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　　關(guān)鍵詞: PIC單片機;DS1820數(shù)字溫度傳感器;熱水控制器

　　引言

　　當(dāng)前市場上的熱水控制器基本上采用雙金屬片溫控,控溫精度低、可靠性差、功能單一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,單片微處理器功能日益增強,價格低廉,在各方面得到廣泛應(yīng)用。在熱水控制器中應(yīng)用單片機,具有設(shè)計簡單、可靠性高、功能易擴展等優(yōu)點。

　　熱水控制器主要實現(xiàn)對水溫的控制,并滿足不同用戶的個性需求。因此一個較完善的控制器應(yīng)具有以下功能：

　　水溫的測量與顯示;

　　水量的測量與顯示;

　　用戶設(shè)定功能(如水溫設(shè)定,定時設(shè)定等);

　　對電加熱管的控制功能;

　　一些功能鍵(如定時自動加水,恒溫控制,手動加水,手動加熱等)。

　　安全措施(漏電檢測,安全失效保護(hù),限溫保護(hù)等)。

圖1 總體布局圖

2(a)基本溫度水溫測量電路

圖2 (b)基本顯示電路圖圖

圖2(c)水閘加熱管控制電路

　　硬件電路設(shè)計

　　根據(jù)熱水控制器的功能要求,并結(jié)合對PIC16C5X系列單片機的資源分析,采用此系列中的主流型號PIC16C57作為電路系統(tǒng)的控制核心。電熱水控制器的總體布局如圖1所示。

　　基本硬件電路圖如圖2(a)~(c)所示。在本系統(tǒng)中,RA0~RA3用于七段碼顯示,RB6控制水閘開關(guān),RB7控制電加熱管,RC3~RC5用于按鍵設(shè)計和讀取水量,RC0~RC2用于跟DS1820通信進(jìn)行水溫測量,RB0~RB1對七段碼進(jìn)行掃描,RB2~RB5 LED指示燈顯示,RC6漏電檢測,RC7控制揚聲器用于報警和指示。

　　水溫測量電路

　　測溫元件采用DALLAS的單線數(shù)字溫度傳感器DS1820。DS1820提供九位溫度讀數(shù),測量范圍-55℃~125℃,采用獨特1-WIRE 總線協(xié)議,只需一根口線即實現(xiàn)與MCU的雙向通訊,具有連接簡單,高精度,高可靠性等特點。在工作時,通過總線向其提供電源,單片機發(fā)出指令碼讀取溫度值。

　　鍵盤與水量測量電路

　　由于在本系統(tǒng)中,只要求顯示四個檔位的水量值,因此水量傳感器采用的是開關(guān)式傳感器,當(dāng)水量達(dá)到某一檔時會拉低該檔電平,接口電路與按鍵按下類似。因此在電路設(shè)計中,將水量檔位信號與按鍵通過一片74HC148優(yōu)先編碼器連接到單片機的I/O口上。按鍵的優(yōu)先權(quán)高于水量信號,水量高檔位信號優(yōu)先權(quán)高于低檔位信號,以保證能優(yōu)先響應(yīng)按鍵。

　　顯示電路

　　溫度采用二位七段碼顯示,顯示范圍0℃~99℃。水量采用一位七段顯示,顯示1、2、3、4,四檔水位。對溫度和水量進(jìn)行循環(huán)掃描顯示。四個LED用于當(dāng)前按鍵功能設(shè)定。

　　水溫和水量控制電路

　　單片機通過光電耦合對繼電器進(jìn)行控制,用來切斷或接通加熱管電源,關(guān)閉或打開水閥,從而達(dá)到對水溫和水量的控制。

　　漏電檢測及報警電路

　　由于熱水器工作在潮濕的場合,因此需具備漏電檢測與報警功能。漏電檢測由漏電檢測線圈的輸出經(jīng)整形后輸入到RC6口,電路原理圖如圖3(a)所示。當(dāng)漏電流超過一定閾值時,比較器輸出低電平,否則保持高電平,再通過一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路產(chǎn)生如圖3(b)所示波形,低電平保持時間t可由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。在本系統(tǒng)中t為10ms,由于PIC16C57沒有中斷功能,因此程序中必須每隔一定時間(小于10ms)對RC6口進(jìn)行查詢,以檢測是否漏電,一旦檢測到RC6變低,經(jīng)過確認(rèn)后切斷加熱管電流,同時進(jìn)行報警。報警電路還在傳感器出現(xiàn)故障、超溫時報警提示。

　　PIC16C57本身具有看門狗定時器,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時,能自動進(jìn)行掉電保護(hù)和系統(tǒng)復(fù)位。