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千亿棋牌官网最新版2021 分時控制電熱水器的嵌入式控制器設計 電熱水器控制器原理

發布日期:2018-02-09
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1 概述

    隨著國家對家用電器節能和安全認證工作的開展,城市用電分時計費方式開始被推廣實施,即用電高峰在時收費高,用電低谷時收費低。目前采用機械溫包控制方式熱水器已少見,早期的 電熱水器 因控制簡單、智能化程度低、保護功能少,已不適應現代生活的需求。本文所談到的控制器采用高性價比單片機,運用軟件控制技術,融合智能化控制思想,增加了漏電檢測、干燒報警等多重保護功能,大大提高了電熱水器的智能化、安全性,并采用LCD顯示溫度,使熱水器具有良好的人機界面,方便用戶操作,使該款電熱水器顯得更加經濟實用。

2 系統功能設計

    本款電熱水器智能控制器,主要具有以下獨特功能:①帶柔和背光的液晶實時顯示溫度和實時時鐘;②具有漏電、干燒、過熱、傳感器失效等多重保護;③方便的按鍵操作:系統開啟鍵;功率選擇鍵;定時狀態鍵;分段定時設定或時鐘校準狀態切換鍵;調整溫度、時鐘、定時開關機時間的數值設定鍵;④運行狀態指示;⑤故障聲光報警與指示。

3 系統硬件設計

    該系統電路主要由電加熱管控制電路、漏電檢測電路、蜂鳴器驅動電路、溫度采樣電路、液晶和發光管顯示電路、按鍵電路、背光等組成。

MCU選用高性價比的TMP87P809N,該單片機豐富的資源(內含512字節的RAM、8K字節的ROM,10個中斷源,22個I/O口,兩個16位多功能定時器,一個基本定時器,一個Watchdog定時器,一個SCI口,6路8位A/D轉換器)及低價格,特別適合智能家電的嵌入式控制。

3.1 溫度采樣電路

    本系統采用一路溫度傳感器實時采集熱水器的水溫用于MCU控制;由于單片機自帶A/D電路,由熱敏電阻式溫度傳感器和一高精度電阻分壓構成即可;為提高抗干擾能力,可在單片機口線上串接一個電阻,并接一個按地的濾波電容。

3.2 漏電檢測

電熱水器的使用,安全性能是其考慮的首要因素。本系統設計了獨特的漏電檢測和保護電路。電加熱管的電源穿過互感器L,繼電器J將電加熱管的強電同外界隔離。

     加電時,單片機的(P1).1口,輸出一高電平,使J吸合,電加熱上得到電源。沒有漏電發生時,流進電加熱器和流出電加熱器的電流的平衡,L上無感應電動熱,而一旦有漏電發生,進出電加熱器上的導線中的電流不平衡,L上就有感應電動熱,經D1、D2、C1電路的濾波整流得到直流電壓V1送比較器,當V1大于警戒電壓V2時,比較器IC的輸出就會翻轉,產生一下降沿,送到單片機的中斷口INT,單片機立刻響應中斷,使(P1).1口輸出一低電平,繼電器J斷開,迅速切斷電加熱器的供電電源。

    R5、R6、T2和單片機的(P1).0口構成了漏電保護電路的時時監控系統。(P1).0口每隔一定時間(如5分鐘)輸出一高電平,使T2飽和導通,L上立刻感應出電壓V1,此時V1>V2,比較器輸出翻轉,單片機應產生中斷。如單片機沒有及時產生中斷,說明漏電保護電路有故障,(P1).1口輸出低電平,使繼電器J釋放,切斷熱水器電源;液晶顯示故障,蜂鳴器報警。這就確保了漏電保護電路的實時可靠性。

3.3 液晶驅動電路

     液晶顯示選用HT1621B,該芯片是一種智能型的液晶顯示驅動專用模塊,具有集成化程度高,體積小,功能強,功耗低,所需外圍器件少等特點,以串行方式和單片機進行數據通信,能驅動32×4位LCD液晶屏。

CS是HT1621B的片選腳,當它為低電平時,單片機和HT1621B之間的數據通信被接通,否則被禁止。WR是寫數據的時鐘腳,在WR時鐘信號的上升沿,HT1621B才接收來自DATE線的命令或數據。

DATE是串行數據的輸入/輸出腳。電阻R7的作用是調節液晶顯示屏的亮度,取值范圍一般為15KΩ±20%。

4 軟件設計

     軟件設計采用功能獨立化、結構模塊化為軟件設計模式。程序由主程序、INT中斷程序和定時中斷程序構成。INT中斷程序用于漏電檢測和漏電保護電路的監控;定時中斷程序用于產生時鐘和各種時間的計數;主程序由初始化程序和各個功能模塊程序組成。A/D采樣程序完成對溫度的數據采集,并根據溫度設定值,用以控制電加熱管的開關。如采集到的數據過高或過低,則認為包括傳感器在內的采樣電路有故障,關斷電加熱管,系統報警。

4.1 防干燒保護

    由于熱水器的長時間使用造成密封圈老化,或其它因素造成熱水器漏水,使熱水器缺水。這時,如加上電源,會使加熱管處在干燒狀態,如不及時關斷電源,電加熱管會燒斷,甚至爆裂。

防干燒保護子程序就是實時監控加熱器的溫升,如發現溫度升得過快,則認為是干燒,立刻關斷加熱管,并報警。單位時間取1分鐘,因干燒造成的后果嚴重,因此,判斷干燒的溫升應在1分鐘內判斷,而不要等到1分鐘計時結束才判斷。

4.2 分段定時

    系統根據一天24小時的實時時鐘,將定時間分為0~6,6~12,12~18,18~24四個時間段,共12種方式,用戶可選擇一段或多段來定時加熱,亦可利用“∧”、“∨”鍵來修改四個時間段和上、下限,如需取消某一定時段,將該時間上、下限設置為相同即可。分段定時設定好以后,按定時鍵進入定時狀態,再次按下定時鍵,則取消定時。

4.3 LCD顯示程序

HT1621B是多功能液晶驅動芯片。使用前,必須先初始化,然后才能向其輸送數據,驅動所需的液晶顯示。

5 抗干擾設計

電熱水器使用環境潮濕,電源污染對其產生的干擾尤其嚴重,為保證控制系統的可靠運行,采取了以下抗干擾措施。硬件設計上,注意元件的布局,即要把模擬信號、數字電路、噪聲源(強電部分)三部分合理地分開,設計印制板時,各元件之間的引線要盡量地短,地線和電源線應適當加粗,集成電路的電源和地之間要加一個去耦電容。

軟件設計上,采用了指令冗余、軟件陷阱和利用單片機內部的WATCHDOC監視器實現軟件工作自恢復等方法;為了消除A/D傳感器通道的干擾信號,利用CPU運算與控制功能實現數字濾波;并采用重復檢測法,實現對漏電的準確判斷。

6 結束語

本文介紹了新型分段計時控制的智能電熱水器控制器中的應用設計,該產品已批量生產,取得了良好的經濟和社會效益。隨著技術的發展,具有自學習能力、網絡遠程控制能力的智能電熱水器也正在研制過程中。




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