電加熱飲水機的自動控制

【摘 要】本文研究的電加熱飲水機控制系統(tǒng)正是針對我國在電加熱飲水機上所存在的巨大的能源消耗而開發(fā)出的新型節(jié)能控制系統(tǒng)。

【關鍵詞】節(jié)能控制 軟起動

【ABSTRACT】We study the electric heating water machine control system is aimed at our country on the electric heating water dispenser of huge energy consumption and develop new energy-saving control system

【KeyWords】 Energy-saving and contorling Soft Start

由于本次的設計是一個單片機的小型系統(tǒng)，在這次設計中需要注意的問題有： （1）注意硬件方案的結合；（2）電路的抗干擾性能；（3）對元器件的保護能力，要在電路中對電流敏感元器件進行限流控制。

硬件設計是本次設計的基礎，它的成功與否關系到本次設計的成敗。首先我們依然是對系統(tǒng)進行分析，分析它有些什么功能，用什么樣的器件才能實現(xiàn)。

根據(jù)任務書的要求，分析出需要的功能有：具備感溫功能、溫度調節(jié)的調節(jié)、按鍵控制功能等。

基于以上功能要求，我們決定使用AT89C51芯片，顯示器件選用數(shù)碼管（4個），通過電阻驅動，驅動數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管采用動態(tài)顯示。

電加熱飲水機的硬件部分由智能控制器和功率變換單元組成。其中功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號檢測與處理器等組成。智能控制系統(tǒng)硬件主要由溫度傳感器、信號變送器、微處理器、AM和D/A轉換器等組成。

硬件系統(tǒng)的工作原理為：溫度信號通過溫度傳感器轉變成模擬信號，經變送器輸入至A/D轉換器，實現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關閉。把溫度轉變成電信號，通過模糊算法實時進行處理判斷開或關，實現(xiàn)節(jié)能控制。其系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。

圖1-1 硬件結構圖

一、溫度信號的采集與檢測設計

溫度檢測其實就是利用了一個溫度傳感器。所謂溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。它的物理基礎是熱效應，而熱效應是指物質系統(tǒng)在物理的或化學的等溫過程中只做膨脹功的時所吸收或放出的熱量。它在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中，應用非常廣泛。

在本系統(tǒng)的設計過程中，熱源檢測用于整套系統(tǒng)的開啟和關閉，因此只需要通過硬件電路的分析，當開機后，經過上電復位，開始溫度感應。開機后系統(tǒng)內部自定義關閉溫度為100度，為了更好的節(jié)省資源（電力）。

整個系統(tǒng)可以分為傳感器、智能控制器、可變電抗器三個部分。

硬件系統(tǒng)的工作原理為：溫度傳感器將溫度信號轉變成模擬電信號，通過A/D轉換后送入智能控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關閉，實現(xiàn)節(jié)能控制。

二、智能控制器總體設計

智能控制器硬件主要由溫度傳感器、信號調節(jié)與轉換電路和微處理器組成，其工作原理為：溫度傳感器實時檢測電加熱飲水機內溫度，并將其轉變成模擬電信號，經A/D轉換送入CPU，實現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關閉，實現(xiàn)節(jié)能控制?，F(xiàn)場控制設備功能的實現(xiàn)是軟硬件的結合。

系統(tǒng)硬件結構圖如圖1-2所示。

圖1-2 系統(tǒng)硬件結構圖

整個系統(tǒng)分為上下位機，上位機主要功能是人機交互設備，其控制器CPU選擇的是PHILIPS公司的P89LPC2589；下位機主要用于對晶閘管同步觸發(fā)控制，通過單片機89S52調整晶閘管調壓控制電路。上下位機因為都是單片機通訊而且距離非常的近，因為在同一個設備里面，所以我們選擇訂L電平直接串行口通訊。

P89LPC2589是一款單片封裝的微控制器，含有多種低成本的封裝形式。

它采用了高性能的處理器結構，指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期。6倍于標準80C51器件P89LPC2589集成了許多系統(tǒng)級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。

P89LPC2589的主要特性有：

（1）8KB字節(jié)可擦除Flash程序存儲器，具有1KB扇區(qū)和64字節(jié)頁。單字節(jié)擦除特性使得任何字節(jié)都可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲。

（2）256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器。512字節(jié)附加片內RAM。

（3）512字節(jié)片內用戶數(shù)據(jù)EEPROM存儲區(qū)，可用來存放器件序列碼及設置參數(shù)等。

P89LPC2589的其他特性：

（1）當操作頻率為18MHz時，除乘法和除法指令外，高速80C51CPU的指令執(zhí)行時間為1llns～222ns。同一時鐘頻率下，其速度為標準80C51器件的6倍。只需要較低的時鐘頻率即可達到同樣的性能，這樣無疑降低了功耗和EMI。

（2）串行Flash在電路編程（ICP）可通過商用EPROM編程器實現(xiàn)簡單的編程。Flash保密位可防止程序被讀出。

（3）串行Flash在系統(tǒng)編程（ISP）可實現(xiàn)已固定在最終應用上的器件的編程。

（4）Flash程序存儲器可實現(xiàn)在應用中編程（腳）。這允許在程序運行時改變代碼。

（5）看門狗定時器具有片內獨立振蕩器，無需外接元件。

（6）空閑和兩種不同的掉電節(jié)電模式。提供從掉電模式中喚醒功能（低電平中斷輸入喚醒）。典型的掉電電流為l釁（比較器關閉時的完全掉電狀態(tài)）。

（7）低電壓復位（掉電檢測）可在電源故障時使系統(tǒng)安全關閉。該功能也可配置為一個中斷。

（8）低電平復位。使用片內上電復位時不需要外接元件。復位計數(shù)器和復位干擾抑制電路可防止虛假和不完全的復位。另外還提供軟件復位功能。

（9）可配置的片內振蕩器，其頻率可通過用戶可編程Flash配置位進行選擇。RC振蕩器選項支持的頻率范圍為20l（Hz～18MHz。

（10）振蕩器失效檢測。看門狗定時器具有獨立的片內振蕩器，因此它可用于振蕩器的失效檢測。

三、結束語

本文通過系統(tǒng)構建與方案設計、系統(tǒng)硬件設計、軟件設計以及控制策略，證明所設計的智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)是可行的。通過對本課題的研究與設計可以得出以下結論：

（一）電加熱飲水機的自動控制系統(tǒng)的起動、調壓效果是明顯的，電壓能從零連續(xù)起調，可以做到無過流，起動力矩也大，對電網沖擊小。與此同時控制系統(tǒng)能夠很好的控制電加熱飲水機的電壓大小，將起動過程對電加熱飲水機損害降到更小、顯著延長電加熱飲水機設備的使用壽命。

（二）對系統(tǒng)的仿真進行了研究，對可變電抗器的仿真與建模可以得證晶閘管隨著角度的增大，相當于是一個可變阻抗。這樣，改變晶閘管控制角的增大，可以改變可變電抗器的等效阻抗。

（三）電加熱飲水機自動控制系統(tǒng)使用方便，制造成本合理，維護較容易。從經濟角度與技術角度綜合來看，具有廣闊的應用前景。用一套裝置可以同時控制路燈的起動和停止，且重復性好。

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