基于网络监控的船用新型太阳能制冷机

基于网络监控的船用新型太阳能制冷机

李玲 1 张栋杰 2 赵尚飞 3 贾睿龙 4 冉杨 5 通讯作者：任亦然

重庆交通大学 航运与船舶工程学院 重庆 400074

【摘 要】本文设计了一种基于网络监控的船用新型太阳能制冷机，其能量来源以太阳能为主，船舶柴油机余热发电的电能为辅，并应用单片机与物联网技术对制冷机和集装箱状态温度进行监控，可以有效解决一次能源的利用对环境及资源所造成的负面影响，该设备主要针对冷链运输船也能运用于所有船舶。

【关键词】网络监控；太阳能；溴化锂；制冷机

引言

在世界的一些港口城市和内河航道，作为航运业承载工具的船舶无疑是一个重要的污染源，世界十大港口有七个位于中国。如此频繁的船舶进出，势必会对水环境和大气环境造成污染。随着航运业的发展，船舶排放污染这个问题急需得到解决。而传统的船舶制冷装置在节能环保方面有所欠缺，制冷剂泄放和制冷过程中一次能源的使用等问题都会对环境及资源造成负面影响。

针对上述问题，本文设计了一种基于网络监控的船用新型太阳能制冷机。太阳能资源十分丰富，其利用效率也很高，因其属于清洁能源，不会造成环境污染，有效的解决了船舶制冷的需求，同时利用单片机和物联网技术对制冷机与集装箱进行远程监控，以便实时了解装置运行情况。

1 制冷系统设计

该装置主要是在太阳能溴化锂吸收式制冷机的基础上，对制冷机的集热模块进行船舶化适应性设计，并基于船舶柴油机余热利用设置了补热模块。制冷系统结构如图1所示。

图1制冷系统结构

1.1集热模块设计

集热系统主要由集热器和储水箱组成。由于船舶甲板空间资源有限，将集热器改造为隐藏式集热器，太阳能资源充足时将集热器放置在甲板上，太阳能不足时将其隐藏在甲板下，在海上环境恶劣的时候，也可以将集热器隐藏，以便起到保护集热器的作用，可通过网络远程控制集热器状态。考虑到造价以及工作温度等因素，采用平板集热器作为集热器；储水箱放置在集热器下方，并在储水箱夹层中填充橡塑保温材料进行保温处理。

1.2补热模块设计

设计了基于船舶柴油机余热利用的补热系统来代替集热模块供热，利用船舶柴油机废气中的余热进行发电，并将电能储存在蓄电池中。考虑到成本问题，选择稳定、安静、低维护率的温差发电技术，船舶柴油机排出的高温废气经管道进入平板式换热器，废气中的部分热能转换为热量传递到半导体温差发电片的热端，发电片的冷端浸在冷却水中，使发电片两端产生温度差，导线之间产生电势差，导线与蓄电池连接，将产生的电能储存在蓄电池中。在集热器不能正常工作时，蓄电池放电，将储水箱中的热媒水进行加热，从而代替集热器的供热功能。

2 网络监控系统设计

该网络监控系统以AT89C51单片机作为主控芯片，主要模块包括温度传感模块、电机驱动模块、Wi-Fi模块等等以及移动端的blinker点灯物联网平台。

2.1系统硬件设计

2.1.1 AT89C51单片机最小系统

AT89C51是一种具有4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，该单片机需要5V的电源供应。AT89C51单片机最小系统包括单片机，晶振电路，复位电路，这是网络监控系统的核心。

2.1.2温度传感模块

DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，温测范围为-55℃~125℃，可用来检测该模块所处环境的温度，DS18B20数字传感器内部有信号A/D采集缓冲器，可以将模拟信号转换成数字信号后，通过串行输入的方式将采集到的数据发送给单片机。

2.1.3 Wi-Fi模块

ESP8266是一款无线Wi-Fi模块，专为移动设备，可穿戴电子产品和物联应用设计，可以通过AT指令配置，和单片机上的串口进行通信，利用Wi-Fi进行数据传输；有着简单易学，价格低廉，设计紧凑，集成度高的优点，便于嵌入式开发。

2.1.4 电机驱动模块

本装置同过电机来控制太阳能集热板的隐藏和展出以及供热热源的切换，在实际的生产中可以通过控制继电器进而控制电机进行工作，模块工作电压为+24V，通过接受移动端的信号，经ESP8266和单片机，将命令传输至电机驱动模块，完成动作。

2.2监控原理

通过独立按键设置温度的上下限，通过DS18B20采集制冷环境温度，将数据传输至单片机，同时通过ESP8266Wi-Fi模块，将数据传输至blinker平台，操作者可以通过手机移动端随时查看温度情况，当温度超过设定的范围，蜂鸣器会发出警报，在手机移动端也会出现警报，提示制冷机出现故障；同时，使用者可以通过移动端来控制热源供给方式，在太阳能供热模式和余热发电补热模式之间进行切换，同时也可以控制太阳能集热板的展开和隐藏。

3 结束语

随着世界贸易的日益频繁，船舶的制冷需求将越来越大，本文设计的基于网络监控的船用新型太阳能制冷机，在现有技术的基础上，对其供能部分进行了船舶化适应性的改造设计，保证了能源的利用效率，减少燃油消耗，大大的降低的船舶运营成本，同时也有助于减少船舶排放污染，并通过网络对其进行监控，保证了装置的安全和稳定。虽然前期投资大，但几年之内便可回收成本，具有广阔的发展前景。

参考文献

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项目编号：X202010618033（课题编号不得删除）