和红外线接收两部分组成[4]。系统首先将待发送数据打包成数据帧, 然后将数据帧送给发射模块, 发射模块将待发射数据 (通常是0、1的二进制数据) 经调制编码调制后, 通过红外发光管将电信号转换成红外光信号向空间发射。接收模块接收到红外光信号后, 经滤波、放大、解调还原成能被单片机识别的二值信号, 再由单片机解码恢复得到原始数据。

如图1所示为基于无线红外通信的智能家居传感器数据采集子系统结构示意图, 中央控制器 (即主控节点) 以轮询的方式依次与传感器节点 (即从节点, 如温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、烟雾传感器、漏水传感器等) 通信, 传感器节点收到中央控制器信号采集命令后将感知到的传感数据打包成数据帧传给中央控制器。当主控节点与某一传感器节点不能直接通信时, 系统通过选择一个能与双方直接通信的第三方从节点, 通过转发数据方式实现二者通信。该方法使系统通信稳定性得到了提高, 同时扩展了无线红外通信的使用范围。

2 硬件电路设计

本设计采用意法半导体STM8s103单片机作为主控芯片, 该芯片具有8 kbyte Flash程序存储空间和1 kbyte RAM, 内置16 MHz RC振荡器, 无须外接晶振即可工作, 10位精度ADC模块能将传感器采集的模拟信号转换成数字信号以便信号传输和存储, 脉宽和频率可调的PWM信号波形输出端口可用于产生红外线载波信号。STM8s103功耗非常低, 正常工作电流只有4~6 m A, 进入休眠状态只有4μA, 非常适合使用在有较高功耗要求的无线传感器网络信号采集系统中。

如图2为红外线发送和接收硬件电路, 红外发射管采用Vishay公司生产的TSAL6200, TSAL6200是一款远距离红外发射管, 发射红外光波长为940 nm, 有效发射距离大于30 m。其正极通过一个100Ω限流电阻直接接到电源正极, 负极接到三极管集电极, 三极管基极接到单片机PWM输出端口。其电路原理如图2所示。

接收端采用Vishay公司生产的一体化红外接收头TSOP41, 它能直接对接收到的38 k Hz红外光信号进行光电转换、信号放大、检波、解调, 最后输出被单片机识别的TTL电平, 最远可接收45 m范围内红外光信号, 最高数据接收速率可达4 000 bit/s。如图2所示TSOP41信号输出引脚直接与单片机具有脉冲捕获功能的PC2端相连, 红外接收头将解调后的二值信号直接送与单片机, 由单片机进行解码恢复得到原始数据。

3 红外通信协议

为了使无线红外数据通信标准化, IRDA (红外数据协会) 为红外通信制定了一系列标准, 即Ir DA标准协议[5]。其中Ir-DA1.1标准能以最高4 Mbit/s通信速率实现近距离 (通信距离只有0~1 m) 点对点通信, 但其并不适合智能家居系统传感数据采集中的一对多点无线通信环境, 因此本文介绍一种新的点对多点红外通信协议, 以满足智能家居系统一个主控器与多个传感器节点的数据通信要求。

3.1 信号编码方式

二进制信号编码由单片机完成, 分别以脉宽320μs、间隔320μs、周期640μs电平组合表示为二进制信号“0”, 以脉宽320μs、间隔640μs、周期960μs电平组合表示为二进制信号“1”。为了提高信号抗干扰能力和发射效率, 采用频率为38 k Hz, 占空比为1/3脉冲序列为载波信号, 将上述电平信号编码组成的“0”和“1”信号序列与载波信号相乘 (即载频调制) , 最后将调制好的信号用红外发射管把电信号转换成红外线信号向空间发射, 如图3所示。

3.2 数据帧格式

协议中数据以帧为单位进行传送, 一帧数据由引导同步码、用户数据和帧结束码组成, 如图4所示。

引导同步码用以引导接收方进行用户数据接收、区分命令帧和数据帧, 其中命令帧引导同步由脉宽为6 ms、间隔为3 ms、周期为9 ms的脉冲电平组合表示, 数据帧引导同步码由脉宽为3 ms、间隔为3 ms、周期为6 ms的脉冲电平组合表示。用户数据即为发送方用以传送给接收方的有效数据内容。帧结束码用以标志本轮发送数据结束, 由脉宽为2 ms的脉冲电平表示。

本协议定义3种数据帧结构, 分别为命令帧、数据帧和应答确认帧。

命令帧结构如图5所示。

命令帧结构说明:

目的地址:8 bit, 表示数据传送目的ID地址号。

源地址:8 bit, 表示发送方ID地址号。

转发地址:8 bit, 表示转发数据命令中需要转发目的ID地址号。

命令位:4 bit, 该协议定义两种命令中0B0011表示直接发送数据命令;0B1100表示转发数据命令。

奇偶校验位:4 bit, 分别是目的地址、源地址、转发行地址、命令行的奇偶校验位。

数据帧结构如图6所示。

数据帧由8 byte数据和1 byte奇偶校验位组成, 其中奇偶校验位每一位分别为前8个数据字节奇偶校验位。

为了提高数据通信可靠性, 该协议引入文献[6]中基于应答机制通信协议的设计思想, 在数据传输时节点与节点之间采用发送确认帧和超时重发的策略。其中确认帧由5个脉宽为320μs、间隔为320μs、周期为640μs的连续脉冲表示。

3.3 通信过程描述

协议采用主从式网络拓扑结构, 主控节点 (即智能家居中央控制器) 以一定时间间隔依次向从节点 (如温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、烟雾传感器、漏水传感器等) 发送命令帧, 从节点响应主节点命令并把感知的传感数据打包成数据帧传送给主控节点。在网络部署阶段, 系统为网络中每一节点分配一个ID号并存于节点的E2PROM中, 作为今后的通信地址码。

主控节点设有定时器, 定时时间到系统启动轮询机制, 该协议设定定时间为30 s。为确保数据传输的稳定可靠, 主节点和从节点通信分为两个阶段, 分别为通信握手阶段和数据传输阶段, 即主控节点与从节点在进行传感数据传输之前, 主控节点通过发送命令帧的方式与从节点建立通信链路。

通信握手阶段:1) 首先主控节点向从节点发送直接数据传输命令 (0B0011) 帧。2) 发送的命令帧若得到从节点确认帧响应, 即握手成功进入数据传输阶段。3) 发送命令帧后主控节点等待2个确认帧时间长度没有收到确认帧, 给该从节点重发直接数据传送命令帧, 如此重复3次若没收到确认帧响应, 即直接通信尝试失败。4) 直接通信失败, 主控节点选择一个除该节点以外的另一从节点发送转发数据命令 (0B1100) 帧, 等待1个命令帧加上3个确认帧时间长度, 若得到该从节点确认帧响应, 握手成功进入数据传输阶段, 否则从剩余从节点中选择另一节点发送一转发数据命令帧直到握手成功进入数据传输阶段。

