用單片機(jī)設(shè)計(jì)制作的開水器智能檢測(cè)控制電路

采用AT89C205l單片計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)制作了一個(gè)用于該開水器的“智能檢測(cè)控制電路”，可實(shí)時(shí)監(jiān)控水箱水位和各組電熱管的工作狀態(tài)，一旦水箱水 位異常或電熱管發(fā)生故障，均可自動(dòng)完成保護(hù)動(dòng)作并給出相應(yīng)的聲、光報(bào)警信號(hào)，提示維修管理人員及時(shí)進(jìn)行檢修。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、使用方便等優(yōu) 點(diǎn)。

1、主要功能與特點(diǎn)

（1）電路簡(jiǎn)單，全部電路使用一個(gè)“單片機(jī)”芯片和兩個(gè)輔助芯片，配合少量外圍分立元件，即可完成相關(guān)控制功能。
（2）初始加電時(shí)，系統(tǒng)將 檢測(cè)水箱水位，只有水箱水位正常(水位開關(guān)SVV閉合)時(shí)，才會(huì)使三相固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，電熱管加電工作。此后，系統(tǒng)將循環(huán)監(jiān)測(cè)水箱水位，一旦出現(xiàn)水 箱水位低于預(yù)設(shè)最低水位{即自動(dòng)補(bǔ)水管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障)，導(dǎo)致SVV開關(guān)斷開時(shí)，系統(tǒng)將立即切斷電熱管電源，同時(shí)給出“缺水”的聲、光報(bào)警信號(hào)。
（3） 當(dāng)電熱管加電工作時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)連接三相電的三組電熱管實(shí)施工作狀態(tài)監(jiān)控并在控制面板上給出相應(yīng)的發(fā)光管指示。當(dāng)各組電熱管均工作正常時(shí)，面板上的三組電熱 管工作狀態(tài)指示燈將同時(shí)點(diǎn)亮。如果某一組電熱管損壞，則面板上對(duì)應(yīng)一組的電熱管指示燈將開始“閃爍”，表示該組電熱管故障，提示需要檢修更換，但此時(shí)開水 器仍可勉強(qiáng)工作，只是水被燒開的時(shí)間要相應(yīng)延長(zhǎng)。如果是某兩組或三組電熱管同時(shí)損壞，則面板上三組電熱管指示燈將同時(shí)“閃爍”，蜂鳴器也同時(shí)發(fā)出嘀、咯、 嘀的報(bào)警聲響，表明此時(shí)開水器的電熱管已無(wú)法正常工作，必須立即進(jìn)行檢修更換。
（4）當(dāng)溫度開關(guān)WK處于接通狀態(tài)時(shí)，表示水箱的水尚未燒開，如此時(shí)水箱水位正常，系統(tǒng)將控制三相固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，使各組電熱管加電工作。
同時(shí)，面板上的“加熱”指示燈將被點(diǎn)亮。當(dāng)WK斷開時(shí)，表示水箱的水已被燒開，此時(shí)，面板上的“加熱”指示燈白動(dòng)熄滅，“保溫”指示燈將被點(diǎn)亮，各組電熱管停止加電工作。
（5）本電路的輸入輸出均采用了光電隔離的工作方式，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠。

