文献资料 控制电路

1、目录1基于单片机的电热水器定时控制器设计.22单片机在电热水器中的应用.33基于单片机的电热水器模糊控制.44基于单片机模糊控制的电热水器水温自动调节器.55用AT89C51单片机设计智能家用电热水器.66新型恒温即热式电热水器控制系统的研究与开发.77家用电热水器模糊控制器的设计.88家用电热水器控制系统的实验研究.99即热式电热水器控制电路的设计与应用.1010采用“完整周期控制法”的电热水器控制器.111基于单片机的电热水器定时控制器设计【作者中文名】 刘海英1, 胡卫兵2, 魏军丞2【作者单位】 (1.武汉工程大学电气与信息学院;2.武汉宏软公司)【文献出处】 电子元器件应用，Elec

2、tronic Component &Device Applications，2007年8月 第九卷 第八期 本电热水器控制系统在加电后即可进入正常计时状态, 用户可以随时校准时间并设定热水器的开关时间, 以便控制器能够在设定的开关时刻通过单片机的输出端口控制输出继电器的动作,进而控制热水器的启闭。该系统的硬件原理图本系统的核心单片机AT89C2051为20脚300MIL封装, 是一种带有2KB FLASH E2PROM的单片机。该单片机除了少了两个并口外, 能兼容MCS- 51系列单片机的所有功能, 且具备体积小、功能强、运行速度快等特点。该电路可通过单片机的P3.7口连接一个键盘电路

3、来实现对参数的人工自由设定, 同时可通过串口连接6。LED数码管, 以分别显示小时、分钟和秒。系统定时启动是通过P3.0口完成的。程序开始时这三个口的输出状态都是低电平, AT89C2051通过程序查询P3.0口输出ON或OFF的状态预置时间是否已到,如果已到时间, 则改变相应的输出状态, 从而完成对外部电路的控制。键盘电路跟显示电路一样采用扫描方式, 并利用动态显示时的数码管驱动位置信号来判断相应按键的状态。单片机的P3.3P3.5口输出的BCD码经译码器译码后, 相应的Y口呈低电平, 而AT89C2051的P3.7口平时为高电平(由于有上拉电阻), 只有当某一按键按下时, P3.7才被下拉

4、为低, 这时, 单片机将利用程序查询P3.7是否为低, 如果P3.7为低电平, 则读回单片机P3.3P3.5口的值(从缓冲区读取), 并判断是那个按键按下, 然后调用相应的处理程序进行处理。单片机的控制输出是通过P3.0P3.2口完成的。当程序开始时, 这三个口的输出状态都是低电平, AT89C51通过程序查询三路输出的ON或OFF状态预置时间是否已到, 若时间到, 则改变相应的输出状态, 以完成对外部电路的控制。 本文通过以AT89C2051单片机为核心并辅以外围电路的设计方法实现了低成本的控制要求。该定时时控制器可定时控制并显示有关参数, 可在满足系统要求的同时, 又具备简单、经济之特点。

5、此外, 灵活的键盘输入方式来设定参数可增加系统的灵活性。2单片机在电热水器中的应用【作者中文名】 周鲜成【作者单位】 湖南商学院信息工程与信息管理系【文献出处】常德师范学院学报( 自然科学版) ，Journal of Changde Teachers University( Natural Science Edition) ，2000 年12 月 第12 卷第4 期以单片机为主控芯片构成的电热水器控制器,其主要任务是对贮水式电热水器进行水温控制。电热水器的开机方式应具有立即开机和定时开机功能。(1) 测量水温,并通过显示器实时显示水温,其显示范围为099 ;(2) 具有用于人工设定所需的按键,

6、并可在2080 的范围内任意设定水温;(3) 具有一定的定时功能,并可在24 h 内任意设定开机时间;(4) 可随时查看和校正实时时钟;(5) 具有漏电保护功能,一旦对外漏电电流超过15 mA ,漏电保护器可在10 - 1 s 内自动切断电源,保证人身安全;(6) 具有超温断电保护并报警提示的功能;(7) 出现传感器故障时,可迅速切断加热丝电源并报警提示;(8) 系统掉电时能够保持设定数据。除了以上的程序功能外,还要求控制器有较强的抗干扰能力,达到或超过家用电器检测标准,并符合国家安全认证和国际上的相关安全认证标准。根据电热水器的功能要求,控制器的硬件结构原理框图如图1 所示。它主要包括输入部

