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基于PIC 單片機的熱水控制器設計

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作者:上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院 甘賢海,丁國清 時(shí)間:2007-01-26 來(lái)源:《EDN電子設計技術(shù)》 收藏

一 引言

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/20741.htm

當前市場(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(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展,單片微處理器功能日益增強,價(jià)格低廉,在各方面得到廣泛應用。在熱水控制器中應用單片機,具有設計簡(jiǎn)單、可靠性高、功能易擴展等優(yōu)點(diǎn)。熱水控制器主要實(shí)現對水溫的控制,并滿(mǎn)足不同用戶(hù)的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器應具有以下功能: 水溫的測量與顯示; 水量的測量與顯示; 用戶(hù)設定功能(如水溫設定,定時(shí)設定等); 對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,安全失效保護,限溫保護等)。

二硬件電路設計

根據熱水控制器的功能要求,并結合對pic16c5x 系列單片機的資源分析,采用此系列中的主流型號pic16c57作為電路系統的控制核心。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。在本系統中,ra0~ra3用于七段碼顯示,rb6 控制水閘開(kāi)關(guān),rb7控制電加熱管,rc3~rc5用于按鍵設計和讀取水量,rc0~rc2用于跟ds1820通信進(jìn)行水溫測量,rb0~rb1對七段碼進(jìn)行掃描,rb2~rb5 led指示燈顯示,rc6漏電檢測,rc7控制揚聲器用于報警和指示。

1、水溫測量電路測溫元件采用dallas的單線(xiàn)數字溫度傳感器ds1820。ds1820提供九位溫度讀數,測量范圍-55℃~125℃,采用獨特1-wire 總線(xiàn)協(xié)議,只需一根口線(xiàn)即實(shí)現與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(xiàn)向其提供電源,單片機發(fā)出指令碼讀取溫度值。 鍵盤(pán)與水量測量電路由于在本系統中,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(kāi)關(guān)式傳感器,當水量達到某一檔時(shí)會(huì )拉低該檔電平,接口電路與按鍵按下類(lèi)似。因此在電路設計中,將水量檔位信號與按鍵通過(guò)一片74hc148優(yōu)先編碼器連接到單片機的i/o 口上。按鍵的優(yōu)先權高于水量信號,水量高檔位信號優(yōu)先權高于低檔位信號,以保證能優(yōu)先響應按鍵。

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。對溫度和水量進(jìn)行循環(huán)掃描顯示。四個(gè)led 用于當前按鍵功能設定。

3、水溫和水量控制電路 單片機通過(guò)光電耦合對繼電器進(jìn)行控制,用來(lái)切斷或接通加熱管電源,關(guān)閉或打開(kāi)水閥,從而達到對水溫和水量的控制。

4、漏電檢測及報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與報警功能。漏電檢測由漏電檢測線(xiàn)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可由單穩態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行調整設定。在本系統中t 為10ms,由于pic16c57 沒(méi)有中斷功能,因此程序中必須每隔一定時(shí)間(小于10ms)對rc6 口進(jìn)行查詢(xún),以檢測是否漏電,一旦檢測到rc6 變低,經(jīng)過(guò)確認后切斷加熱管電流,同時(shí)進(jìn)行報警。報警電路還在傳感器出現故障、超溫時(shí)報警提示。 pic16c57 本身具有看門(mén)狗定時(shí)器,當系統出現異常時(shí),能自動(dòng)進(jìn)行掉電保護和系統復位。

三系統軟件設計

系統軟件采用pic16c5x精簡(jiǎn)指令編寫(xiě)。由于pic16c57沒(méi)有中斷功能,因此本系統中鍵盤(pán)掃描、漏電檢測等子程序都通過(guò)查詢(xún)實(shí)現,并采用4mhz的時(shí)鐘頻率,對指令的運行時(shí)間進(jìn)行了精確計算和設計,保證軟件的可靠性和穩定性。系統主程序框圖如圖4 所示,本文討論鍵盤(pán)顯示與水溫測量?jì)蓚€(gè)模塊。 鍵盤(pán)和顯示 本系統中,有四個(gè)功能按鍵:定時(shí)加水、恒溫控制、手動(dòng)加水和手動(dòng)加熱;三個(gè)七段碼顯示與四個(gè)led 燈指示。

a) 按下定時(shí)加水按鈕時(shí),定時(shí)led變亮,并以當前時(shí)間為定時(shí)時(shí)標,每24小時(shí)自動(dòng)加水至設定水量;若長(cháng)按此鈕超過(guò)5 秒,定時(shí)led 滅,并聽(tīng)到“嘟”一聲進(jìn)行水量設定,此后每按一下鈕,水量顯示加一檔,1~4 檔循環(huán)顯示,不按此鈕超過(guò)5 秒,再次聽(tīng)到“嘟”一聲,水量設定完畢。系統的定時(shí)功能主要通過(guò)軟件完成。pic16c5x內帶一個(gè)8 位定時(shí)器/計數器rtcc,在進(jìn)行24 小時(shí)定時(shí)加水時(shí)采用了該定時(shí)器,rtcc及其相關(guān)電路如圖5 所示。



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