从节点接收到命令帧后:1) 首先提取命令帧中的校验位对接收到的命令帧进行校验, 若数据校验正确, 提取命令帧中的目的地址与本节点ID号相匹配;若校验数据错误则回到命令帧接收状态。2) ID匹配成功, 则提取命令字行, 否则回到命令帧接收状态。3) 命令为直接发送数据命令, 则发送确认帧响应, 接收命令帧成功, 进入数据传输阶段。4) 命令为转发数据命令, 提取转发地址并向该ID地址节点发送直接数据传输命令, 并等待接收确认帧。5) 接收到转发节点确认帧, 发送确认帧响应主控节点, 进入数据传输阶段。6) 等待2个确认帧长度时间没有收到确认帧, 即转发数据失败, 回到命令帧接收状态。

数据传输阶段, 通信握手成功后主控节点等待数据接收:1) 接收到数据帧, 若数据校验正确, 发送确认帧, 数据传输完毕, 进入下一节点通信握手阶段;若数据校验错误等待接收下一帧数据。2) 通信握手阶段发送命令为直接数据传输命令, 等待3个数据帧时间长度, 若未正确接收数据, 数据传输失败, 返回到通信握手阶段寻找另外一条通信链路。3) 通信握手阶段发送命令为转发数据传输命令, 等待6个数据帧时间长度若未正确接收到数据, 数据传输失败, 返回通信握手阶段寻找另外一条通信链路。

通信握手成功后从节点:1) 接收到命令为直接数据传输, 从节点直接向源地址ID节点发送数据帧, 并等待确认帧响应, 收到确认帧, 数据传输完毕。2) 若等待2个确认帧时间长度未收到确认帧, 重传数据副本, 等待确认帧, 此过程重复尝试3次失败, 则放弃数据帧传输, 返回命令帧接收阶段。3) 从节点接收到转发数据命令, 进入数据帧接收状态, 接收到数据并校验正确后将接收到的数据转发给主控节点。4) 若等待3个数据帧时间长度未正确接收数据, 数据帧接收失败, 返回命令帧接收阶段。

4 红外通信软件设计

软件包括系统硬件初始化、数据发送程序和数据接收程序。

系统初始化的主要任务是初始化硬件资源, 包括设置TIM1_CH1输出占空比为1/3、频率为38 k Hz的脉冲序列, 用作载波信号;设置TIM1_CH2为脉冲捕获中断方式, 用以计算接收数据的脉冲宽度及周期。

数据发送程序, 主要包括发送命令帧子程序 (void Send_Command_Frame (unsigned char Dest Address, un⁃signed char Sour Address, unsigned char Tran Address, unsigned char command) ) , 发送数据帧程序 (void Send_Data_Frame (unsigned char*Data Buff) ) , 发送确认帧 (void Send_Confirm_Frame (void) ) 。

数据接收程序, 数据接收主要在STM8脉冲捕获中断服务程序void TIM1_CAP_COM_IRQHandler (void) 中完成, 主要任务有引导同步码检测、命令帧与数据帧判断、帧结束码检测, 根据脉冲周期时间实现数据“0”和“1”的判别, 接收数据奇偶校验。

5 结束语

本设计经实验测试结果表明协议具有数据传输可靠性高、抗干扰能力强、功耗小、实现成本低等优点。该协议在智能家居系统传感器数据采集系统中运行效果良好, 能稳定可靠实现室内30 m范围内一个主控节点与多个从节点之间的数据传输, 该协议极大扩展了无线红外通信的应用范围, 具有较好的应用前景。

摘要：介绍一种基于转发机制的点对多点红外线通信协议设计方法。该方法采用轮询方式实现一个主控节点和多个从节点的无线通信, 当主控节点与某个从节点不能直接通信时, 主控节点会选择一个能与双方直接通信的第三方节点, 通过第三方节点转发数据实现二者通信。数据传输时, 节点与节点之间采用发送确认帧和超时重发策略。在智能家居系统中验证了该协议能实现半径30 m范围内无线传感器节点数据的可靠传输。

关键词：红外通信,点对多点,超时重发,智能家居

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红外通讯协议在嵌入式系统中的实现 第2篇

摘要：从红外通讯协议的特点、基本原理对红外无线通信技术进行了分析，结合实际例程探讨了红外数据通信在嵌入式系统中的基本设计要点。

关键词：红外通讯协议嵌入式系统异步通信收发器状态机

红外和蓝牙协议是两种较流行的短距离无线通信协议。但目前蓝牙协议各大厂商尚未有一个统一的标准规范，加之硬件价格较为昂贵的缺点，因此市场上红外通信在手机、笔记本电脑等小型移动设备中仍然应用广泛，在嵌入式系统中的实际应用有着较高实际意义。

1红外协议背景

红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼眼看不到的光线。目前无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信场合点对点的直接线数据传输。为了使各种设备能够通过一个红外接口进行通信，红外数据协议(InfraredDataAssociation，简称IRDA)发布了一个关于红外的统一的软硬件规范，也就是红外数据通讯标准。

2红外协议基本结构

红外数据通讯标准包括基本协议和特定应用领域的协议两类。类似于TCP-IP协议，它是一个层式结构，其结构形成一个栈，如图1所示。

其中基本的协议有三个：①物理层协议(IrPHY)，制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，包括红外的光特性、数据编码、各种波特率下帧的包括格式等。为达到兼容，硬件平台以及硬件接口设计必须符合红外协议制定的规范。②连接建立协议(IrLAP)层制定了底层连接建立的过程规范，描述了建立一个基本可靠连接的过程和要求。③连接管理协议(IrLMP)层制定了在单位个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的规范和协议。④流传输协议(TingTP)在传输数据时进行流控制。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。⑤对象交换协议(IrOBEX)制定了文件和其他数据对象传输时的数据格式。⑥模拟串口层协议(IrCOMM)允许已存在的使用串口通信的应用象使用串口那样使用红外进行通信。⑦局域网访问协议(IrLAN)允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备，实际远程摇控等功能。

整个红外协议栈比较庞大复杂，在嵌入式系统中，由于微处理器速度和存储器容量等限制，不可能也没必要实现整个的红外协议栈。一个典型的例子就是TinyTP协议中数据的拆分和重组。它采用了信用片(creditcard)机制，这极大地增加了代码设计的复杂性，而实际在红外通信中一般不会有太大数据量的传输，尤其在嵌入式系统中完全可以考虑将数据放入单个数据包进行传输，用超时和重发机制保证传输的可靠性。因此可以将协议栈简化，根据实际需求，有选择地实现自己需要的协议和功能即可。

3红外协议数据基本传输原理

由于硬件接口限制，嵌入式系统中红外通信的速率基本在9600bps～115.2kbps之间。这里是通过硬件电路板上的异步通信收发器(UART)进行红外数据编码和无线传输。在115.2kbps速率下红外采用RZI的编码调制方案，脉冲周期为3/16位周期。数据校验采用CRC16。其基本思想是将要发送的数据按照CRC16算法(CRC算法可以参考相关资料)进行打包校验，在接收时进行CRC解包并与常数OXF0B8比较，若匹配即数据校验无误。红外数据传输以帧为基本单位。帧是一些特定域的组合，其中红外协议底层字节包格式如图2所示。