7、分、单片机和输出部分。输入部分有键盘电路、温度检测电路、漏电检测电路。输出部分有加热控制、显示电路、漏电保护控制、蜂鸣器报警、加热和保温指示。加热控制是通过单片机输出口,控制晶体三极管,从而控制继电器的通断即加热丝的通断来完成。在强电回路中设有过热保护器,当有过热现象发生时自动切断强电。水温控制是通过设定值与测量值之间的比较进行的。当测量值低于设定值时,控制加热管工作,到达设定值,便切断加热管电源。为了避免加热管的频繁启停,程序设计中设置了回差控制。即测量值到达设定值时,加热管断电,当水温低于设定值一个回差后,才再次启动加热管工作,直至水温重新到达设定值。贮水式电热水器有两种工作模式:立即开机

8、和定时开机,以满足不同用户的需要。当系统上电后,默认为非定时工作方式,系统将根据测量值和设定值进行控制。其控制规则是一种“乒乓”控制,在开、关的温度值点上设定一回差,其作用是为了避免频繁启动。当系统加电,如为定时工作方式,则为了节电和避免等用热水情况的出现,可在控制器设计中采用模糊推理技术。通过短时加热判断其温度变化率,再依据这一温度变化率和初始温度与给定温度的差值大小,推断出加热时间的提前量,使用户在设定时间到来时能及时用到热水。3 基于单片机的电热水器模糊控制【作者中文名】 孙振伟1 唐媛红2【作者单位】1.江苏财经职业技术学院；2.江苏食品职业技术学院【文献出处】中国科技信息2009 年

9、第18 期，CHINA SCIENCEAND TECHNOLOGY INFORMATION Sep.20091965年美国的控制论专家L. A. Zadeh教授创立了模糊集合论，从而为描述，研究和处理模糊性现象提供了一种新的工具。一种利用模糊集合的理论来建立系统模型，设计控制器的新型方法模糊控制也随之问世了。模糊控制是基于规则的智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适合对具有多输入多输出的强耦合性、参数的时变性、严重非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，鲁棒性好12。本文主要分析模糊控制在热水器中应用的程序设计，所编制的软件已在80c51单片机组成的硬件系统中实

10、现。模糊控制系统的组成如图1 所示，模糊控制器是模糊控制系统的核心部分，也是和其它控制器最大区别环节。模糊控制器有四个基本部分组成：模糊化；知识库；模糊推理；清晰化。模糊控制系统的工作原理模糊控制系统由单片机设计实现，设计思想是：以误差e和误差变化率ec作为模糊控制器输入量，u 为输出控制量。定义误差e和误差变化率ec及输出变量u的模糊集。如: e 和ec 的模糊集为 N B，NM ，NS，0，PS，PM，PB，u 的模糊集为NB，NM，NS，N0，0，P0，PS，PM，PB，其中：NB，NM，NS，N0，0，P0，PS，PM，PB 分别代表负大，负中、负小、负零、零、正零、正小、正中、正大这

11、样的模糊语言变量；按照正态模糊语言变量确定隶属函数即对模糊变量进行赋值；单片机经过采样和A/D 转换获得被控量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号e和ec；把e和ec模糊量化，得到e和ec的模糊子集(实际是模糊向量e和ec)；根据模糊向量e、ec和模糊控制规则R ，按推理合成规则进行模糊决策，得到控制量(模糊向量u)。本系统采用二维模糊控制器。模糊变量为三个：e 温度误差；ec误差变化模糊子集；u 输出量模糊子集。模糊变量e的模糊集：负，零，正小，正中，正大；ec的模糊集：负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；u 的模糊集：零，正小，正中，正大 。模糊控制器的结构框图如图2 所示。该

12、控制器中K1 取1，K2 取2，K3，取15。4基于单片机模糊控制的电热水器水温自动调节器【作者中文名】 雷建龙【作者单位】 武汉船舶职业技术学院电子系【文献出处】 电气自动化2004年第26卷第2期电热水器水温自动调节电路是以单片机为核心,由多谐振荡器、温度设定电路、单片机、设定温度显示电路、执行机构等几部分组成。该自动调节电路如图所示其中处所接电路与处电路完全一致, 故未画出。单片机是美国公司生产的引脚封装位廉价单片机, 其指令与一完全兼容。它有15根I/O接线，驱动能力强, 可直接驱动数码管这里即采用了这一功能。它所接晶振片的频率为。多谐振荡电路由组成, 其中凡是具有负温度系数的热敏电阻

