基于單片機(jī)控制的燃?xì)鉄崴鳒囟瓤刂圃O(shè)計(jì)

[摘要]燃?xì)鉄崴鞯陌踩院鸵子眯砸恢笔窃O(shè)計(jì)者追求的目標(biāo);人類(lèi)也為此做很多嘗試,用單片機(jī)作控制系統(tǒng)是一種有益的探索。用成熟的MC6805R2作為主控芯片,結(jié)合傳感器實(shí)施溫度控制、保護(hù)控制實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠的目的。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 溫度控制 A/D轉(zhuǎn)換

中圖分類(lèi)號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0910014-02

一、現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞯牟蛔?/p>

為保證用戶(hù)安全和保證熱水器壽命的情況下,燃?xì)鉄崴饕话惆惭b在浴室外,且通風(fēng)的環(huán)境下,所以現(xiàn)有的燃?xì)鉄崴饕步o用戶(hù)帶來(lái)了以下不便:

1.熱水溫度不能實(shí)時(shí)顯示,使用戶(hù)不能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)好熱水溫度,給洗浴帶來(lái)不便。

2.水量和氣量不能實(shí)時(shí)顯示和控制,當(dāng)遇到水量、氣量突然增大或減小則會(huì)影響水溫,給用戶(hù)造成不便。

3.在洗浴過(guò)程中如果要調(diào)節(jié)溫度,則要到浴室外,或請(qǐng)人幫忙調(diào)節(jié),極不方便。

4.手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度精度差,不能快速調(diào)節(jié)到自己想要的溫度。

二、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

(一)概述

燃?xì)饪焖贌崴鹘?jīng)歷了功能簡(jiǎn)單,出水量小到目前的自動(dòng)點(diǎn)火,自動(dòng)恒溫,出水量大,各種保護(hù)功能齊全的過(guò)程,但各種控制電路保護(hù)電路也越來(lái)越復(fù)雜,硬件成本及故障也相應(yīng)較高。以軟件控制方式來(lái)代替復(fù)雜的硬件線控制已成趨勢(shì)。用結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、集軟件、硬件與一身的單片機(jī)來(lái)做主控制器是最為理想的選擇。

(二)基本工作原理

該智能燃?xì)鉄崴鞴ぷ鬟^(guò)程分別為出水溫度,水量設(shè)定;自動(dòng)點(diǎn)火,熄火保護(hù);出水溫度自動(dòng)恒溫。該智能熱水器具有以下功能:1.使用高清晰度數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示水溫,水量和氣量;2.可用鍵盤(pán)方便地設(shè)定水溫、水量并在LED上顯示;3.按設(shè)定溫度加熱到相應(yīng)水溫,并具有保溫功能。系統(tǒng)利用集成溫度傳感器AD590完成溫度測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào),經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到MC6805R2單片機(jī)中,單片機(jī)將采集到的溫度值與通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果,控制加熱器的開(kāi)斷,同時(shí)將溫度值實(shí)時(shí)顯示在LED顯示器上。其工作原理框圖如圖1所示。

1.出水溫度、水量設(shè)定

接通電源后,溫度顯示器顯示當(dāng)前水溫,水量指示器指示的水量為上次洗澡結(jié)束時(shí)的出水量,同時(shí)單片機(jī)不斷查詢(xún)功能鍵,當(dāng)水溫設(shè)定鍵按下時(shí),最初顯示初始化時(shí)設(shè)定水溫42℃,接著顯示器顯示當(dāng)前設(shè)定值,當(dāng)用戶(hù)松開(kāi)設(shè)定鍵,單片機(jī)記錄最后顯示值,作為設(shè)定值。同樣用戶(hù)根據(jù)水量指示器指示的水量,來(lái)設(shè)定自己所需的水量。在自動(dòng)恒溫過(guò)程中,若調(diào)節(jié)燃?xì)饬窟_(dá)不到恒溫時(shí),單片機(jī)就通過(guò)調(diào)節(jié)出水量來(lái)達(dá)到恒溫要求,此時(shí)實(shí)際出水量可能會(huì)偏離設(shè)定值。單片機(jī)的軟件還規(guī)定了用設(shè)定水溫不得高于65℃,若高于65℃,則以65℃作水溫設(shè)定值,最低水溫不得低于當(dāng)時(shí)環(huán)境水溫,否則不能啟動(dòng)熱水器。水量設(shè)定值最大為八段指示器全亮,最小為一段指示器亮。

2.自動(dòng)點(diǎn)火和熄火保護(hù)控制

用戶(hù)設(shè)定好水溫、水量后,開(kāi)通水閥,水動(dòng)開(kāi)關(guān)接通,單片機(jī)控制電脈沖器自動(dòng)點(diǎn)火,1秒后打開(kāi)燃?xì)怆姶砰y,火焰檢測(cè)器檢知燃燒器點(diǎn)燃后,點(diǎn)亮燃燒指示燈,關(guān)掉電脈沖點(diǎn)火器,進(jìn)入自動(dòng)恒溫控制程序。如點(diǎn)火10秒后,燃燒器還沒(méi)有點(diǎn)燃,則關(guān)掉電磁閥,電脈沖點(diǎn)火器,發(fā)出警告信號(hào)(燃燒指示燈閃爍),提醒用戶(hù)燃?xì)馐欠裼猛昊虼蜷_(kāi)等。此時(shí)要關(guān)掉水閥或按RESET按鍵才能重新點(diǎn)火。在熱水器整個(gè)工作中,燃燒器意外熄火,都會(huì)關(guān)掉電磁閥,實(shí)行熄火保護(hù),以策安全。

