基于PIC16C72的水位水溫控制器的設計
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2．2 溫度測量
下面以水箱水溫的測量方法為例說明測溫原理。在圖2中，RT1是熱敏電阻，用來感應水箱水溫。電阻R1與RT1組成簡單的串聯(lián)分壓電路對5 V的電源電壓分壓，RT1上的壓降為5V·RT1／(RT1+R1)，該壓降隨溫度變化而變化，并通過A／D的輸入引腳AN0送入PIC16C72A內部的A／D轉換器，轉換為數字信號，由程序讀取。熱敏電阻RT1用于測量室外管道的溫度，原理與上述完全相同，由引腳AN1把相應的熱敏電阻上的壓降送入A／D轉換器。這里選用負溫度系數熱敏電阻器(NTC)作測溫傳感器，NTC測溫熱敏電阻的主要優(yōu)點是電阻溫度系數大，靈敏度高，響應速度快，能進行精密溫度測量，主要缺點是熱電特性非線性現(xiàn)象嚴重。實驗發(fā)現(xiàn)，在測量溫度較高時NTC熱敏電阻功耗較大，易造成熱擊穿，因此應盡量選用阻值較大的NTC熱敏電阻和分壓電阻。另外，考慮到PIC單片機的A／D輸入信號引腳的輸入漏電流最大為±500 nA，要保證A／D轉換結果的正確，就要求損耗在信號源內阻上的電壓不能超過10 mV，這樣就要求信號源內阻最大不要超過20 kΩ。經分析和研究表明，在選用玻璃封裝的NTC熱敏電阻，精度為50kΩ+±0.5％，其B25／50為4050 k±1％，分壓電阻選用熱穩(wěn)定性好的精度為20 kΩ±0.5％的金屬膜電阻，不需線性補償，僅使用查表的方法就能滿足測溫精度±1℃的要求，并較好地解決了熱敏電阻的熱擊穿問題。
2. 3 鍵盤輸入和顯示輸出
利用PIC16C72的PORTB口的每個I／O引腳可提供量大20 mA的拉電流直接點亮LED工作，并具有軟件控制弱上拉的特點，可簡化按健輸入和顯示輸出接口電路設計。PORTB口除作按健狀態(tài)的輸入口外，還用于水位、溫度顯示及工作狀態(tài)的輸出端口，這通過程序設置PORTB口分時作輸入口或輸出口的方式實現(xiàn)。鍵盤查詢電路由電阻R4～R10及6個按鍵S1～S6組成，S1～S6分別定義為“升溫”、“降溫”、“定量”、“定時”、“上水”、“電熱”鍵。通過讀入引腳RB0～RB5上的電平可輸入按鍵S1～S6的開關狀態(tài)。兩位數碼管SM42052、水位指示燈L1～L7、狀態(tài)指示燈L8～L14以共陰、動態(tài)掃描方式輸出顯示，由PIC16C72的引腳RC4～RC7輸出的4個共陰顯示位控電平，控制4個8050三極管Q1～Q4作為兩位數碼管和兩組LED(L1～L7，L8～L14)的位控。由軟件譯碼后的顯示碼由引腳RB0～RB6上輸出直接驅動LED數碼管和指示燈L1～L14。按健S1～S6通過1kΩ的限流電阻R16接到PORTC口的引腳RC3，目的在于消除當PORTB作輸出口時，按鍵操作可能對數碼管和指示燈L1～L14顯示的影響。在查詢輸入按健S1～S6的狀態(tài)前，程序先使引腳RC3輸出低電平，然后讀入PORTB口的電平，輸入按健S1～S6的狀態(tài)。而在PORTB作輸出前，程序先設置RC3為輸入引腳，然后再從PORTB口的引腳RB0～RB6上輸出顯示碼，由于這時RC3引腳呈輸入高阻，按健S1～S6浮空，即使此時有健被按下，也不會把引腳RB0～RB6上輸出的高電平拉低而影響顯示。L1～L7燈顯示水箱水位，兩位數碼管一般情況顯示水箱水溫，當按升溫或降溫鍵時，閃爍顯示設定的水溫值；當按定時健時，閃爍顯示設定的用水時間值；當出現(xiàn)故障時，則顯示故障編碼；燈L8～L10分別為定溫工作模式、定量工作模式、定時工作模式指示燈；燈L11～L14分別為上水、電熱、故障、自來水水壓狀態(tài)指示燈。S1、S2分別為升溫鍵和降溫鍵，用于選擇定溫模式，并用于改變水溫設定值；S3鍵為定量鍵用于選擇定量模式，并用于預置水量值，定時鍵S4用于選擇定時模式并改變時間設定值，S5為上水鍵用于開啟／關閉自動上水，S6為電熱鍵用于開啟／關閉電加熱，S7為水流開關，用于測量用戶用水狀態(tài)。