13、0 一100时其阻值在一之间变化, 它是本电路中的温度传感器, 用环氧树脂胶涂于其外表后置于热水中, 凡是限流电阻, 阻值很小, 只有100欧, 非门采用TTL电路, 振荡周期约为T=2.2R, C, 脉宽为1.1R C, 可见脉宽与R有一一对应关系, 故温度与脉宽也就有一一对应关系。温度设定电路由非门G4、自复式按钮开关S 1K 200电阻、10电容组成, 每按一次开关, 都将从输入一个脉冲,单片机在中断的中断服务程序中对其计数后可修改设定温度。若按住不放, 则可连续调整设定温度, 调到最高温度99 后又自动回到20 。设定温度显示电路单片机的数码管的那通过开关三极管三极管型号为后接数码管的

14、公共端, 数码管为共阳极型。由单片机控制显示设定的温度。在自动测定各温度对应的功的计数值时,还可用来显示功的值。执行机构由三极管刀光祸、继电器、电热丝等组成。光祸的作用是隔离继电器与单片机电路, 此处继电器线圈电压为十, 触点输出为今, 故可与整个电路共用一个十直流电源, 若要带更大的加热负载可采用容量更大的继电器, 并且最好把继电器直流电源与单片机电路电源隔离, 以防止其线圈反电动势对单片机的影响。 断服务程序先固化自动测量、显示的中断服务程序主程序不变, 如图所示。从输人的设定温度用的脉冲将引起中断, 中断服务程序可对与一定水温对应的电脉冲宽度的计数值进行测量并显示, 记下其数值后便可制定

15、“ 温度表” 与一定温度对应的值存放于程序存储器的表中, 将“ 温度表” 固化于程序存储器中注意由于 温度表”的数值较多, 小心不要输人出错, 否则造成程序不能正常运行。然后再用于温度的设定。将中断的服务程序换为预置温度的程序, 如图所示。让定时器定时中断, 配合软件计数器每隔秒测量一次温度的当前值, 将测得的脉宽转化为温度值, 其实现过程为先让脉冲从进人单片机,在为高电平时开始定时, 变为低电平时停止。中得到脉宽对应的定时计数值, 将温度的测量值及前次测得的值分别存于一个存储单元, 通过模糊控制程序以决定两电热丝的断通情况。5 用AT89C51单片机设计智能家用电热水器【作者中文名】 郁玉龙

16、 赵宁 卢洪武【作者单位】 山东师范大学传播学院【文献出处】 实用电子制作 2007 第十期该智能热水器具有以下功能,1使用高清晰度数码管实时显示水温, 范围0一102 ；2可用键盘方便地设定水温, 并显示设定的温度；3按设定温度加热到相应水温, 并具有保温功能。系统利用集成温度传感器AD590完成温度测量并转换成模拟电压信号,经由A/D转换器转换成ADC0804数字信号送到单片机中, 单片机将采集到的温度值与通过键盘设定的温度值进行比较根据比较结果, 控制加热器的开断, 同时将温度值实时显示在LED显示器上。系统设计硬件原理结构如图所示。系统以高性价比的AT89C51单片机为核心, 由AD5

17、90测温电路、 ADC0804模数转换电路、键盘显示电路、双向可控硅驱动电路、双向可控硅MC3041组成加热器控制电路。本系统选择AT89C51作为主控制器,PO口作为ADC0804转换数据的输入端P1.4接ADC0804的INTR端,检测数据转换是否结束.P1.0P1.3的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示数据,P1.5P1.7则作为4个数码管的位选信号控制。P2口用来连接矩阵键盘, 实现电热水器加热水温的动态设定。P3.1用于控制加热器电路的通断, P3.2连接加热状态指示灯, P3.3连接电源状态指示灯, ADC用于控制转换器的启动, P3.7用于控制读取的ADC转换结果。AD

18、590测温范围为55 +155, 满足人们日常生产和生活中的温度范围，电源电压可在4到6伏范围变化, 可以承受44伏正向电压和20伏反向电压, 因而器件反接也不会被损坏。AD590产生的电流与绝对温度成正比,具有非常好的线性输出性能, 温度每增加1, 其电流增加1µA。为了提高精度, 扩大测量范围, 在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移。当温度变化时,AD590会产生电流变化, AD590的电流通过一个的10K欧电阻时, 这个电阻上的压降为10mv 即转换成10mv/k, 为了让10K欧电阻精确, 可用一个9K的电阻与一个2k电位器串联, 然后通过调节电位器来获得精确的10

19、k。运算放大器接成电压跟随器形式, 以增加信号的输入阻抗, 由运放减去做零位调整即把绝对温度转成摄氏温度,最后由运放反相并放大倍输送给A/D转换器。6 新型恒温即热式电热水器控制系统的研究与开发【作者中文名】吴永桥, 施光林, 金康进【作者单位】上海交通大学机电控制研究所【文献出处】传感技术学报，2004年12月第4 期 即热式电热水器工作原理如图1 所示,水温为T1 、流量为q1 的冷水从进水管流入热水器,经功率为W 的电热元件,加热后变成温度为T 的热水,由出水管流出。这种热水器功率较大,可连续提供热水1 。本系统采用热敏电阻检测电热水器出水口温度,根据出水口温度与设定温度之间的差值以及该

