电热水器单片机控制器设计

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电热水器单片机控制器设计

□计算机与控制系统

2K用户ROM;128byteSRAM;

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电热水器单片机控制器设计

周斌(20根双向IO和一根输入线;1个16位可编程定时器,具有输入捕获和输出比较功能;

1外中断输入。,可以构成一个,其总1所示。各部分的资源安排如下:

水温测量:占用TCMP输出和一个输入口,因P1无AD通道,选用输出PWM信号比较法测温;

,介绍采用MO2

TOROLA单片机设计的控制器的软硬件原理。

音响提醒:一个输出口;

漏电检测:通过漏电检测电路由IRQ脚中断响应;

功率控制:一个输出口;

按键:采用双键输入,占用二个输入口;

LED显示:采用二位七段码显示,占用14个输出口。

电热水器控制器的硬件结构如图2所示。

1引言

目前,市场上的电热水器基本采用双金属片控温。其优点是结构简单、实用,缺点是控温精度低、可靠性差、功能单一。随着微电子技术的发展,微处理器系统只需采用单片,因而价格十分低廉,使微处理器的应用更为广泛。对电热水器而言,采用单片机控制器完全可以实现对其功能的控制。

2功能要求及硬件设计

电热水器控制器的主要任务是实现对水温的控制,因此,一个比较完善的控制器应当包括以下几个方面:

水温测量;

用于人工设定所需的按键;直观的设定温度和当前水温显示;功率控制单元,控制电加热管的通断电;音响透露,例如按键响应,加热完成提醒等;

具有一定的定时功能,例如无人用水自动关机等;

由于电热水器在潮湿的场合工作,应当具有漏电报警及保安措施。

根据电热水器的功能要求,结合对MO2

TOROLA68HC05系列单片机的资源分析,选

图1

电热水器控制器总体布局

用MC68HC05P1能够实现对所有功能的控制。

MC68HC05P系列是MOTOROLAHC05系统

的基本型单片机,其中P1的掩膜后价格仅人民币10余元,它具有以下资源:

HC05CPU内核;

图2电热水器控制器硬件结构

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3软件3.1键盘和显示

□计算机与控制系统

后可获得1～3V的直流输出与温度测量值比较。比较器的输出由PD7读入,根据PD7的值不断改变PWM信号的占空比。当达到动态平衡时,当时的占空比即可换算为当前水温。由于PWM信号是由单片机的输出比较中断实现的,并且每隔一定时间(由RC滤波时间常数决定),,在程序运行期间,测

键盘和显示将占用较多的I寻常,当显示O线。位数和按键较多时,采用扫描方式实现,即通过定时循环刷新显示和读入键盘。在本控制器中采用二个按键用于电热水器温度设定,其中一个为+键,另一个为-键,分别用来调高或调低设定温度。显示为二位七段码显示,显示的温度范围为-9℃～99℃。由于按键和显示位数很少,入。每当按F+或-键时,LED显示的为设定温度,。

3.2图4发生漏电时IRQ端电压波形温将是始终有效的。

3.4漏电检测及功率控制

音响可以用一位I从IO口来完成。O口输出一个方波信号,由晶体管Q1直接驱动蜂鸣片。比较顺耳舒适的频率范围在500Hz～115kHz左右。实现程序比较简单,只需使输出口不断翻转高低电平即可。家电中的定时对确切度的要求不高。当单片机的晶振选为

4MHz时,使用P1的内部16位自由计数器作溢出中断

电热水器工作在潮湿的场合,应具备漏电检测及报警功能。漏电检测是由漏电检测线圈的输出经整形后送入P1的中断输入IRQ。一旦漏电流超过规定的阈值,IRQ端将出现如图4所示波形,单片机将马上响应中断。在中断服务程序中将再次确认漏电存在,此时单片机通过功率控制端切断加热管电流,同时由蜂鸣器发出报警信号。功率控制端是由P1的一个输出口经晶体管Q2推动控制加热管继电器J的通断。

3.5水温控制

计数。每溢出一次的时间约为0113秒,通过内RAM中的计数器可实现长时间定时。

3.3水温测量

带有AD的单片机的价格比基本型单片机高一些。由于P1无AD转换通道,要在单片机上完成慢变化直流信号的测量,可以二个IO数字口完成,即由一个输出口产生PWM信号经低通直流滤波与输入信号比较来测量输入的直流量。测温元件选用MO2该传感器具有几个显著TOROLA的MTS102传感器。的优点:

精度高,误差可控制在2℃;

线性好,在其测温范围内(-40℃～150℃),绝对误差小于2mV;

价格低廉,售价仅人民币几元;

热时间常数快,液体为3秒,空气为8秒。℃。在25℃MTS102的温度系数TC=-2.265mV的BE极压降为595mV,经图2所示的校准网络后,可

获得如图3所示的温度曲线。测温时通过P1的输出比较功能在TCMP端发出占空比为

20%～60%,频率

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。

4终止语

电热水器单片机控制器具有别致、价廉、安全、实用的优点,并且已在国产电热水器上获得了成功的应用。本文的一些方法也适用于冰箱,空调,电饭煲等的电脑控制设计中。

(编辑马立申)

我刊、我报双双获奖

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