各个域含义如下：STA为开始标志，即0x7E、ADDR为8位的地址域;DATA为数据域;FSC为16们的CRC校验码;STO标志帧结束，在接收两个连续的帧时必须至少有3个以上的`1后则标志该帧有错误，设备会放弃该帧。在红外数据实际传输过程中，为了延时控制考虑，一般在数据帧头添加多个STA域，通常采用连续11个0x7E达到延时目的。在接收时，当收到多个STA域时当作一个来处理，多余的STA域被忽略。红外数据传输的状态机流程如图3所示。

下面对图2作几点说明：(1)数据传输时首先进行AddressDiscovery过程，在此过程中发广播帧，等待对方设备响应，收到响应帧后可以取得对方设备地址。(2)取得对方地址后，进行Connct过程，在此过程中将与对方设备协商传输参数，如波特率、数据包大小、轮转时间片等，之后建立连接。(3)建立完连接即进入InformationTransfer过程，进行数据校验，传输。其中按照一定算法进行时间片数据帧收发控制。(4)数据传输完毕后进入Disconnect过程，断开连接。(5)在AddressDiscovery过程中，有可能发现对方设备地址与本机设备地址有冲突，此时进入AddressConflictResolution过程，解决完设备冲突后再返回。

图3是一个标准的红外数据传输状态机流程，但在一些嵌入式设计方案中，出于省电等目的，可以不进入AddressDiscovery过程，也就是简化掉AddressDiscovery过程而转入Sniff过程。在探查一定时间后，若未收到对方设备响应帧，自动进入休眠状态，若收到对方设备响应帧，则进入正常的连接过程。同时，在连接过程与对方协商传输参数的过程中有一项窗口大小(windowssize)参数，它是指定接收方可缓冲多少个帧后再进行接收确认，其数值为1～7。在嵌入式系统存储空间有限的情况下，可以采用默认值1进行数据的简单确认，也就是接收到一个数据帧后立即进行确认。这样既节省了资源又使代码量更小，运行速度更快。

4嵌入式系统中红外协议实现设计

笔者采用Sitronix公司的ST2204电路板为硬件平台，处理芯片内核为65C02。ST2204电路板使用了集成的8位处理器，寻址能力达到了44M字节，并提供了低电压检测功能。由于2204集成了上述这些功能，非常适合省电、支持长电池寿命的手持移动设备嵌入式设计实现方案。在固件设计、软件设计方面采用了汇编语言。65C02上的汇编采用存储器映象方式，并广泛使用了零页寻址，因此使用起来十分方便、高效。整个设计实现可分为硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括电路设计和固件程序(Firmware)的编写;软件设计包括CRC数据编码校验、数据收发及主站(Primary)、辅站(Slave)状态要流程实现等。

在硬件设计方面根据对设备的需求和硬件板芯片性能，可以设计出相应的电路在仿真板上进行实验。固件程序和编写可采用分块的方法，例如初始化(Initilize)模块、中断处理(Interrupt)模块、时钟(Timer)事件处理模块等。初始化模块可根据硬件板的指南说明(Specification)提供的各个寄存器值设备初始化参数;中断处理模块可按照中断向量表提供的入口地址编写，其基本要求短小精悍，运行的时钟周期与微处理器频率和设备需求的波特率紧密相关。时钟事情处理可根据硬件板提供的基本时钟设备不同的时钟精度，以满足不同的需求。在红外传输实际设计中定时器主要用于三个方向：第一是sniff探查过程中主站发广播帧后辅站超时未响应的处理;第二是超时重发控制;最后一个是数据传输过程中轮转时间片的控制。其中第三个方面要求的精度比较高，红外协议制定的标准是在25ms～85ms之间。因此有必要把超时处理放在中断处理。在程序编写时使用信号量和程序计数器进行时间控制。其基本思路得设备一个程序计数器进行累加计时，当各自事情时间到达时分别设置三个信号量来标志事件处理，当事件处理完毕后重置各自信号量，转入重新计时。

在软件设计方面，要对发送的数据进行帧包装(FrameWrapper)，添加CRC16校验，用汇编实现CRC算法比C稍微复杂些。一个主要的技巧是将要进行校验的数据地址和CRC数据表的索引地址置入一个零页的内存地址中，采用通用寄存器对其进行间接寻址。这样就实现了C语言中的指针效果，可以比较方便地查询CRC表。在数据收发应用中，分为主站(Primarystation)和辅站(slavestation)两种角度。主站角度负责发起，建立连接，进行时间片轮转调度等。辅站主要负责应答，响应命令。在一定条件下主站辅站角度可以互换，主辅站均可收发数据。

收发数据的中断函数最重要也是底层的核心所在。在接收方首先公进行硬件初始化，设置UART接收初始化状态并进行中断允许标志设置(具体设置可以参考所选择的电路板说明)等。当红外数据到达后即会触发一个UART中断，系统处理完当前事件后便会根据中断向量表提供的入口地址调用接收中断处理接收数据。在接收过程中，UART会搜索匹配开始位和结束标志。接收完毕后，返回系统调用程序。在实际应用中，当接收完数据后，即可按装收帧控制域判断帧类型，并结合接收站所处的相应状态机进行流程处理。下面是红外接收数据的中断程序源码：

/*******************************************

*UARTReceiverInterruptServiceRoutine

********************************************/

ISR_URX:

pha

phx;压栈，保存通用寄存器值

cld;清空十进制标志位

ldx#00001100B;允许接收，并设置可以接收下一字节

stx

ldxmBagLen

cpx#IrDAb_BAG_LEN;一个包的长度

bcsferr_over;溢出否

lda

stamReadBuff,x;写数据

lda

stamIrdaByteFlag;保存状态标志位

incmBagLen;计数器++

bra?exit

?err_over;

smb0

?exit;

plx;出栈，恢复通用寄存器值

pla

rti

该中断处理程序在硬件收到一个字节时触发。它先将通用寄存器值压栈保存，接下来进行状态寄存器的控制，并检查一些状态标志，然后进行数据的接收;将数据保存在一个缓存里，并进行溢出等状态的检测和控制。最后恢复通用寄存器的值，返回中断调节函数。按照类似的原理可以编写出红外发送方程序。编写数据收发中断程序有一点要注意，程序代码量和处理器主频以及选择的红外波特速率是密切相关的。若不注意就很容易造成“丢中断”的现象，这是应该避免的。还有一点要说明：UART是工作在半双工模式下，在一些实时系统和时间精度要求较高的应用中是不能同时进行收发数据的。但由于其收发时间片较短(最长为500ms)，在一些普通应用中可以模拟成同时收发。

