基于PIC 單片機(jī)的熱水控制器設(shè)計(jì)
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一 引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/20741.htm當(dāng)前市場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。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，單片微處理器功能日益增強(qiáng)，價(jià)格低廉，在各方面得到廣泛應(yīng)用。在熱水控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計(jì)簡單、可靠性高、功能易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。熱水控制器主要實(shí)現(xiàn)對水溫的控制，并滿足不同用戶的個(gè)性需求。因此一個(gè)較完善的控制器應(yīng)具有以下功能： 水溫的測量與顯示； 水量的測量與顯示； 用戶設(shè)定功能(如水溫設(shè)定，定時(shí)設(shè)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(hù)，限溫保護(hù)等)。
二硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)熱水控制器的功能要求，并結(jié)合對pic16c5x 系列單片機(jī)的資源分析，采用此系列中的主流型號(hào)pic16c57作為電路系統(tǒng)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(tǒng)中，ra0~ra3用于七段碼顯示，rb6 控制水閘開關(guān)，rb7控制電加熱管，rc3~rc5用于按鍵設(shè)計(jì)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(yáng)聲器用于報(bào)警和指示。
1、水溫測量電路測溫元件采用dallas的單線數(shù)字溫度傳感器ds1820。ds1820提供九位溫度讀數(shù)，測量范圍-55℃~125℃，采用獨(dú)特1-wire
總線協(xié)議，只需一根口線即實(shí)現(xiàn)與mcu 的雙向通訊，具有連接簡單，高精度，高可靠性等特點(diǎn)。在工作時(shí)，通過總線向其提供電源，單片機(jī)發(fā)出指令碼讀取溫度值。
鍵盤與水量測量電路由于在本系統(tǒng)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關(guān)式傳感器，當(dāng)水量達(dá)到某一檔時(shí)會(huì)拉低該檔電平，接口電路與按鍵按下類似。因此在電路設(shè)計(jì)中，將水量檔位信號(hào)與按鍵通過一片74hc148優(yōu)先編碼器連接到單片機(jī)的i/o
口上。按鍵的優(yōu)先權(quán)高于水量信號(hào)，水量高檔位信號(hào)優(yōu)先權(quán)高于低檔位信號(hào)，以保證能優(yōu)先響應(yīng)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(dāng)前按鍵功能設(shè)定。
3、水溫和水量控制電路 單片機(jī)通過光電耦合對繼電器進(jìn)行控制，用來切斷或接通加熱管電源，關(guān)閉或打開水閥，從而達(dá)到對水溫和水量的控制。
4、漏電檢測及報(bào)警電路由于熱水器工作在潮濕的場合，因此需具備漏電檢測與報(bào)警功能。漏電檢測由漏電檢測線圈的輸出經(jīng)整形后輸入到rc6 口，電路原理圖如圖3(a)所示。當(dāng)漏電流超過一定閾值時(shí)，比較器輸出低電平，否則保持高電平，再通過一單穩(wěn)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(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。在本系統(tǒng)中t 為10ms，由于pic16c57 沒有中斷功能，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，以檢測是否漏電，一旦檢測到rc6 變低，經(jīng)過確認(rèn)后切斷加熱管電流，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警電路還在傳感器出現(xiàn)故障、超溫時(shí)報(bào)警提示。 pic16c57 本身具有看門狗定時(shí)器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行掉電保護(hù)和系統(tǒng)復(fù)位。
三系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用pic16c5x精簡指令編寫。由于pic16c57沒有中斷功能，因此本系統(tǒng)中鍵盤掃描、漏電檢測等子程序都通過查詢實(shí)現(xiàn)，并采用4mhz的時(shí)鐘頻率，對指令的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了精確計(jì)算和設(shè)計(jì)，保證軟件的可靠性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)主程序框圖如圖4
所示，本文討論鍵盤顯示與水溫測量兩個(gè)模塊。 鍵盤和顯示 本系統(tǒng)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(dāng)前時(shí)間為定時(shí)時(shí)標(biāo)，每24小時(shí)自動(dòng)加水至設(shè)定水量；若長按此鈕超過5 秒，定時(shí)led 滅，并聽到“嘟”一聲進(jìn)行水量設(shè)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5 秒，再次聽到“嘟”一聲，水量設(shè)定完畢。系統(tǒng)的定時(shí)功能主要通過軟件完成。pic16c5x內(nèi)帶一個(gè)8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)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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