20、差值随时间的变化率实现系统控制。最后的输出采用电热调功方式控制,执行器件固态继电器是带有光电隔离和过零触发电路的双向可控硅,输入TTL 电平信号可控制其导通和截止,在规定周期内控制加入电加热管导通的交流周波来实现调节功率的作用,从而达到恒温的目的。调功控制方式可减少对供电电网的非正弦干扰、提高电网功率因数。利用负温度系数热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性,来实现测温。系统控制结构原理图如图2 所示。将负温度热敏电阻安装在出水口,用于采样温度值。温度变换器由运放LM324 组成的电路构成,将热敏电阻的变转换为直流电压,由单片机系统进行A/ D 转化等处理。利用键盘和显示屏完成温度的设定。当出水

21、口实时温度高于设定温度时,停止加热。由于冷水不断流入即热式电热水器,出水口实时温度一般要低于设定温度,此时电热元件通电加热,冷水和电热元件的发热共同参与水温的调节2 其阻温特性参见表1。 加热控制是通过单片机输出口,控制晶体三极管,从而控制固态继电器的通断即加热管的通断来完成。水温控制是通过设定值与测量值之间的比较进行的。当测量值低于设定值时,控制固态继电器的导通来控制加热管工作,当温度到达设定值时,停止加热。为了避免加热管的频繁启停,程序设计中设置了回差控制。当水温低于设定值一个回差后,才再次启动加热管工作,直至水温重新到达设定值。电热水器工作在潮湿的场合,为了确保人身安全,控制器应具备漏电

22、检测和保护功能。漏电检测线圈的输出经过比较器后送给单片机中断口,一旦漏电超过规定的阀值,单片机立即响应中断,切断线和中线同时穿过一个环形磁芯,作为漏电互感器的初级线圈,次级线圈输出漏电信号。当系统没有漏电时,电源输入线中的火线电流与中线电流完全平衡,次级漏电信号为零。当系统发生漏电现象时,火线电流与中线电流失去平衡,其合成电流就是漏电电流,次级漏电信号的大小和漏电程度成正比 。7家用电热水器模糊控制器的设计【作者中文名】 梁国华【作者单位】 新耀电子科技有限公司【文献出处】 应用技术 控制器的主要目的是对贮水式热水器进行水温控制。热水器的开机方式应具有立即开机和定时开机功能。除此之外，本控制器

23、还具有以下特点: 可实时显示水温，其显示范围为0-103°C; 可在20-80的范围内任意设定水温;可在24小时内任意设定开机时间; 可随时查看和校正实时时钟;具有漏电保护功能，一旦对外漏电电流超过15mA, 漏电保护器可在1/ 10秒内自动切断电源。保证人身安全;具有超温断电保护并报警提示的功能;出现传感器故障时，可迅速切断加热丝电源并报警提示;系统掉电时能够保持设定数据。 ( 1) TMP87C40 8N单片机简介。根据以上性能指标，控制器采用了TOSHIBA公司生产的高性价比的8位单片机TMP87C40 8N为主控制器。它在28引脚的封装内集成了以下主要功能: 一个高性能的8

24、位CPU内核( 最小指令周期为0 .5u5 ) ;4KB片内ROM程序存储器:256KB数据存储器;10个中断源(外部4 个，内部6个) ;22 位I/ 0 线; 两个16位多功能计数器/ 定时器;系统监视定时器; 时钟同步串行口;6路8位逐次逼近式A/ D转换器;转换时间可选择2 2uS/ 92uS。 ( 1)非定时工作方式下的控制方式。当系统上电后，默认为非定时工作方式，系统将根据测量值和设定值进行控制。其控制规则是一种“乒乓”控制，在开、关的温度值点上设定一回差，其作用是为了避免频繁启动。(2 )定时工作方式下的模糊控制规则。当系统上电，如为定时工作方式，则通过短时加热判断其温度变化率，

25、再依据这一温度变化率和初始温度与给定温度的差值大小，推断出加热时间的提前量，以便于用户在所定时间到来时及时用到热水，同时克服了保温时消耗电能的情况，起到了节电的作用。8家用电热水器控制系统的实验研究【作者中文名】季晓芳1 ,张春来2【作者单位】1 中国电子科技集团公司第38 研究所；2 安徽水利水电职业技术学院【文献出处】电子测试，EL ECTRONIC TEST 2009 年10 月 第10 期 电热水器控制系统由硬件系统和软件系统组成,硬件方案如图1 所示,该部分以微控制器为控制核心,由外围温度检测电路、实时时钟电路、键盘、热水器加热开关、L ED 显示电路、功能指示电路、报警电路等组成。