红外线冰面温度测控装置 第3篇

冰上运动是一项集体育、健身、娱乐于一体的全民参与活动。近年来随着人们生活水平的提高和该项运动的普及, 越来越多的大型冰场在国内各地兴建, 仅去年全国就已建造了数十座大型冰场。

冰上项目如速滑、花样、冰球及其他群众娱乐要求的冰面温度各有不同, 同时要求整块冰温度均匀, 目前国内所建造的冰场基本做法是:采用Pt100温度传感器, 检测冰层下面的制冷管道温度, 对压缩机进行控制, 而环境条件下诸多影响冰面温度的因素无法考虑进去, 使得冰层与冰面的实际温度差别很大, 如受灯光、观众、溜冰人数, 冰面保养影响, 都会使得冰面出现严重的质量问题。过高的控制温度会使冰面出现水雾, 冰面过软不能进行冰球之类项目;过低的控制温度又会使制冷机处于长期运行, 耗电量大, 过硬的冰面使花样滑冰难以完成动作又容易受伤。于是在本文中, 我们提出了研制红外线冰面测温装置, 通过冰面自身辐射能量原理, 利用红外技术, 实时检测冰表面温度, 及时滤掉那些因灯光、人体、热源等因素的干扰信号, 根据设定温度来自动调节制冷机能级、自动控制压缩机起、停, 实现冰面温度的恒定控制, 既保持了冰面温度质量要求又大大降低了运行成本。这套装置的关键技术是实现了红外探头、旋转云台、信号干扰的滤波处理于一体的集成过程自动控制。本套装置目前已经在国内数个新建冰场得以布设, 实践反映效果良好。

系统组成及原理

红外线测温传感器:冰面温度与冰层硬度密切相关, 很小的温度变化就会引起很大的冰层硬度变化, 不时变化的外界环境使得冰表面温度要比冰层温度变化快得多。接触式的探头是无法安装在冰面上的, 采用红外线冰面测温技术可以解决以上技术问题, 选用红外线温度传感器安置在冰面上方的马道, 避免照明系统直射, 考虑到标准场地马道高度一般在12米以上, 冰面温度在-3~-7℃, 冰层厚度在40mm, 环境温度26℃, 并且湿度较大, 所以我们选择了一款美国产的温度探头, 技术参数为:4~20mA输出, 测量温度-20~100℃, 距离系数30:1, 防护等级IP65, 响应时间200ms, 光谱范围8~14um, 此探头满足设计需求。

智能云台:标准滑冰场的冰面尺寸一般在61x30米范围。选用定点测温方式需要数十个红外测温探头才能够检测到不同位置的冰面温度, 成本太高, 不经济。于是我们应用了智能云台, 将温度检测探头放在云台上, 由温度检测控制器通过远程协议控制云台旋转, 以扫描方式检测温度, 改变云台仰角可以改变探头的伞状覆盖面积, 对一个标准冰场有两个红外探头就满足需求。我们选用了一款国产的云台。技术参数为:旋转角度:水平方向0~355度;每秒4.7度, 垂直方向0~90度;每秒4.7度。

红外冰面温度控制器

这是一个核心控制单元。所有的信号检测、信号处理、滤波放大、工程换算、信号输出、设备连接控制、网络通讯等, 测温区域, 测温速度, 测温方式都是由这个控制器来完成的。参见软、硬件设计框图。

点位检测:在0~355度内可设定检测点数量1~100点, 每点停留5秒, 取滤波后的温度。再计算所有测温点的平均值。与设定温度进行比较输出控制信号。

扫描检测:在0~355度内可扫描检测, 扫描一周取滤波后的平均值温度与设定温度进行比较, 输出控制信号。

全自动制冷系统:包括压缩机组, 全自动蒸发冷, 智能乙二醇水泵等组成, 接收到红外冰面温度控制器输出的制冷信号后自动联锁运行, 因为制冷控制系统不是本文介绍对象, 不再赘述。

冰场监控软件:通过上位机设定显示制冷系统、红外冰面温度控制系统的各种参数、工作状态、画面、历史记录、打印等。本工程采用一台计算机作为整个冰场的检测和控制平台, 通过组态画面可模拟系统中制冷设备的运行状况, 冰面的温度状态、人机界面清晰、醒目、直观;显示所采集的温度等历史曲线, 自动记录, 定时打印温度报表;进行设备故障报警, 提示故障原因并记录;可随时对现场所有控制器中的控制设定值和报警设定值等参数进行设定等功能。方便了操作人员管理整个制冷系统。

硬件组成

红外冰面温度控制器的核心是一款8位mcu, 有2个独立的usart, 1路外接485芯片控制云台动作, 另一路预留与上位机通讯用, 红外探头的4~20ma信号经电阻分压后滤波进入12位模数转换器, mcu使用SPI接口读取a/d12位数据, 1路运行允许信号经电平转换送入mcu, 根据计算结果输出制冷运行开关量信号。

软件流程

红外冰面温度控制器软件包括云台控制程序, 模拟量驱动程序, 输入输出启动程序, modbus程序, 冰面温度控制逻辑。

云台控制程序实现了如下函数:

pelco_pan (addr, action) 参数分别是云台地址和动作, 通过这个接口控制程序可以操作云台垂直和水平方向摇动。

pelco_init () 协议初始化

模拟量驱动程序函数:

GetScaledValue (channel) 获得经过滤波和校正的温度值

输入输出程序函数:

Hal_GetDigitalInput (Input) 获得开关量状态

Hal_SetRelays (State) 设置继电器状态

Modbus程序函数:

ModbusApp_Control () modbus状态机控制

ModbusApp_ProcessPacket (pprotol) modbus包处理

控制逻辑函数:

Application_Scan () 扫描方式测温

Application_Point () 点方式测温

Calc_Temp () 计算冰面温度, 滤除干扰

Control () 控制逻辑

经济效益分析

对于一座冰场来说, 按照常规设计需要10个测温探头, 如果采用旋转扫描技术只需要1个测温探头, 且10个温度传感器均匀分布在冰面上, 控制室离冰面的平均距离为50米, 高度为20米计算, 表1即为一个冰场项目施工中节约的管线数量及资金。

这样一年按1 0个冰场项目计算共节约资金为83800*10=838000元人民币。

结语

此系统整个运行过程都能通过电脑软件结合相应的硬件配置来实现, 使设备的利用率更高, 运行费用更节省, 管理更加方便, 从而达到冰场运行级管理所期望的经济效果, 符合国家节能减排的发展目标。

摘要：本文介绍了冰场冰面温度红外线测量自动控制系统的实现。在冰场自动控制的常规做法基础上, 开发红外线测温装置, 阐述了它的系统组成及控制原理, 硬件结构, 软件流程及其关键技术和带来的经济效益。

关键词：冰场,红外线,信号处理单元控制器,上位机

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红外线光通信装置设计 第4篇

关键词：STM32,红外线,OP07

1 总体设计

1.1 总体设计方案框图

红外线光通信装置的设计思想如下图所示:

1.2系统原理分析

红外线的传送利用179.9K的载波, 此频率为一个定值, 采用NE555来构建模型, 在输送的信号中要有10倍的载波幅值周期来支持, 末端应该有77.8us的置1电平信号, 因此模式化地占用了160us的时间, 在中转信息传送中, 必须将音频信息添加在载波中, 音频信号传输的实际就是分辨不同的频率, 因此传送的时间不相同, 其占空比各异。频率调制的当中用179.9K的基波和299.9HZ到3.39KHZ进行调制, 将信号呈现周期不同的状态进行叠加后传送。

2 各模块硬件设计

硬件部分主要有红外发送部分、红外接收部分、音频放大部分、模拟开关PGA1636、温度传感器部分以及正弦转化为方波的部分, 用模拟开关来实现数字通道和模拟通道的选择, 进入数字通道可以实现编码和解码的功能, 模拟通道则用来控制温度传感器。

下图为正选波转化为方波时的测试波形:

3 软件论证

刚开始我们对于题目的理解曾一度偏向了软件编码, 解码和压缩。当时我们方案选择了38K的载波频率, 因而传输帧的表头和结尾的局限性导致信息量的增大, 而载波和红外传输管和接收管的频率限制相冲突。我们的压缩方式需要改进, 因而我们选择了更为灵活的方式, 即主要通过硬件来搭建电路实现功能。

3.1 发送温度信号

将温度值发送出来, 并将开关打到模拟开关的状态, 观察数据是否接受, 如果数据开始接受的话, 延时8秒后将信息传输到了接收装置中, 如果数据没有被接受, 则整个过程会重新开始。

3.2 接受温度信号

读取STM32单片机的PA0引脚值, 判断时间是否为5毫秒, 如果不是的话将变量和接受的数据流清零, 如果是的话, 则将a的值赋予1。

3.3使用外部中断

温度初始后的值显示在液晶上, 收到的位置1, 并判断数据是否接收, 如果没有接收的话收到的位置1, 如果接收的话, 将值显示在液晶上。

3.4 读取外部中断

判断寄存器的时间值是否为5毫秒, 是的话表面搜索到了, 判断时间值是否为10毫秒, 如果是的话则收到的位为1, 不是的话接着进行下面的判断, 判断时间值是否为1s, 如果是的话, 收到的位为0, 不是的话, 进行清零操作。

4 结论

经过测试和较为严密的分析, 电路将信号尽最大的可能通过红外线传输到了我们的接收装置上。在规定的无差范围内, 而且语音没有明显的失真。

参考文献

[1]ALAN V.OPPENHEIM.信号与系统[M].西安:西安交通大学出版社, 1997.

[2]元秋奇著.数字图像处理学[M].北京:电子工业出版社, 2000.

红外线遥控解码技术及其应用 第5篇

在工业仪表中, 尤其是在防爆高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下, 设备或仪表在工作状态下不容许打开设备, 这时使用红外线遥控器远距离对仪表的参数进行设置或调整, 就十分安全和方便。

一、红外线遥控系统的组成

通用红外线遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。

发射部分包括键盘矩阵、编码和调制、LED红外线发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

遥控器用来产生遥控编码脉冲, 经调制后驱动红外线发射管输出红外线遥控信号, 红外接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码, 对于一般的红外线遥控系统, 此串行码输入到微控制器, 由其内部CPU完成对遥控指令解码, 并执行相应的遥控功能。使用遥控器作为控制系统的输入, 需要解决如下几个关键问题:如何接收红外线遥控信号;如何识别红外线遥控信号以及解码软件的设计、控制程序的设计。

二、红外线遥控信号的接收

接收电路使用集成一体化红外线接收头SM0038。

SM0038对外只有3个引脚:VS、GND和1个脉冲信号输出引脚OUT, 与单片机接口非常方便。VCC接电源+5 V并经电容进行滤波, 以避免电源干扰; GND接系统的地线 (0 V) ;脉冲信号输出接CPU的中断输入引脚或通用输入脚。采取这种连接方法, 软件解码既可工作于查询方式, 也可工作于中断方式。

三、红外线遥控的制式

目前应用中的各种红外线遥控系统的原理都大同小异, 区别只是在于各系统的信号编码格式不同。遥控专用集成电路的编码格式是公开的, 可以查阅到。常用的有NEC制式, RC5制式和夏普制式。

当采用NEC制式时, 一个键按下超过36 ms, 振荡器使芯片激活, 将发射一组108 ms的编码脉冲, 这108 ms发射代码由一个引导码 (9 ms) , 一个结果码 (4.5 ms) , 低8位地址码 (9～18 ms) , 高8位地址码 (9～18 ms) , 8位数据码 (9～18 ms) 和这8位数据的反码 (9～18 ms) 组成。如果键按下超过108 ms仍未松开, 接下来发射的代码 (连发码) 将仅由起始码 (9 ms) 和结束码 (2.25 ms) 组成。

四、MK6A12P单片机的性能简介

台湾芯睿公司生产的MK系列单片机, 以其低成本, 低功耗, 低电压和功能完善而特别适合于开发各种小型的控制设备, 如红外线解码控制器, 各种玩具和小型家用电器的控制。我们采用的MK6A12P的单片机的具体参数如下:

工作电压:3.6～5 V;

数据存储器 (RAM) : 48字节;

程序存储器 (ROM) : 1 K;

定时器: 1个, 8位;

看门狗功能:有;

内部RC振荡器:有;

I/O管脚:6/12.

五、NEC制式的红外线解码器的程序设计

1.引导码的判别

单片机都具有准确的定时系统, 我们可以利用单片机的定时系统来判别引导码的到来。分别对低电平时间和高电平时间进行计时, 如果超出一定的范围或小于一定的范围, 则不是引导码, 程序退出。

2.“0” 和“1”的辨别

仔细观察“0” 和“1”码的区别。会发现在前1.125 ms是一样, 只差在后面的1.125 ms不同, 而“0”码后紧接着又是下一个码的低电平, “1”码还是保持高电平。因此区分二者的最佳时刻应该是:每个码的起始下降沿的后的1.125+0.56/2=1.53 ms。如果此时为低电平, 则为下一个码的低电平, 那么前一个码为“0”;如果为高电平, 则此位为“1”。

3.连发码和结束码的判别

判别方法同引导码判别。

六、红外线解码技术在遥控开关上的应用

家用电器越来越多的采用遥控器, 在给人们带来方便的同时, 也存在着由于家用电器处于待机状态, 而耗电的问题。据报道, 如果全国目前的家用电器处于待机状态, 那么待机所消耗的总电量, 可供东三省居民一年的用电。针对此耗电的问题, 笔者设计了一款红外线遥控开关, 它直接接收家用电器遥控器发出 (主要是数字电视的遥控器) 的信号, 然后开启和关闭家用电器的总电源, 使电视或其他家用电器彻底断电, 从而即保留了原电器设备的遥控功能, 又解决了待机耗电的问题。