2．4 控制輸出電路
系統(tǒng)有三路控制輸出，分別是由單片機的RA5、RC1和RC2輸出控制三極管Q6、Q7和Q8，分別控制繼電器RL1和RL2、RL3和上水電磁閥。繼電器RL1和RL2用于控制電加熱管對水箱中的儲水輔助電加熱，繼電器RL3控制電伴熱帶用于上下水管路防凍堵，Q8控制上水閥上水。例如，按“上水”鍵將RC2置高電平開啟上水電磁閥，啟動上水。再次按“上水”鍵，程序使RC2輸出低電平，關閉上水電磁閥。低溫電伴熱帶防凍的條件是，室外管道溫度等于或低于4℃，程序就將RC1口置高電平，使電伴熱帶通電工作發(fā)熱，當管道溫度等于或高于10℃時，使引腳RC1輸出低電平，以關閉電伴熱帶電源。
3 功能介紹和軟件編程
本系統(tǒng)采用單片機程序控制，功能有水溫水量顯示、定量上水、定溫上水、定時用水、自動上水、輔助電加熱、管道自動防凍、溢水自停、用水自動停止上水和停止電加熱，低水壓判斷等功能。主要功能介紹如下：定量上水功能：按“水量”鍵，定量摸式燈亮，系統(tǒng)進入定量模式，水位燈開始閃爍，此時繼續(xù)按“水量”鍵，水位燈開始循環(huán)變化，在希望的水量值處停下，水量設定完成。按“上水”鍵，上水燈亮，開始上水，當水箱中的水量達到設定值時，自動停止上水。定溫上水功能：接“升溫”或“降溫”鍵，此時定溫模式燈亮，表示系統(tǒng)進入定溫模式，數碼管閃爍顯示設定的水溫值。繼續(xù)按“升溫”或“降溫”鍵，直到期望值為止。按“上水”鍵，上水燈亮，啟動定溫上水功能，在上水過程中，再按一下“上水”鍵，將關閉上水。定時用水功能：首先按“水量”健，水位燈閃爍顯示設定的水量值，繼續(xù)接水量鍵直到欲設定的水量值；再按“升溫”或“降溫”鍵，數碼管閃爍顯示設定的水溫值，繼續(xù)按“升溫”或“降溫”鍵，直到欲設定的值；最后再按“定時”鍵，此時數碼管閃爍，此時定時模式燈亮，指示當前為定時工作模式，繼續(xù)按“定時”鍵，直到顯示的數值為欲設定的用水時間(1～24 h)。在定時模式下，當日照較好，太陽能已使水溫達到設定溫度時，不啟動電輔助加熱；當日照不足時，控制器會計算出合適的啟動電輔助加熱的時機，真正做到光與電自動互補，既節(jié)電又保證全天候使用。如要取消定時功能，按一下“水量”鍵或“升溫”“降溫”鍵就離開定時模式，進入定量模式或定溫模式。定溫電輔助加熱功能：當水溫低于設定值時，按“電熱”鍵可在開啟／關閉電加熱間切換。防干燒功能：當水溫低于設定值，水箱中水位不足1／4時，即使按電熱鍵也不能啟動電加熱。溢水自停功能：上水15min后，水位無變化，將自動關閉上水。另外還設計有用戶用水自動推遲上水、停止電加熱等功能，水箱無水15 min后自動啟動上水功能。系統(tǒng)程序由主程序、多個功能子程序及一個中斷服務程序組成，程序流程如圖3和圖4所示。程序用PIC匯編語言編寫完成，程序代碼近2kB。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161140.htm
4 結束語
本設計通過在測溫電路中采用較大阻值的分壓電阻和NTC熱敏電阻，有效地降低了NIC熱敏電阻的工作電流，較好地解決了NTC熱敏電阻的熱擊穿問題。采用自制的備份電極的水位傳感器，成倍地延長了水位傳感器的使用壽命。選用PIC16C72為控制芯片，外圍電路簡單、成本低、抗干擾性好。設計的定量、定溫、定時3種工作模式，功能全面實用，能滿足家庭太陽能熱水器多樣化控制的要求。按鍵操作簡明，無按鍵復用，一目了然，用戶容易掌握和使用，該水位水溫控制器特別適用于家庭落水式太陽能熱水囂的自動控制。
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