2010-04-20 08:04:24 阅读9 评论0 字号:大中小
新型蓄热保温式电热水器的单片机控制
摘 要 介绍了一种新型蓄热保温式电热水器的工作原理和产品特点,给出了控制电路原理图,并对PIC16C62X系列单片微型计算机进行了较为详细的介绍。
关键词 电热水器,蓄热,单片机控制
The New Type of Water Heater Controlled by Microcomputer
Abstract A new type of electrical water heater, heat stored water heater, is introduced. Its advantages over the conventional water heaters and its electrical control circuit are presented in detail. The brief introduction about PIC16C62X microcomputer is also contributed.
Keywords Electrical water heater Heat stored water heater Single chip microcomputer
1. 概述
随着人民生活水平的不断提高,生活质量和家居环境大为改观,使用和购买热水器的用户越来越多。时下市场上热水器的品种繁多,性能各异,总的说来,有三大类较为流行,即燃气热水器,太阳能热水器和电热水器。其中电热水器又有速热式,贮水式等。新生活新理念呼唤新产品,同时也激发了发明家的新灵感,一种新型电热水器,无水蓄热保温式电热水器应运而生,它是传统蓄热技术和现代电子信息技术相结合的产物。
2. 蓄热保温式电热水器的特点
与其他热水器不同,蓄热保温式电热水器内部装有一种特殊的高效蓄热材料,电加热器对其进行加热,将电能转换成热能并贮存在热媒体中,由于有专用隔热材料进行保温,内部温度可达数百度。使用时,当自来水进入储热媒体时,凉水遇高温瞬间汽化,并在混水器中与凉水进行水汽混合,从而得到所需要的热水。
蓄热保温式电热水器的优点是非常明显的,首先,由于没有贮水内胆,传统热水器中水箱和加热器的结垢,由于承受压力而带来的漏水等问题就不会发生;采用干烧蓄热,不直接加热水,且加热器与蓄热材料隔离,从而实现了真正的水电分离,增加了使用中的安全性;其次,良好的保温效果,能使用户在夜里自动蓄热,而全天使用热水,充分享受到谷峰电价的优惠;另外,由于出热水量只与蓄热多少有关而不像传统热水器那样取决于水箱容积,从而能以小体积得到大的出热水量。
3. PIC16C62X系列单片机的特点
美国MICROCHIP公司推出的PIC系列8位单片机是业内首次采用RISC结构的高xxx嵌入式控制器,其高速度,低工作电压,低功耗,大驱动能力,低价OTP技术,体积小巧等都体现了微控制器工业的新趋势。在MICROCHIP公司的单片机家族中,PIC16C62X并没有CCP,SCI,SSP等功能模块,它是一种小型的易于嵌入式控制的单片机,比较接近PIC16C61/71,实际上可以看成是PIC16C61增加了两路电压比较器后的增强型芯片,PIC16C62X内部的电压比较器为使用者提供了低价的模拟输入接口,使之能够在低成本应用中得到青睐,大家可以在仪器仪表,家用电器,充电器,智能传感器等产品中看到它们的身影。其主要功能部件有:13根可独立编程的双向I/O口线;高驱动电流I/O脚,每根I/O口线{zd0}拉电流为25mA,{zd0}灌电流为20mA,可直接驱动LED显示器;一个八位定时器/计数器,可带8位预分频器;模拟比较器部件:2路电压比较器,可编程片内参考电压Vref,可编程比较器输入,比较器输出也可作为输出信号。