26、本系统采用A T89C52作为整个系统的核心,利用A T89C52 现有的接口组织外围硬件模块。由于环境的特殊性,温度测量主要由Pt1000铂电阻温度传感器、信号调理电路和基于TLC1549的A/ D 转换电路组成;用DS1302芯片实现实时时钟、LED显示电路使用ZL G7289 驱动芯片,用于显示时钟和温度。温度测量主要由Pt1000 铂电阻温度传感器，信号调理电路和模数转换电路3部分组成。Pt1000 铂电阻温度传感器铂电阻是温度传感器的敏感元件,其电阻与温度成一定的函数关系。铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。铂电阻具有测量范围大、测温精度高、稳定性好等

27、特点,被用来作0926 温度区内的国际标准温度计。但是铂电阻的特性曲线是非线形的,在- 200 t 0 时:Rt = R0 1 + At +Bt2 + C(t - 100) t3 , 在0 t 650 时:Rt = R0 1 + At + Bt2 式中Rt 为温度t 时的热电阻的电阻值; R0为温度0 时的热电阻的电阻值;A、B、C 是通过实验确定的常数,它们的数值分别为A = 3. 908 ×10 - 3 、B = - 5. 802 ×10 - 7 、C = - 4. 22 ×10 - 7 。本系统采用Pt1000 ,即R0 = 1000 ,温度要求范围为070

28、 ,所以适合式: Rt = R0 1 + At +Bt2 ,由于铂电阻的特性曲线是非线形的,因此在设计时必须进行线性化校正。信号调理电路传感器输出的电压信号较弱,所以必须接入放大电路进行信号放大,本系统采用的是TLC2201 , TLC2201 是一款高精度、低噪声的功率运算放大器Pt1000 与TLC2201的接口电路如图2所示。运算放大器U201的连接方式是电压跟随器的方式,具有缓冲、隔离、提高带载能力的作用。运放U202的连接方式是同相比例放大器方式,该放大器对前后级电路起到隔离作用。Rpt 是铂电阻传感器的应变电阻值,在温度发生变化的时候,电阻相应改变。U202的同相输入端输入的是U2

29、01输出的固定信号, 其反相输入端是由R208 、Rpt 接成的一个负反馈的放大电路,可得出同相比例运算电路的放大倍数。9即热式电热水器控制电路的设计与应用【作者中文名】刘亦萍【作者单位】 上海第二工业大学,【文献出处】机电一体化 2003年 第三期 即热式电热水器是将直接浸在水中的电热元件或将管内通水、管外通电的新型电热元件快速加热, 使流经电热元件之冷水瞬间加热至适当温度, 以供人们淋浴或厨用, 称之即热式电热水器。由于冷水瞬间加热所需功率较大, 安全性能要求高, 故本电热水器控制电路的设计需考虑漏电保护、超温控制、停水断电等有关人身安全和设备保护方面的诸多因素。 即热式电热水器整机原理框

30、图如图所示。它由主电路、触发电路、电热元件、整流稳压电路、单片机电路、温控显示电路及继电器控制电路等组成。本控制电路的主电路选用双向晶闸管一作为调压控制元件, 进而调节电热元件的功率。单片机的软件设计要解决好温度数字转换、超温控制和水流开关信号的编程控制。选用单片机实现温度传感器的灯变换和实时显示及超温控制, 并将水流传感器采集的开关信号控继电器通、断, 确保灵敏的漏电开关作电热水器的漏电保护动作无水断电,以防干烧。单片机接通电源时, 在开始运行前要求机内各部分电路状态完成初始化。为此, 在单片机的复位端引脚需施加一个大于的低电平脉冲, 故此接人复位电路, 为复位芯片。开启电热水器的供水闸阀, 花洒有水喷出, 表示电热水器被打开。装在电热水器进水人口的水流传感器动作,接通相应触点, 单片机引脚输出一正电压,导通, 使继电器得电吸合。其触点闭合, 为接通触发电路作准备。接通供水水源后, 继续搬动供水闸阀, 并将水量调至合适为止。顺时针方向旋转功率调节旋钮, 其开关电位器接通触发电路电源, 双向晶闸管导通, 电热元件得电加热, 水温开始上升。继续将旋钮顺时针旋转, 导通角增大, 输人功率增大, 出水温度