智能中央供暖锅炉控制盒 — 高效能源管理方案

元件与材料

项目简介

引言

如果您家中使用燃气锅炉中央供暖，且客厅安装了室温控制器，当客厅温度达标时控制器会关闭锅炉，导致全屋停止供暖。若客厅有壁炉或燃木炉，其他房间就会变冷。锅炉供应商通常会安装天气补偿控制或气候控制系统，但这类系统缺点明显：燃气费高、与地暖配合效果差。锅炉控制盒 (BCB) 是一种更优、更廉价的解决方案。

功能特点

• 即使客厅温控器要求关闭锅炉，也能通过“覆盖功能”为其他房间供暖
• 面板提供临时覆盖和永久覆盖两种开关
• 面板可调节锅炉最高出水温度
• 4×20 LCD 实时显示：实测锅炉温度、设定最高温度、覆盖状态及剩余时间/永久覆盖、阀门保护程序状态及剩余时间、阀门保护运行次数、重启提示
• “故障安全”设计：BCB 断电时，室温控制器直接控制锅炉，供暖正常运行
• 内置看门狗，软件崩溃时自动重启
• 需在回水管路安装电动阀 (电动二通阀)；若原有天气补偿系统，阀门已就位
• 阀门保护程序每约 24 小时自动开闭一次，防止阀门卡滞
• 地暖管路水温最优，不受室外温度影响，优于传统天气补偿系统
• 消除锅炉频繁启停 (pendeling)

优势

• 全屋各房间供暖独立于客厅温度
• 客厅温度舒适，地暖水温全程可控，优于传统气候控制系统
• 燃气费低于传统天气补偿系统
• 延长锅炉寿命，减少水泵、风机等部件维修

工作原理

BCB 连接锅炉温控触点、客厅温控器、地暖供水电动阀，以及安装在锅炉出水管上的 NTC 温度传感器。面板显示实测出水温度 (Tmeasured)、覆盖模式下的设定最高温度 (Tset)、覆盖状态、阀门保护运行次数。

非覆盖模式/断电时：客厅温控器直控锅炉，电动阀常开，面板 LED 熄灭，显示“Override: OFF”。若温控器要求停炉，全屋停暖。

覆盖模式：通过面板拨码开关 (永久) 或按键 (临时 1-8 小时) 启用。BCB 接管锅炉控制：实测温度超 Tset 停炉，低于 (Tset - 20°C) 启炉 (滞回 20°C 可在代码修改)。此时锅炉出水温度维持在 39-59°C 区间，各房间可独立供暖，配合散热器温控阀调节室温。客厅温度由温控器通过电动阀调节地暖流量控制。

制作方法

按原理图连接。Arduino 5V 输出接所有 +5V (箭头处)，所有地线互联。BCB 由外部 12V 直流电源供电。Arduino 5V 输出电流不足以同时驱动 LCD 和继电器模块，继电器模块由 LM2596 降压模块单独供电 (输入 12V)。继电器模块上连接 Vcc 与 JD-Vcc 的跳线帽需拆除。详见原理图。

下载程序烧录至 Arduino 即可。

所需元件清单：

• Arduino Uno
• 8 路继电器模块
• LCD 2004A 显示屏
• LM2596 5V 降压模块
• 12V 直流外部电源
• B+B Thermo Technik TS-NTC-103 (10kΩ)
• 金属膜电阻 10kΩ 0.1% 精度
• 10kΩ 线性电位器 (面板安装)
• 10kΩ 微调电位器
• 电阻 820Ω、1500Ω、10kΩ (各 2 只，精度不敏感)
• 电容 0.1μF (100nF) 16V (2 只)
• 电解电容 470μF 16V
• 轻触开关 (常开)
• 拨码开关
• 4 个 2.5mm 面板插座、1 个电源插座、4 个单针 2.5mm 插座
• 低电流 LED (如 Kingsbright L53 LYD 黄色)
• 外壳

安装指南

将电动阀、客厅温控器、锅炉插头分别接入 BCB 对应插座。NTC 引线需绝缘 (热缩管)，用扎带固定在锅炉出水阀上。接入 NTC 插头，接通 12V 电源即可。

启动 BCB

上电后显示启动信息及固件版本。若永久覆盖拨码开关在 OFF 位，显示实测温度、设定温度、覆盖关闭、BOOTED。将拨码开关拨至永久覆盖并按下临时覆盖键可清除 BOOTED 提示，显示“#VP=0”(阀门保护运行 0 次)。再拨回 OFF 即可正常使用。

阀门保护程序 (VPP)

约每 24 小时运行一次，开闭电动阀防止卡滞，计数器 #VP 递增 (99 后归零)。运行期间显示剩余时间，总耗时 15 分钟 (因电动阀响应较慢)。若曾使用覆盖功能，首次 VPP 将在覆盖关闭约 24 小时后执行。

看门狗

软件崩溃时自动重启，LCD 显示“REBOOT IN PROGRESS”，重启后正常运行，#VP 替换为“REBOOT”提示用户。清除方法同启动步骤。

代码

Boiler Control Box sketch v 1.3

代码较长，请从项目仓库下载。

原理图

原理图见项目文件。