经测试, 该遥控开关在关闭状态下, 仅耗电0.05瓦, 是电视机待机耗电的1/300。为降低了成本, 单片机采用内部振荡器, 整机造价在8元以内。

参考文献

燃气红外线辐射采暖的特征简述 第6篇

热量的传递有三种方式, 即:传导、对流和热辐射。其中辐射方式是热量传递过程中能量损失最小、传递速度最快的一种。太阳的热能就是以光的形式、辐射的方式传输给地球的。当红外线穿过空气层时, 并不为空气所吸收, 一般它能穿透空气层而被物体直接吸收并转变为热量。

英国AMBIRAD燃气红外线辐射采暖就是模拟太阳辐射地球的原理, 它是利用可燃的气体、液体或固体, 通过特殊的燃烧装置燃烧器进行点燃, 将辐射管加热到一定高温而辐射出各种波长的红外线进行供暖的。在整个红外线波段中, 波长0.76~40um的红外线热特性最好, 燃气红外线辐射采暖系统的辐射管发射出的红外线波长在2~12um, 正好全部在这一范围之内。不仅如此, 红外线还能穿透物体或人体表面层一定深度, 从内部对物体或人体进行加热。且在整个采暖空间内垂直温度分布明显优于对流采暖。

2 燃气红外线辐射采暖的五大基本系统构成及解释说明

2.1 辐射采暖系统。

主要包括:燃烧器 (辐射采暖的设备核心元件, 用于控制设备点火和熄火的装置) 、燃烧室 (设备的第一段辐射管, 耐高温, 设备运行时温度最高) 、辐射管 (燃烧室后的低碳钢管, 被加热到一定高温后向采暖空间辐射热量的组件) 、反射板 (阻隔和反射燃烧室及辐射管产生热量的向上损失且反射至采暖空间) 、设备吊架 (用于支撑、固定设备反射板且作为设备吊装点的组件) 、气流调节器 (用于调节、稳定采暖设备运行时负压参数的装置) 。图2是英国AMBIRAD辐射采暖设备中AR系列设备大样。

2.2 尾气排放系统。

主要包括:负压风机 (在系统运行时使辐射采暖系统及尾气系统内产生负压的装置) 、尾气管 (用于传导燃烧后产生的尾气排置室外的铝制管道) 、冷凝水收集器 (设置在负压风机进风口前, 用于收集热气冷却后生成的少量液态水的装置) 。

2.3 燃气供应系统。

主要包括:燃气球阀 (控制可燃气体是否可以通过的装置) 、过滤器 (去除可燃气体内残渣的装置) 、燃气流量计 (计量可燃气体通过量的装置) 、电磁阀 (燃气发生意外泄漏报警后, 自动切断可燃气体通过的装置) 、压力表 (测量燃气管道内可燃气体压力的装置) 、燃气管道 (传输可燃气体的管道) 、燃气软管 (连接设备燃烧器和燃气管道的金属软连接件) 。

2.4 配电及控制系统。

主要包括:辐射采暖设备控制箱 (实现辐射采暖系统及其他配套系统联动的自动控制中心) 、温感器 (感受室内温度变化的器件) 、电线及配电管 (用于连接以上四大系统内电气元件的线路及线路外的套管) 。

2.5 报警系统。

主要包括:报警控制箱 (实现燃气供应系统内电磁阀和报警系统联动的控制中心) 、报警探头 (探测区域内是否有可燃气体泄漏的装置) 、电线及配电管 (用于连接报警控制箱、报警探头、电磁阀的线路及线路外的套管) 。

3 燃气红外线辐射采暖设计及安装过程中值得注意的几个事项[1]:

3.1 设计过程中在对整个采暖空间按传统空气对流采暖计算完热负荷后, 辐射采暖的设计热负荷只需传统空气对流采暖热负荷的80%~85%。

3.2 燃气红外线辐射采暖设备安装高度超过6m时, 每增高0.3m, 建筑围护结构的采暖设计总热负荷应增加1%。当设备的安装高度超过15m时, 应参照具体设备厂家的技术参数加以修正。

3.3 燃气红外线辐射采暖设备的安装高度, 应根据厂房具体结构和人体舒适度确定, 但不应低于3m[2]。

3.4 相邻辐射采暖设备的辐射范围, 搭接高度不宜高于1.5m, 这样可以保证辐射采暖空间辐射面积上无盲区且不让局部区域辐射强度过大。

3.5 沿外墙布置的辐射采暖设备的辐射范围, 以外墙受辐射的高度2m为宜, 这样可以满足外墙附近的作业人员的舒适感。

3.6 沿同一直线安装的辐射采暖设备头尾间距最大不宜超过9m。

结束语

建筑节能是世界建筑技术发展的大趋势, 是走可持续发展的必由之路[3]。我国天然气资源非常丰富, 随着国家能源战略的转移和勘探开采技术的不断发展, 近年来各大气田的不断发现, 已经具备了天然气产业发展的基础和条件。在这种情况下, 如何响应国家政策, 更好地推广天然气在暖通空调业的应用的问题, 是摆在业内人士尤其是暖通空调设备制造厂家、销售商家和设计人员面前的一个课题。

摘要：燃气红外线辐射采暖以其具有的安全、高效、节能、经济、舒适、环保等优越性愈趋被人们认知和接受。它适合应用在飞机库、列车整备库、列车修造厂、汽车制造厂、车库、工业厂房、运动场馆、温室大棚等高大空间, 无论从经济上还是从采暖效果的舒适程度上都优于传统的空气对流采暖。它模拟太阳辐射地球的原理, 通过红外线辐射, 对辐射到的区域直接加热, 并通过二次辐射加热四周的其它物体。参照国内一种较为普遍应用的英国AMBIRAD燃气红外线辐射采暖产品加以简单介绍。

关键词：燃气,辐射采暖,节能,高大空间,AMBIRAD

参考文献

[1]大庆双能高科技有限公司内部资料[Z].[1]大庆双能高科技有限公司内部资料[Z].

[2]中华人民共和国国家标准GBJ19-87, 采暖通风与空气调节设计规范[S].2001:22-23.[2]中华人民共和国国家标准GBJ19-87, 采暖通风与空气调节设计规范[S].2001:22-23.