2、電路原理

電路見(jiàn)下圖。

AT89C2O5l“單片機(jī)”芯片IC1做為本電路的核心，C3和R3構(gòu)成了簡(jiǎn)易的上電自動(dòng)復(fù)位電路。JT、C1、C2與IC1的相關(guān)引腳構(gòu)成了 “單片機(jī)”的時(shí)鐘電路。IC1的15個(gè)I/0口中僅使用了13個(gè)，其中，P1.1一P1.6作為控制面板各指示燈的輸出控制口，分別通過(guò)一只限流電阻，接 至一只LED發(fā)光二極管的負(fù)極上，低電平有效，直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。P1.7為負(fù)載(電熱管)控制口，通過(guò)一只限流電阻接至光電耦合器GO1的2腳，其1 腳接至+5V，當(dāng)P1.7為高電位時(shí)，GO1和三相固態(tài)繼電器均截止，各電熱管不加電工作。當(dāng)P1.7為低電位時(shí)，GO1和三相固態(tài)繼電器導(dǎo)通，各電熱管 均加電工作。P1.0為報(bào)警信號(hào)控制輸出口，接至IC2的15腳。IC2的10-14腳與外圈元件接成了一個(gè)可控式音頻振蕩器，其15腳為控制端(高電平 有效1，9腳為輸出端，輸出信號(hào)經(jīng)IC3組成的音頻小功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。平時(shí)單片機(jī)的P1，0在軟件控制下輸出為低電平，則可控式音頻振蕩 器處于停振狀態(tài)，故揚(yáng)聲器中無(wú)聲。當(dāng)電路需要發(fā)出音頻報(bào)警信號(hào)時(shí)，通過(guò)軟件控制，使單片機(jī)的P1.0斷續(xù)輸出高電平信號(hào)，則可控式音頻振蕩器就會(huì)斷續(xù)工 作，使揚(yáng)聲器發(fā)出嘀、嘀、喃的報(bào)警聲響。IC2的1-7腳組成了電熱管工作狀態(tài)監(jiān)控信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路。電熱管工作狀態(tài)傳感器采用TAl420型，這是一種 立式、穿芯(?5)、并可在印刷線路板上直接焊接安裝的小型精密交流電流互感器(HGQ1~HGQ3)，具有全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力 強(qiáng)，外形美觀，精度高，采樣范圍寬，應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。在使用時(shí)，要將各組電熱管中的一根電源引線從該組對(duì)應(yīng)的電流互感器的穿芯孔中穿過(guò)，這樣，當(dāng)各電熱管 工作正常時(shí)，穿過(guò)各電流互感器的電熱管電源連線中就會(huì)有交流電流通過(guò)，由于互感作用，在各電流互感器的線圈端就會(huì)產(chǎn)生出互感的交流信號(hào)，該信號(hào)分別經(jīng) Q1-Q3三組整流橋變換為高電平的直流信號(hào)電壓，分別接至IC2的2、4、6(7)腳，經(jīng)IC2將高電平變換為低電平后分別從1、3、5腳輸出，接至單 片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.70顯然，如果某組電熱管不工作，其對(duì)應(yīng)的電流互感器就不會(huì)有感應(yīng)信號(hào)輸出，而IC2與其對(duì)應(yīng)的輸出端也不會(huì)有低電平信 號(hào)輸出，這樣，通過(guò)與軟件配合，即可對(duì)各電熱管的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)各對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管給出相應(yīng)的指示。DWI~DW3穩(wěn)壓二極管主要起保護(hù)作 用，用于防止電流互感器的輸出信號(hào)超過(guò)IC2的VCC工作電壓(+5V)而使IC2相關(guān)輸入端損壞。水位信號(hào)傳感器采用一只常通(水位正常時(shí)接通)型浮子 式液位開關(guān)，由其串接在GO2的輸入控制回路中，GO2的輸出端接成“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機(jī)的P3，3，通過(guò)與軟件配合，即可對(duì)水位狀 態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)對(duì)應(yīng)的LED給出“缺水”報(bào)警的發(fā)光信號(hào)。如前所述，缺水報(bào)警的聲音信號(hào)是由軟件控制P1.0輸出間斷的高電平信號(hào)，控制音頻振蕩器 斷續(xù)工作，使揚(yáng)聲器發(fā)出嘀、喃、嘀的報(bào)警聲響。溫度信號(hào)傳感器采用一只溫度值為980C的常通{溫度未到時(shí)接通)型溫控開關(guān)WK，由其串接在GO3的輸入 控制回路中，GO3的輸出端也接成了“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機(jī)的P3.2，通過(guò)與軟件配合，即可對(duì)水溫狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并通過(guò)輸出控制端 控制對(duì)電熱管加電與否，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的LED給出“加熱”或“保溫”的狀態(tài)指示。電源變壓器T1、橋式整流器QZ、7805三端穩(wěn)壓器WY及C1、C2組 成了電源電路，可為整個(gè)電路提供穩(wěn)定的+5V直流工作電源。
電路中所需元件的規(guī)格參數(shù)均如下圖中所標(biāo)注。

3、程序介紹

本程序使用匯編語(yǔ)言編寫。流程圖如下圖所示。程序運(yùn)行后，在初始化程序中，完成對(duì)片內(nèi)RAM空間進(jìn)行分配和定義。在主程序中，首先要檢測(cè)P3.3口 狀態(tài)，以便確定水箱是否“缺水”，如果“缺水”就立即進(jìn)入“缺水”報(bào)警控制程序，關(guān)閉輸出控制，停止對(duì)電熱管加電。然后，發(fā)出“缺水”的聲、光報(bào)警信號(hào)， 提示進(jìn)行檢查修理。如果不“缺水”，就轉(zhuǎn)而進(jìn)入“溫度狀態(tài)”檢測(cè)程序，檢測(cè)溫度開關(guān)WK是否關(guān)閉，如果WK已經(jīng)斷開，說(shuō)明水已經(jīng)燒開，則直接使“保溫”狀 態(tài)指示燈點(diǎn)亮并返回繼續(xù)檢測(cè)。如果WK尚未斷開，說(shuō)明水未燒開，則立即開啟輸出控制端，使電熱管加電工作，同時(shí)關(guān)閉“保溫”狀態(tài)指示燈，點(diǎn)亮“加熱”狀態(tài) 指示燈。隨后系統(tǒng)進(jìn)入“電熱管工作狀態(tài)檢測(cè)”程序，依次對(duì)各電熱管狀態(tài)的傳感信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)某一組電熱管的傳感信號(hào)消失，說(shuō)明該組電熱管故障，則 立即使對(duì)應(yīng)該電熱管的工作狀態(tài)指示燈閃爍，同時(shí)，對(duì)發(fā)生故障的電熱管進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)發(fā)生故障的電熱管等于或超過(guò)2組時(shí)，就立即關(guān)閉輸出控制，使各電熱管斷 電，同時(shí)，使3組電熱管工作狀態(tài)的指示燈同時(shí)閃爍，并發(fā)出斷續(xù)的音頻報(bào)警信號(hào)，提示需要對(duì)電熱管進(jìn)行更換修理。
為了提高整個(gè)電路的抗干擾性能，防止程序出現(xiàn)“跑飛”，還在程序的各相關(guān)部位設(shè)置了的“延時(shí)除顫”、“軟件陷阱”，從而可進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與可靠性。

4、程序清單