一 引言
當(dāng)前市場(chǎng)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(qiáng)，價(jià)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(jī)，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高、功能易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。熱水控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，并滿足不同用戶的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器應(yīng)具有以下功能： 水溫的測(cè)量與顯示； 水量的測(cè)量與顯示； 用戶設(shè)定功能(如水溫設(shè)定，定時(shí)設(shè)定等)； 對(duì)電加熱管的控制功能； 一些功能鍵(如定時(shí)自動(dòng)加水，恒溫控制，手動(dòng)加水，手動(dòng)加熱等)。 安全措施(漏電檢測(cè)，安全失效保護(hù)，限溫保護(hù)等)。
二硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)熱水控制器的功能要求，并結(jié)合對(duì)PIC16C5X 系列單片機(jī)的資源分析，采用此系列中的主流型號(hào)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(jì)和讀取水量，RC0~RC2用于跟DS1820通信進(jìn)行水溫測(cè)量，RB0~RB1對(duì)七段碼進(jìn)行掃描，RB2~RB5 LED指示燈顯示，RC6漏電檢測(cè)，RC7控制揚(yáng)聲器用于報(bào)警和指示。
1、水溫測(cè)量電路測(cè)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(cè)量范圍-55℃~125℃，采用獨(dú)特1-WIRE 總線協(xié)議，只需一根口線即實(shí)現(xiàn)與MCU 的雙向通訊，具有連接簡(jiǎn)單，高精度，高可靠性等特點(diǎn)。在工作時(shí)，通過(guò)總線向其提供電源，單片機(jī)發(fā)出指令碼讀取溫度值。 鍵盤與水量測(cè)量電路由于在本系統(tǒng)中，只要求顯示四個(gè)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(shí)會(huì)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(jì)中，將水量檔位信號(hào)與按鍵通過(guò)一片74HC148優(yōu)先編碼器連接到單片機(jī)的I/O 口上。按鍵的優(yōu)先權(quán)高于水量信號(hào)，水量高檔位信號(hào)優(yōu)先權(quán)高于低檔位信號(hào)，以保證能優(yōu)先響應(yīng)按鍵。
2、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(duì)溫度和水量進(jìn)行循環(huán)掃描顯示。四個(gè)LED 用于當(dāng)前按鍵功能設(shè)定。
3、水溫和水量控制電路 單片機(jī)通過(guò)光電耦合對(duì)繼電器進(jìn)行控制，用來(lái)切斷或接通加熱管電源，關(guān)閉或打開水閥，從而達(dá)到對(duì)水溫和水量的控制。
4、漏電檢測(cè)及報(bào)警電路由于熱水器工作在潮濕的場(chǎng)合，因此需具備漏電檢測(cè)與報(bào)警功能。漏電檢測(cè)由漏電檢測(cè)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(guò)一定閾值時(shí)，比較器輸出低電平，否則保持高電平，再通過(guò)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(shí)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(shí)間(小于10ms)對(duì)RC6 口進(jìn)行查詢，以檢測(cè)是否漏電，一旦檢測(cè)到RC6 變低，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后切斷加熱管電流，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警電路還在傳感器出現(xiàn)故障、超溫時(shí)報(bào)警提示。 PIC16C57 本身具有看門狗定時(shí)器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行掉電保護(hù)和系統(tǒng)復(fù)位。
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