红外线诊断技术的的应用 第7篇

1、红外诊断技术在我局的应用情况

近几年, 我局大力发带电测试技术。带电测试与传统停电预试的天平, 有逐年向带电测试倾斜的趋势。而红外诊断技术是带电测试的重要组成部分, 凭着被测设备不需停电、能直观反映设备运行状态、投资少、回报大等优点。在我局得到迅速普及, 并不断深化发展。

红外热像仪的工作原理是把被测设备表面温度分布, 借助红外辐射信号的形式, 经接收系统成像在红外探测器上, 再由探测器将其转换为视频信号, 通过终端显示器, 显示出被测设备表面温度分布的热图像。热像图能把设备的温度, 按光的亮度有序排列, 使人能对设备的发热缺陷位置一目了然。

经我局多年的大力推广, 红外诊断技术逐渐成熟, 红外线诊断工作已成为重点工作之一, 每年在“迎峰度夏”之前, 对所有的一次设备进全面测温检查, 使运行设备在高负荷状态下安全运行。红外诊断技术在发现设备的隐性缺陷、监测设备的运行状态等方面有着不可代替的作用。

2、红外成像技术在实践应用中的分析探讨

2.1 运行设备发热及红外线诊断技术的原理

红外线热成像仪是收集被试器的红外线信号, 经信号处理后得出热像图, 而红外线传播特性跟可见光一样, 具有直线传播、反射、干涉、衍射、偏振等性。所以红外线热成像仪的接收性能会受雨、雾天气的影响。如果满足一定的测试条件 (被测试品的表面极其光滑) , 使被测设备表面发生红外线发现折射现象, 影响测试结果, 令试验人员误判断。

高压电气设备在正常运行情况下, 将有部分电能以不同的损耗形式转化为热能, 从而使设备温度升高。这些电能的损耗主要包括以下几种:

(1) 电阻损耗P=I2R, 发热功率与电流平方成正比, 这种发热称为电流效应引起的发热;

(2) 介质损耗P=U2ωCt a nδ, 发热功率主要取决于电压, 这种由于绝缘介质在交变电场作用下, 介质极化方向不断改变而消耗电能并引起的发热称为电压效应引起的发热;

(3) 铁损是因铁心的磁滞、涡流现象而产生的电能损耗, 这种发热称为电磁效应引起的发热。

下面我们从红外线的传播特性, 运行设备的不同损耗引起的温升, 在密封环境内发热设备互相间的热传递现象等方面进行典型案例分析, 探讨红外线成像技术的应用。

2.2 红外线产生折射现象

在某次红外检测工作中, 我们发现10kV电容器的电抗器A相接线耳有发热现象。但当移动红外线热像仪时, 发现发热点随着移动。经多次转换拍摄角度, 最终确定被测设备没有发热。为什么会出现这种现象?我们开始对电容器组内所有设备进行单独测试并记录各自温度, 通过与线耳发热点的温度对比, 发现电抗器本体的温度与线耳发热点的温度相符。为什么会发现这种现象, 其实红外线与可见光传播特性是一样, 是光的折射现象, 造成接线耳发热的假像。因为电抗器接线耳的材料多数为铜, 而且打磨得非常光滑, 所以在接线耳的表面发生了折射现象, 把电抗器本体的红外辐射信号经铜排的表面折射到测试仪。在进行红外线诊断工作时, 试验人员不能发现带电设备有发热现象就立刻判断设备有缺陷, 一定要经多角度反复检测, 以确定测试结果的真实性。

2.3 电流致热的热缺陷

电流效应的热缺陷主要体现为:在电能输送的整个回路上的各个连接件、接头或触头常常因连接不好、接触不良, 造成接触电阻增大, 从而引起的局部过热。电流效应热缺陷的特点是:局部温升高, 热像图清晰明显, 因此该类故障点的捕捉和分析难度不大。

2.4 电压致热的热缺陷

电压致效应的热缺陷的特征:引起电压致热缺陷多数为带电设备表面脏污, 内部受潮等原因引起介质损耗增加造成的。主要特点是发热点温升不明显, 难以在现场发现, 只有用分析软件对热像图进行线分析、热像图清晰、被测设备背景干扰等情况才可能发现。由于发热点温升不明显, 红外线热成像仪的误差都会引起误判断, 应该结合其它相关带电测技术方能进行缺陷定性。

在某站的红外测温图谱进行线分析时, 发现该站110kV的某一线路B相避雷器本体中上部有1K的温差。根据《带电设备红外诊断应用规范》, 判断该氧化锌避雷器本体有轻微的发热, 缺陷原因可能为阀片受潮或老化。通过该避雷器进行阻性电流带电测试, 发现B相避雷器阻性电流分量明显偏高, 与上年的历史数据对比, 超出50%的增量。带电测结果与红外线诊断基本符合。所以将该避雷器B相定性为一般缺陷。后来我们运用红外线测温技术、避雷器的带电测试等相关技术对该设备进行跟踪、监测, 以观察其缺陷是否有发展趋势 (如图1) 。

从上述实例可见, 电压效应致热设备的热故障主要是由于设备内部绝缘老化、受潮等原因引起的, 并发生在电气设备的内部, 反映在设备外表的温升很小。因此对检测技术提出了很高的要求:

首先, 要求检测设备的灵敏度较高。因此在检测前必须认真对热像仪进行辐射率等各种测量参数的输入, 充分发挥成像仪的修正功能。

其次, 要求深入考虑周围环境对设备真实温度的影响, 应避免在阳光暴晒后, 或者风速比较大的情况下进行检测。尽量避开其他设备、照明设施等背景的影响。该类设备的缺陷只有几k甚至更低的温差, 如果环境的影响过大时, 这微小的温差可以被完全掩盖。

再次, 要求对电压致热型设备进行全面红外成像, 在测温工作完成后要使用分析软件对所有热成像图进行全面的分析, 不能掉以轻心, 让细微的缺陷成漏网之鱼, 让运行设备带病运行。

2.5 在密闭的环境内带电设备相互间的热传递

在密闭的环境中, 设备的运行温度的不同, 使各种带电设备存在温差。设备相互之间以热传递的方式, 热能从温度高的地方向温度低的地方传递。由于各种设备的材料最高允许温度的不一样, 随着时间的推移, 在热传递等作用下, 能使带电设备的本体温度超过其最高允许运行温度, 使带电设备的发生损坏。

如某电容器室采用四组共室设计的, 当四组电容器同投运时, 电容器室相当于是密封的空间, 其抽风设备不能满足散热要求。所以电容器室一直不能达到热平衡, 热量不断的累积, 室温在不断攀升, 运行设备间不断以热传递来辐射热量, 最终导致电容器保险丝整体发热。从室里空气的流动原理 (冷空气下沉, 热空气上升) 和物体间热传递物性, 可知室里的电容器保险丝上层温度比下层的要高、靠近电抗器的保险丝温度较高。因此运行设备间的热传递也会造成设备的热缺陷。所以设计变电设备摆布时, 一定要充分考虑设备间热传递对允许运行温度较低的设备造成的影响, 不要为设备安全运行留下安全隐患。

2.6 测试中的安全措施及注意事项

(1) 严禁开关等设备的分合操作。由于设备事故一般在设备操作过程中发生, 特别是电容器等易爆设备, 因此我们要在工作票上注明“严禁在测温中进行设备的任何操作”并切断相关断路器的远控操作。

(2) 合理选用成像仪的辐射率。根据红外线成像原理, 不同的材料具有不同的辐射率。检测中应根据被测对象的材质更改成像仪的辐射率的。然而站内设备是铜、铝以及瓷质等材料混用的, 为了方便检测, 我们一般统一选用0.90的辐射率, 通过各种对比途径对热像图进行分析评估。

