智能型电热水器的控制系统设计

智能型电热水器的控制系统设计

发表时间：2016-09-27T16:25:55.717Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：黎捷勇

[导读] 摘要：在智能型电热水器的综合控制中，要结合综合性的运用设计软件，突出在控制功能、系统模式的实现中，形成综合性的智能化效果。本文将围绕智能型电热水器的控制系统进行介绍，并突出在系统结构、硬件与软件方面的综合设计，更好的发挥智能型电热水器的控制系统方式，能起到良好的运用效果。

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摘要：在智能型电热水器的综合控制中，要结合综合性的运用设计软件，突出在控制功能、系统模式的实现中，形成综合性的智能化效果。本文将围绕智能型电热水器的控制系统进行介绍，并突出在系统结构、硬件与软件方面的综合设计，更好的发挥智能型电热水器的控制系统方式，能起到良好的运用效果。

关键词：智能型；电热水器；控制系统

在智能型电热水器的控制系统运行中，要结合单机片的综合智能，在控制功能的实现中，增强整个控制加热与保护的综合运用，尤其是在结合用户设定的温度自动调节的冷热水的过程中，实现比例的均衡化，实现智能化软件设计与综合硬件整体功能的运用。

1系统软件设计与控制基本原理及基本拓扑

1.1系统控制软件

系统采用PIC16F877为控制电路核心，单片机通过红外线接口接收来自用户设定的温度信息，并通过温度传感器DS18B20实时对水温进行测量并在数码管上进行显示，PIC16F877根据水温状况来控制继电器的通断来实现对加热电路的接入控制。本系统还具有报警功能，如果测得用户设定温度过高或者测量出水温过高，单片机通过报警电路向用户发出声光报警，并自动切断电加热电路。

1.2单片开关电源的构成与基本原理

单片开关电源主要由①一般市电到输入整流滤波器的电路；②功率开关管（MOSFET）以及高频变压器；③PWM控制器（以基准电压、误差放大以及PWM比较器等功能器件构成）；④输出整流滤波器⑤光耦反馈回路。还有缓冲电路（RCD）、限流（或钳位）保护电路、偏置电路等等。

这是基于PWM脉宽调节控制器的单片开关电源，具体原理与上节PWM脉宽调节控制器一样，只是多了由VDz1和VD1组合成的漏极钳位保护电路和VD3和Cf组合成的偏置电路还有配有稳压管的光耦反馈电路。当输出电压Uo发生变化，这是采样的VDz2提供一个参考电压Uz2，，光耦内部的LED发光二极管会得到一个误差电压，这相当于在TOPSwitch外部增加了一个误差放大器在结合内部误差放大器就可以对Uo进行调整。基于输出电压由式子Uo=Uz2+Ur+Uf（Ur为设定环路的增益，而Uf为光耦里LED发光二极管的正向压降）其稳压的原理就是：当Uo上升的时候，Uo> Uz2+Ur+Uf，产生误差电压Ur’=Uo-（Uz2+Ur+Uf），这使LED上的电流If增大，以致于经过光耦的发射极电流Ie上升，进而使TOPSwitch控制端的电流Ic上升，导致占空比D下降，进而使Uo减少，从而实现了稳压的目的，相反的情况下也能起度稳压

的作用。

2硬件设计方案

2.1温度测量电路设计

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数

据处理。DS18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序（冗余校验）。列号，最后8位是以上56的位的CRC码数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字2个字节是温度转换后的数据值信息，节为8位。第1、第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM是非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。

2.2红外接收电路设计

红外接收电路用于接收红外信号并从调制信号中解调出遥控器二进制控制脉冲信号，本文采用红外接收电路采用HS0038来实现。HS0038集光电转换、解调和放大于一体，HS0038能接收调制中心频率38k的红外线，HS0038有三个引脚，一个VCC一个GND，一个红外遥控编码输出，只需少数外接元件就能实现从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作。接收的遥控码是由一个低电平与一个高电平构成，不同脉宽高低电平的组合组成不同控制码。本文将解调的信号直接输入PIC16F877的I/O接口，由程序识别出用户对温度控制的指令，HS0038与PIC16F877连接。

2.3数码管接口电路设计

数码管中的每一段相当于一个发光二极管，8段数码管则具有8个发光二极管。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动，是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动。动态显示驱动是数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制；在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够给单片机节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

3软件设计方案

根据设计任务要求，可将软件分为以下几个模块：1-wire总线通信模块、红外命令接收模块、数码管动态扫描模块、报警模块，限于篇幅，着重介绍第一个模块的编程思路及实现步骤。1-Wire总线是美国的达拉斯半导体公司（DALLASSEMICONDUCTOR）近年来推出了一项特有的单总线技术。该总线采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。主机和从机之间的通信可通过3个步骤完成，分别为初始化1-wire器件、识别1-wire器件和交换数据。由于它们是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问1-wire器件都必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM、命令功能命令。如果出现序列混乱，1-wire器件将不响应主机。DS18B20高速暂存器共9个存储单元，DS18B20内部寄存器序号寄存器名称作用序号寄存器名称作用0温度低字节以16位补码4配置寄存器。

4结语

通过形成多元化的综合软件与硬件技术的创新运用，在整个技术控制中形成多软件的综合处理技术，这样，在实现多面化的过程中，能形成多样化的综合处理结果，这样对于整个管理技术模式有很大的推动性。

参考文献：

[1]沙占友，王彦朋，安国臣等编著，开关电源设计入门与实例解析[M]北京：中国电力出版社.2009

[2]周洁敏编著，开关电源理论及设计[M]北京：北京航空航天大学出版社，2012.3

[3]周志敏，纪爱华编著，开关电源功率因素校正电路设计与应用实例[M]北京：化学工业出版社，2012.7