全天分段熱水智能控制器的設計與實(shí)現

摘要：針對傳統的溫控熱水器資源利用率低、功能單一等缺點(diǎn)，設計了一種基于I2C和單總線(xiàn)通信的全天分段熱水智能控制器。該控制器不僅可以根據用戶(hù)的需要智能恒溫，而且能實(shí)時(shí)顯示實(shí)際溫度，日歷時(shí)鐘以及循環(huán)泵的工作狀態(tài)。并有實(shí)時(shí)快速加熱、掉電保護等功能。本文詳細介紹了系統構成以及軟硬件實(shí)現過(guò)程。實(shí)踐表明，該系統可靠性好、適應性強、性?xún)r(jià)比高，達到了預先的設計目標，具有很好的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：PIC16F72；單總線(xiàn)；I2C總線(xiàn)；DS18B20；PCF8563；LCD

傳統的溫控熱水器大多把溫度作為唯一的控制參數，系統利用溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測并將溫度設定值與測量值進(jìn)行比較，只要測量值小于設定值就啟動(dòng)循環(huán)泵加熱以達到滿(mǎn)足用戶(hù)需要的目的。這類(lèi)熱水器功能單一且浪費了大量的水、電資源。
一般情況下，家庭使用熱水的時(shí)間點(diǎn)比較固定，基本可以分為早、中、晚3個(gè)時(shí)間段。針對這一情況，本設計采用Microchip的PIC16F72單片機為主控制器，根據DS18B20所采集的溫度數據以及用戶(hù)設置的時(shí)間段(3段)上下限數值和溫度設定值對循環(huán)泵的啟動(dòng)和停止進(jìn)行控制，實(shí)現對熱水器水箱溫度的有效控制。這樣循環(huán)泵在其它時(shí)段便不會(huì )工作，節省了大量的電能。當用戶(hù)需要在非設置時(shí)間段內使用熱水時(shí)，可以按下加熱鍵進(jìn)行快速加熱，從而保證了用戶(hù)也能及時(shí)用到熱水。顯然這種控制器在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的前提下顯著(zhù)增強了溫控系統智能化程度，大大提高了資源利用率，給用戶(hù)帶來(lái)了真正的實(shí)惠。

1 總體設計及工作原理
全天分段熱水智能控制器主要由單片機控制模塊，溫度采集模塊，日歷時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、時(shí)間段上下限及預加熱溫度設置模塊、電機驅動(dòng)模塊和外部存儲模塊等部分組成。其系統框圖如圖1所示。

單片機PIC16F72作為控制器的核心，快速響應各種給定信號和反饋信號，并發(fā)出相應的指令控制各個(gè)部分，保證整個(gè)系統有序工作。溫度傳感器檢測熱水器水箱溫度并通過(guò)單總線(xiàn)送入到單片機中進(jìn)行處理，時(shí)鐘芯片及外部存儲器通過(guò)I2C總線(xiàn)與單片機間進(jìn)行通信。溫度顯示實(shí)時(shí)溫度和設置溫度。時(shí)間顯示設置時(shí)段及系統時(shí)鐘。在實(shí)際溫度小于設置溫度3度時(shí)，如果時(shí)間在設置的3段范圍內，水泵啟動(dòng)，當實(shí)際溫度大于設置溫度時(shí)，水泵停止工作。加熱鍵根據用戶(hù)需要實(shí)現快速加熱。

2 系統硬件設計
單片機選用微芯公司的PIC16F72，完全可以滿(mǎn)足本系統中要求的采集、外部中斷、控制、數據處理及存儲空間的需要，在用PIC16F72設計系統時(shí)，首先要構成一個(gè)最小系統，單片機才能正常工作，即電源、晶振、復位缺一不可。本系統采用的是+5 V電源，晶振采用的是4 MHz和兩個(gè)30 pF電容構成的無(wú)緣晶振，復位電路采用的是改進(jìn)型RC復位電路，即在經(jīng)典的RC復位電路基礎上增加了一個(gè)二極管構成放電回路，這樣不但可以避免電源毛刺造成系統不穩定，而且電源緩慢下降也能可靠復位。