PIC16C62X独有的比较器模块含有2个模拟比较器,RA0—RA3都可以作为比较器的输入,而片内的参考电压也可以作为比较器的输入来使用。CMCON为比较器控制寄存器,用于控制比较器的输入/输出组合。其中CM0—CM2位选择比较器的八种工作模式之一,C1OUT和C2OUT位分别选择两个比较器的输出与输入关系,CIS位是比较器的输入端选择开关,本应用例中给CMCON送入控制字01000010B,其结构如图1所示。显而易见,本方式为四个模拟量输入可选择连接到两个比较器,且两个比较器使用同一来自内部的参考电压。根据所送的控制字,RA0连到C1比较器的Vin-端,RA1连到C2比较器的Vin-端,但两个比较器各自的输入/输出关系有所不同,对比较器1,当Vin+大于Vin-时C1out有输出,对比较器2,当Vin+小于Vin-时C2out有输出。
VRCON为参考电压选择设置寄存器,VR0—VR3位选择参考电压的大小,VRR位选择参考电压值的范围,有高低两种电压范围,计算公式如下所示:其中VDD为电源电压。
低值公式(当VRR=1时):Vref=(VRR〈3:0〉/24)xVdd
高值公式(当VRR=0时):Vref=VDD/4+(VRR〈3:0〉/32)xVdd
例:设Vdd=5V,需Vref=1.25V,则VRCON=A6H
总之,PIC16C62X单片机的正确使用主要在于对两个控制寄存器CMCON和VRCON各个控制位的熟悉和掌握,其它如中断控制,中断使能,中断标志等寄存器的使用与其他PIC系列单片机大同小异,此处不再赘述。
4. 热水器控制电路的设计
蓄热保温式电热水器与普通电热水器的内部结构差异较大,特别是内部温度不同,所以控制电路也就不一样。蓄热保温式电热水器内部热媒体的温度高达数百度,这是二者的不同点,也是电路设计时应该主要考虑的问题,图2所示即为控制电路原理图。常规电源电路,输入电路,输出电路和单片机四部分构成了硬件控制电路,再加上测控软件,就是一个完整的控制系统。以PIC16系列单片机为中心构成的家用电器控制电路往往非常简洁,外围元件少,这正是PIC16系列单片机的{zd0}优点和得以广泛应用的原因之所在。
输入部分共四个开关量,一个模拟量,由三个控制按钮,一个水流开关和一个测温电路组成。由于PIC16系列单片机内部集成有上拉电阻和保护整形电路,四个开关量可以直接连到输入脚,R4,R5,R6,R7为防静电低值电阻,K1,K2,K3按钮用来设定蓄热温度和启动工作等。测量高温时一般常用热电偶,同时也需要对其输出毫伏电压信号进行放大,图中U2为运算放大器,R1提供断偶保护输入信号,U2放大后的伏级电压输入到单片机的RA0模拟脚,即内部比较器C1的Vin--端。
输出部分共五个开关量,由两个LED驱动,一个蜂鸣器驱动和两个直流继电器驱动电路组成。PIC16系列单片机I/O口的拉电流达25mA,故直接驱动发光二极管和晶体管没有问题。J1控制混水阀SOL,J2控制电加热器HT,发光二极管LED1,LED2和蜂鸣器SP对工作状态及按键操作进行提示。
用水时,一旦龙头拧开,S1即感应流水信号,单片机经短暂延时后打开混水电磁阀SOL,使自来水进入热交换器,在出口即可流出所需的热水;若用完水关掉龙头,S1断开,单片机立刻断开SOL供电,停止出水。蓄热工作时,当热电偶检测的温度低于所设定的温度时,J2吸合,加热器HT得电进行加热,使蓄热媒体的温度慢慢上升,当达到所设定的温度时,J2失电使加热停止并进入保温状态,这一系列动作都是由软件控制单片机的I/O口和内部的电压比较器,对测温输入电压和设定值进行比较来完成的,软件编写方面此处不再介绍。本电路只是一个基本控制电路,可以很容易地扩展日历时钟芯片和LED数码管等人机界面元件,构成一个更加智能化的定时自动蓄热控制系统。
5.参考文献
1.王有绪,许杰,李拉成。PIC系列单片机接口技术及应用系统设计。北京航空航天大学出版社
2.黄继昌,徐巧鱼,张海贵。传感器的工作原理及应用实例。人民邮电出版社