3.出水溫度自動(dòng)控制

當(dāng)熱水器進(jìn)入自動(dòng)恒溫控制程序時(shí),單片機(jī)通過(guò)采樣電路,取得當(dāng)前的水溫,水量、耗氣量等數(shù)據(jù),根據(jù)控制軟件和用戶(hù)設(shè)定值,先調(diào)節(jié)燃?xì)夂牧?即在實(shí)測(cè)水溫低于設(shè)定值是,接通氣量調(diào)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn),增加熱水器的熱負(fù)荷,使出水溫度上升,在熱負(fù)荷達(dá)到最大值。出水溫度還達(dá)不到設(shè)定值時(shí),接通水量調(diào)節(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn),減小出水量,使出水溫度達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)實(shí)測(cè)水溫高于設(shè)定值時(shí),先接通氣量調(diào)節(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn),降低熱水器的熱負(fù)荷,使出水溫度下降,在熱負(fù)荷調(diào)節(jié)到最小,出水溫度還高于設(shè)定值時(shí),接通水量調(diào)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn),增大出水量使水溫降到設(shè)定值,單片機(jī)就是通過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)熱水器的熱負(fù)荷和出水量,實(shí)現(xiàn)出水溫度自動(dòng)控制。

(三)硬件設(shè)計(jì)

1.水溫、水量、氣量采樣、設(shè)定電路

電路原理如圖2所示,IC1為集成溫度傳感器,用于檢出水水溫,IC2為集成運(yùn)算放大器,用于放大IC1輸出的溫度信號(hào),W2、W3分別為水量、耗氣量反饋電位器,通過(guò)檢測(cè)水閥和氣閥的開(kāi)閥位置來(lái)間接測(cè)量熱水器出水量和耗氣量。通過(guò)對(duì)PD端口DO、D1、D2腳輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)可以取得當(dāng)前的出水溫度、水量及耗氣量。SW1、SW2為水溫設(shè)定的上升鍵和下降鍵,SW3、SW4為水量設(shè)定的上升鍵和下降鍵,單片機(jī)的AO～A4接收它們的設(shè)定信號(hào)。SW1被按下時(shí),水溫顯示器1℃/S的速度向上升溫,而SW2按下時(shí),則以1℃/S的速度向下降溫,松開(kāi)時(shí),顯示器的最終顯示溫度即為設(shè)定值。SW3被按下時(shí),水量調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)水閥和水量指示電位器正轉(zhuǎn),水量逐漸增大,對(duì)應(yīng)的指示燈逐個(gè)點(diǎn)亮。水量最大時(shí),八段全亮。SW4被按下時(shí),水量調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)水閥和水量指示電位器反轉(zhuǎn),水量逐漸減小,對(duì)應(yīng)的水量指示燈逐個(gè)熄滅,水量最小時(shí),即使不松開(kāi)按鍵電機(jī)也自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng),而拄鍵松開(kāi)時(shí)的水量印為設(shè)定水量,操作方便簡(jiǎn)單。

2.溫度顯示,水量、耗氣量指示電路

電路原理圖如圖3所示,LED1、LED2分別為水量、耗氣量指示器,采用單排八段數(shù)碼管指示水量、耗氣量。與水閥芯、氣閥芯聯(lián)動(dòng)的反饋電位器,間接的反應(yīng)了水量和耗氣量,單片機(jī)采樣反饋值后,輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)給LED1和LED2,指示當(dāng)前水量、耗氣量。單片機(jī)從溫度采樣電路中輸入當(dāng)前的出水溫度,其數(shù)據(jù)經(jīng)處理后,一方面從PB端口BO～B7端將數(shù)據(jù)輸出給LED3顯示當(dāng)前水溫:另-方面與設(shè)定水溫值進(jìn)行比較運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果從PA端口的A4～A7端輸出,控制水量、氣量調(diào)節(jié)電路,實(shí)現(xiàn)出水溫度的自動(dòng)恒溫控制。圖中的Q1～Q4四只開(kāi)關(guān)三極管由單片機(jī)的PC端口CO～C3控制,用于實(shí)現(xiàn)LED1、LED2、LED3的動(dòng)態(tài)顯示,節(jié)省了單片機(jī)的有限資源,降低生產(chǎn)成本。

(四)軟件設(shè)計(jì)

主控制程序流程如圖4所示,接通電源后,單片機(jī)從RESET進(jìn)入住控制程序,初始化后,對(duì)水量、耗氣量、水溫進(jìn)行采樣,在線控器上顯示當(dāng)前水溫、指示水量、耗氣量。

三、結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)通過(guò)交互方式調(diào)溫,提高用戶(hù)安全洗浴方面做了有益的探索。實(shí)現(xiàn)了低成本環(huán)境下相對(duì)較高精度、比較可靠調(diào)節(jié)燃?xì)鉄崴魉疁氐哪康摹?/p>

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作者簡(jiǎn)介:

沈靜橋(1972-),男,四川成都人,講師,工學(xué)碩士,從事計(jì)算機(jī)嵌入式和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方向研究。