(3) 我们在红外成像测温时应该从一些不太明显的表面现象上仔细分析, 发现问题, 解决问题, 总结经验, 积累一些典型的温度数据和热像图谱, 当发现异常时才能进行比较, 我们发现问题时不仅要按照《导则》的要求进行定性, 而且要通过一些手段和方法找出发热的成因, 具体问题具体分析。

3、结语

红外线成像技术在我局的大力应用, 让我们的管理理念和管理模式发生了飞跃性的进步, 使设备的维护管理手段从事后的故障处理转变为及时的缺陷消除, 变电设备故障率逐年减少, 呈现安全稳定的良好态势。

摘要：近几年来, 我局大力推广红外诊断技术。在大量的实践工作和红外诊断实例中, 我们不断对设备热缺陷的特征研究探讨, 并积累了一定的经验方法, 望电力同行给予指导和建议, 共建经验交流平台, 携手推进电力设备状态检修工作的快速发展。

关键词：电压致热效应,电流致热效应,热传递,折射

参考文献

燃气红外线辐射采暖的构造及应用 第8篇

一、燃气红外线辐射采暖的组成及工作原理

红外线是整个电磁波波段中的一部分, 波长等于0.76～1000µm, 其中波长为0.76～40µm范围内, 具有非色散性, 能量集中, 热效应显著等特点, 所以, 通常称此电磁波为热射线或红外线, 而红外线的传播过程称为热辐射。科学家利用红外线这个特点研发了适用于高大空间的红外线辐射采暖器, 解决了高大空间传统对流采暖效率差, 浪费资源的问题。

燃气红外线辐射采暖模仿太阳加热地球的原理, 燃气通过喷嘴进入燃烧器中, 在燃烧器中与空气充分混合并燃烧, 通过反射板将热量反射到下方的人体和物体上, 其中辐射过程通过空气中的损耗非常少, 并可以直接被人体吸收同时向周围散热。这样在较低的空间内就形成了一个舒服的辐射热区域。

重要组成部分及其作用

1、喷嘴:是燃气的进入口, 它的作用主要是固定燃气的流量, 并使燃气本身所具有的势能转化为动能。

2、引射器:是吸入空气并使燃气与空气均匀混合, 它一般由进口段, 混合段和扩散段三个部分组成。

3、外壳:外壳是保持燃气, 空气混合气体在进入头部之前具有一定的静压, 并使混合气体均匀地分配至发生器中去的部件。

4、分配板:分配板的作用, 使协助外壳对燃气与空气的混合气体进行均匀分布。

根据发生器头部结构和所用的材料不同, 头部分为以下形式:

多孔陶瓷板式、金属网式、复合式 (它是由多孔陶瓷板与金属网复合而成) 、筛板式。

5、反射罩 (板) :反射板的功能主要有二:一是将热射线经罩面集中后反射至某一范围内;二是利用燃烧物产物的热量加热反射板, 进行再辐射。反射罩必须选用对红外线有较强反射性的材料制作, 如经过电化学表面处理过的铝板, 不仅反射性强, 且重量很轻, 是一种较好的材料。为了减少无效热损耗, 在反射板背面贴一层高效绝热材料是有益的。

6、点火装置:点火装置是发生器的重要组成部分, 它的效果往往会影响发生器的正常工作。点火的方式很多, 常见的是带安全保护装置的电子激发自动点火。

二、燃气红外线辐射采暖设计与施工中的注意事项

1、燃气红外线辐射采暖系统适用于耗热量大的高大空间建筑的全面采暖, 局部区域或局部地点的采暖。对于排风量较大的房间, 间歇性供暖的房间宜优先采用。

2、燃气红外线辐射采暖系统的燃料, 可采用天然气、人工煤气、液化石油气。燃气输配系统应符合《城镇燃气设计规范》GB50028的有关规定。燃气压力及耗气量应满足产品设计资料要求。

3、采用燃气红外线辐射采暖时, 必须采用相应的防火防爆和通风换气等安全措施。

4、燃气红外线辐射采暖系统用于全面采暖时, 其热负荷应取常规对流时计算热负荷的80%～90%, 且不计算高度附加。

5、燃气红外线辐射采暖系统用于局部采暖时, 其耗热量可按全面采暖的耗热量乘以该局部面积与所在房间面积的比值, 再按下表乘以局部辐射采暖热负荷附加系数进行计算。

6、燃气红外线辐射采暖系统安装高度超过6m时, 每增高0.3m, 建筑物维护结构的总耗热量应增加1%。

7、高大建筑物空间全面采暖宜采用连续式红外线辐射加热器;面积较小, 高度较低的空间, 宜采用单体的低强度辐射加热器;室外工作点的采暖, 宜采用单体高强度辐射器加热器。

8、燃气红外线辐射采暖系统的以保证房间的温度分布均匀为原则, 应符合下列要求:

a、布置全面辐射采暖系统时, 沿四周外墙, 外门处的辐射器散热量不宜少于总热负荷量的60%。b、宜按不同使用时间, 使用功能的工作区域设置能单独控制的辐射器。c、人员集中的工作区域宜适当加强辐射照度。

9、燃气红外线辐射采暖系统用于局部地点采暖时, 其数量不应小于两个, 且宜安装在人体两侧的上方。

10、由室内供应空气的房间, 应能保证燃烧器所需要的空气量。当燃烧器所需要的空气量超过该房间每小时0.5次的换气次数时, 应由室外供应供气。

11、燃气红外线辐射采暖系统采用室外供应空气时, 进风口应符合下列要求:

a、设在室外空气洁净区, 距地面高度不低于2m

b、距排风口水平距离大于6m;当处于排风口下方时, 垂直距离不小于3m, 当处于排风口上方时, 垂直距离不小于6m.

12、燃气红外线辐射采暖系统, 应在便于操作的位置设置, 并于燃气泄漏报警系统联锁, 可直接切断采暖系统及燃气供应系统的控制开关。利用通风机供应空气时, 通风机与采暖系统应设置联锁开关。

三、结语

燃气红外线辐射采暖因其能源洁净, 效率高, 运行费用低等优点, 被广泛运用用各种工业生产和国民生活中, 应用于辐射采暖的高大空间如:工厂厂房、游泳馆、超市、飞机库房、体育馆等。随着科技发展、技术的进步, 红外线辐射采暖将会朝着环保节能、人性化等方向发展, 在节约地球资源的同时, 使人民的生活更加舒适和美满。

参考文献

[1]王志勇、泽华等:《基于建筑环境的空调系统设计节能分析》, 《建筑热能通风空调》, 2004, 23 (2) :54-57。

[2]陆耀庆:《实用供热空调设计手册》, 中国建筑工业出版社, 2008年。

[3]《全国民用建筑工程设计技术措施:暖通空调.动力》, 中国建筑标准设计研究院2009年。