基于單片機控制的家用采暖洗浴器設計

3．1 數據采集
對房間溫度、采暖水溫、洗浴水溫信號的檢測采用 DS18B20芯片。 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數字溫度傳感器，具有 3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為 -55℃~+125℃,可編程為9～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達 0.0625℃；多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到3或2根線(xiàn)上， CPU只需一根端口線(xiàn)就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路，比較適合于該系統對溫度的測量。
對水位的檢測在膨脹水箱中使用高、中、低三個(gè)探點(diǎn)，最低的探點(diǎn)接工作電源，中間為低水位探點(diǎn)，頂部為高水位探點(diǎn)。為防止探點(diǎn)因水的電離吸附而締結水垢，除選用特殊材料外，其工作電源采用交流信號供電。采暖、洗浴水壓開(kāi)關(guān)信號的檢測采用開(kāi)關(guān)式傳感器，無(wú)水流過(guò)水壓開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出高電平；當有水流過(guò)水壓開(kāi)關(guān)后，輸出低電平信號。
3．2 執行機構
執行機構均采用繼電器控制，單片機送出的執行信號經(jīng)光電隔離、三極管驅動(dòng)放大后，控制繼電器線(xiàn)圈電流，使繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，接通或斷開(kāi)循環(huán)泵、電磁閥和各加熱體的供電電源。聲報警電路由晶體管放大器及蜂鳴器組成，由單片機的P1口控制。為保護單片機系統，減小外界信號干擾，各開(kāi)關(guān)傳感器、執行機構與單片機之間均采用光電耦合器進(jìn)行信號隔離。
3．3 鍵盤(pán)與顯示電路 鍵盤(pán)電路有兩個(gè)作用，一是對采暖系統進(jìn)行設置，二是對洗浴水溫進(jìn)行選擇。采暖系統的設置包括設置系統時(shí)間、工作方式、自定義各時(shí)間段的采暖溫度值等。設
置系統時(shí)間主要是重新調用對DS12887的初始化程序，使系統時(shí)間與當前日歷一致。采暖系統設有五種工作方式：全天以恒定溫度連續運行、以用戶(hù)自定義的各時(shí)間段溫度運行、以系統默認的各時(shí)間段溫度運行、出差外出防凍運行、采暖功能停止。洗浴水溫的選擇，主要通過(guò)鍵盤(pán)設置洗浴加熱體參與加熱的功率大小，以控制出水溫度。在淋浴時(shí)可根據個(gè)人感覺(jué)，選擇不同檔的淋浴水溫。顯示電路采用 TN-LCD型筆段式液晶，顯示畫(huà)面預先訂做，液晶顯示器上可顯示日歷信息，溫度信息，工作方式信息，超溫、缺水、漏電等故障信息。顯示模塊上集成了驅動(dòng)器、顯示 RAM、振蕩器等，采用串行口進(jìn)行數據通信，與單片機接口簡(jiǎn)便。
3．4 其他電路
時(shí)間日歷芯片采用DALLAS公司生產(chǎn)DS12887/DS12C887，它具有完備的時(shí)鐘、鬧鐘及到2100年的日歷功能，片內有 114字節的做掉電保護用的低功耗 RAM。該芯片將晶振、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個(gè)加厚的集成電路模塊。 DS12887/DS12C887內部有專(zhuān)門(mén)的接口電路，從而使得外部電路的時(shí)序要求十分簡(jiǎn)單，使用時(shí)無(wú)需外圍電路元件，與單片機的接口大大簡(jiǎn)化。在采暖洗浴控制系統中， DS12887/DS12C887除提供日歷信息、秒中斷信號外，其 RAM和鋰電池可以很好地保護用戶(hù)的自定義設置。
4系統控制軟件設計
系統主要的軟件設計流程圖如圖3、4所示。
DS12887的秒中斷接單片機的外部中斷 0，系統的主要控制功能在 INT0的中斷服務(wù)程序中完成。為保證用戶(hù)的用電負荷不至于過(guò)大，采暖和洗浴功能采用連鎖控制，洗浴優(yōu)先。當系統檢測到洗浴水壓開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，便關(guān)閉采暖加熱體，只保留循環(huán)泵的原工作狀態(tài)；由面板鍵盤(pán)選擇出水溫度，在洗浴功能中將最高水溫控制在65℃。只有當洗浴水壓開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，洗浴加熱體斷電，采暖加熱體才能通電。采暖功能工作時(shí)，首先對水位進(jìn)行檢測，水位過(guò)低時(shí)打開(kāi)電磁閥上水；到達高水位后，關(guān)閉電磁閥，開(kāi)啟循環(huán)泵，若發(fā)現采暖水壓開(kāi)關(guān)未打開(kāi)，說(shuō)明水循環(huán)系統出現故障。在水位及水循環(huán)正常后，檢測水溫、房間溫度，根據工作方式設置和當前的時(shí)鐘，讀取已保存的采暖溫度設定值，與實(shí)測房間溫度值進(jìn)行比較，給出相應的控制信號；在房間溫度低于設定溫度 2℃時(shí)，三組加熱體同時(shí)加熱，直到房間溫度高于設定溫度2℃時(shí)，僅留一組加熱體進(jìn)行保溫加熱；三組加熱體輪換作為保溫加熱體，以延長(cháng)加熱體的使用壽命。在采暖功能中將最高采暖水溫控制在85℃，超溫時(shí)停止加熱并報警。
本文作者創(chuàng )新點(diǎn)
采用納米材料遠紅外薄膜電加熱管，體積小、熱效率高，利用單片機對水溫、水位、房間溫度等參數進(jìn)行檢測，并具有超溫、缺水、漏電等保護，提高了系統的可靠性和實(shí)用性。該產(chǎn)品經(jīng)調試、檢驗，整個(gè)系統具有投資少、功能強、效率高等特點(diǎn)，具有廣闊的應用前景。