城镇居民的冬季供暖一直是社会关注的焦点，传统的供暖装置既不能根据用户的实际需要来调控室温，也造成了能源浪费。通过本装置居民能够根据实际需求设定室内温度，并且装置本身可以利用暖气管道与室温的温差进行发电，不需要额外的电源，实现了自供电功能。
1 技术原理
1. 1 半导体温差发电原理
半导体温差发电是利用塞贝克效应将热能转化为电能，将P 型和N 型两种不同类型的热电材料( P 型是富空穴材料，N 型是富电子材料) 相连形成一个PN 结，一端置于高温状态，另一端置于低温状态，由于热激发作用，P 型材料高温端空穴浓度高于低温端，N 型材料高温端电子浓度高于低温端，在浓度梯度的驱动下，P型材料空穴和N 型材料电子会向低温端扩散，从而形成电动势。
1. 2 DS18B20 温度传感器工作原理
DS18B20 内部结构主要由四部分组成: 64 位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器，它能把采集的温度信号直接转化成数值信号输出，并且测温范围为- 55 ～ +125 ℃，精度为5 ℃。
2 自供电的供暖调控装置结构设计
本装置工作时SP1848 型温差半导体组利用暖气管道与室温的温差进行发电，一部分电能维持装置工作，剩余部分电能储存到锂电池中，作为备用电源。DS18B20 温度传感器可实时监测室内温度，并将数字信号传送给STC89C52 单片机，当温度低于或高于某一设定值时，单片机会向步进电机驱动芯片发送信号，以驱动步进电机的转动，水流控制阀会在步进电机的带动下实现对水流量的控制。
2. 1 温差供电模块结构设计
本模块采用4 块SP1848-27145 半导体温差发电片串联发电，其单片规格为40 mm 长* 40mm 宽* 3. 4 mm 厚，内涵126 对PN 结。HY910导热硅胶具有导热性能好，粘合力强等特点，其蒸发量为0. 001%( 200℃ /24Hours) ，热传导系数大于0. 975 W/m-K，耗散系数小于0. 005，适用于散热片无固定扣具情况下的粘贴导热。半导体片两端都涂抹HY910 导热硅胶后，将热端紧贴在暖气片表面，冷端则和100 mm 长* 100 mm 宽* 40mm 厚的铝合金散热片紧贴在一起，以此来保持半导体两端温差。北方城镇暖气片温度一般为60 ～ 70 ℃，室内实际温度一般为15 ～ 20 ℃，理论上半导体片两端温差可维持在40 ～ 55 ℃之间，由于半导体温差发电片本身的导热，根据实际测量结果应减去8℃的温差损耗，故半导体片两端温差实际可维持在32 ～ 47 ℃之间，发电功率可达到2 W 左右。
2. 2 水流控制模块机械结构设计
水流控制模块机械结构由ULN2003 步进电机和XU8230 直式温控阀组成。ULN2003 步进电机为减速步进电机，直径为28 mm，额定工作电压为5 V，步进角度为5. 625* ( 1 /64) ，其5 线4 相的电路可以用ULN2003 芯片驱动，也可以接成2相使用，为更精确的控制暖气管道水流量，本模块采用ULN2003 芯片驱动。XU8230 直式温控阀公称压力为1. 6 MPa，工作温度为- 10 ℃100 ℃，管螺纹符合ISO 228 标准，并配有外加锥型密封圈。将ULN2003 步进电机转子与XU8230直式温控阀调节手轮进行刚性连接，并把步进电机外壳与温控阀固定在一起，这样ULN2003 步进电机就可以带动XU8230 直式温控阀调节手轮转动。
3 电路组成
3. 1 温差发电电路
STC89C52 单片机工作电压为5 伏，选LM7805 集成稳压器将SP1848 型温差半导体输出电压稳定在5 V，然后向5 V 锂电池充电，最后由锂电池向装置供电。
3. 2 单片机控制电路
3. 2. 1 温度测量显示电路
STC89C52 单片机是一个低功耗，高性能的51 内核的CMOS 8 位单片机，具有抗干扰性能强、速度快、功耗低和指令代码完全兼容8051 单片机等特点。如图7 在STC89C52 单片机最小系统的基础上，采用DS18B20 型温度传感器采集温度，温度显示采用1602 型液晶显示器，直接通过单片机I /O 接口通信。PO 口作为普通I /O 口使用，在其外部接拉电阻后，与1602 液晶显示器DB0-DB7 数据口相连; DS18B20 型温度传感器信号输出端口直接与P2. 7 口相连。
3. 2. 2 L298N 电机驱动电路
L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，最大输出电流为4A，最高工作电压为50 V，用于驱动感性负载，其输入端直接与单片机P2. 0-P2. 3 口相连，可以方便地受单片机控制，实现电机的止转、正转角度与反转角度。
4 结论
本装置利用温差半导体组为本装置供电，充分利用了二次能源，并且能够根据室温的实际情况，自动调节暖气管道的水流量，避免了能源的浪费，也为居民带来了更舒适的室内环境，具有很好的推广前景。
