基于單片機(jī)的電熱水器定時(shí)控制器設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的大容量電熱水器的加熱時(shí)間一般都比較長，如果熱水器一直開著，則會一直耗能耗電，而定時(shí)開關(guān)控制器則可有效解決這些問題，使電熱水器使用起來更加舒適省電。這樣，電熱水器不僅可以充分利用閑置的時(shí)間，避免用戶使用時(shí)長時(shí)間的等待，減少不必要的保溫，也可以更加節(jié)約電能，特別對低谷及高峰用電有差價(jià)的地區(qū)．利用晚間低谷用電開機(jī)加熱，白天用電高峰關(guān)機(jī)保溫，便能大量節(jié)約電費(fèi)開支。本文中的定時(shí)控制器主要是以單片機(jī)AT89C2051作為核心控制元件，通過外圍電路來控制熱水器的電源，以達(dá)到定時(shí)開關(guān)機(jī)的目的。

1 硬件組成

本電熱水器控制系統(tǒng)在加電后即可進(jìn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，用戶可以隨時(shí)校準(zhǔn)時(shí)間并設(shè)定熱水器的開關(guān)時(shí)間，以便控制器能夠在設(shè)定的開關(guān)時(shí)刻通過單片機(jī)的輸出端口控制輸出繼電器的動作，進(jìn)而控制熱水器的啟閉。該系統(tǒng)的硬件原理圖見圖1所示。

本系統(tǒng)的核心單片機(jī)AT89C2051為20腳300MIL封裝，是一種帶有2KB FLASH E2PROM的單片機(jī)。該單片機(jī)除了少了兩個(gè)并口外，能兼容MCS-51系列單片機(jī)的所有功能，且具備體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。該電路可通過單片機(jī)的P3．7口連接一個(gè)鍵盤電路來實(shí)現(xiàn)對參數(shù)的人工自由設(shè)定，同時(shí)可通過串口連接6位LED數(shù)碼管，以分別顯示小時(shí)、分鐘和秒。系統(tǒng)定時(shí)啟動是通過P3．0口完成的。程序開始時(shí)這三個(gè)口的輸出狀態(tài)都是低電平，AT89C2051通過程序查詢P3．0口輸出ON或OFF的狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，
如果已到時(shí)間，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，從而完成對外部電路的控制。

下面重點(diǎn)介紹鍵盤、顯示以及輸出控制這三種電路。

1．1 顯示電路

本系統(tǒng)中的顯示電路主要由七段共陽顯示譯碼器74LS47、3線－8線譯碼器74tHC138、7個(gè)PNP型三極管和六個(gè)數(shù)碼管組成。通過AT89C2051的P1．4～P1．7口將要顯示字符的BCD碼輸出到74LS47的四個(gè)輸人端，然后譯碼并輸出相應(yīng)的筆段來驅(qū)動LED數(shù)碼管(共陽)。LED數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，即在某一時(shí)刻，只有一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的位選信號由AT89C2051的P3．3～P3．5輸出，并經(jīng)74HCl38譯碼后通過三極管放大，以驅(qū)動相應(yīng)的數(shù)碼管。

1．2 鍵盤電路

鍵盤電路跟顯示電路一樣采用掃描方式，并利用動態(tài)顯示時(shí)的數(shù)碼管驅(qū)動位置信號來判斷相應(yīng)按鍵的狀態(tài)。單片機(jī)的P3．3～P3．5口輸出的BCD碼經(jīng)譯碼器譯碼后，相應(yīng)的Y口呈低電平，而AT89C205 1的P3．7口平時(shí)為高電平(由于有上拉電阻)，只有當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，P3．7才被下拉為低，這時(shí)，單片機(jī)將利用程序查詢P3．7是否為低，如果P3．7為低電平，則讀回單片機(jī)P3．3～．P3．5口的值(從緩沖區(qū)讀取)，并判斷是那個(gè)按鍵按下．然后調(diào)用相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理。

1．3 輸出控制電路

單片機(jī)的控制輸出是通過P3．0～P3．2口完成的。當(dāng)程序開始時(shí)，這三個(gè)口的輸出狀態(tài)都是低電平，AT89C2051通過程序查詢?nèi)份敵龅腛N或OFF狀態(tài)預(yù)置時(shí)間是否已到，若時(shí)間到，則改變相應(yīng)的輸出狀態(tài)，以完成對外部電路的控制。

2 軟件設(shè)計(jì)

2．1 主程序流程

本系統(tǒng)的主程序工作過程是首先循環(huán)進(jìn)行六個(gè)數(shù)碼管的掃描顯示(DISPLY段)，然后比較所有預(yù)置時(shí)間(COMP段)是否與當(dāng)前時(shí)間相等，如相等則轉(zhuǎn)向相應(yīng)處理程序。比較完成(或處理完成)后，再判斷有無按鍵(PP2段)按下，沒有則返回繼續(xù)顯示、比較、判斷；有按鍵按下則轉(zhuǎn)向相應(yīng)的處理程序。按鍵轉(zhuǎn)移采用偏移量加表格跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移法(KEY段)。預(yù)置時(shí)間比較則采用逐一比較法，即對每一個(gè)預(yù)設(shè)的值都進(jìn)行比較，如果相等，則進(jìn)行相應(yīng)的處理。在具體比較時(shí)(COMP1段)，首先比較TH值，如不相等，則直接轉(zhuǎn)出并置"時(shí)間到"標(biāo)志CCB為0，而如果TH、TM、TS全部對應(yīng)相等，則置該標(biāo)志為1，其軟件流程見圖2所示。

2．2 秒脈沖發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的秒脈沖發(fā)生器是由定時(shí)器T0和內(nèi)存空間TT0配合完成的。其中T0工作于l 6位計(jì)數(shù)器模式，當(dāng)T0向上計(jì)數(shù)并由全1變?yōu)槿?時(shí)產(chǎn)生中斷。本程序中，T0的初值為0DC00H，大約0．01秒中斷一次。這里使用的晶振頻率為11．0592MHz，由此可計(jì)算出日誤差約為0．78 s。其操作流程如圖3所示，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷后，首先保存ACC
和PSW的值，然后為T0重裝初值，并判斷中斷次數(shù)是否小于100，若是，則轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)，反之則將秒計(jì)數(shù)器加1。秒計(jì)數(shù)器大于59時(shí)，則為分計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)秒計(jì)數(shù)器清0。同樣，分計(jì)數(shù)器如大于59，則為時(shí)計(jì)數(shù)器加1，同時(shí)分計(jì)數(shù)器清0。時(shí)計(jì)數(shù)器如大于23時(shí)則清0并轉(zhuǎn)出中斷服務(wù)。TD中斷100次的時(shí)間剛好為1秒鐘。

3 結(jié)束語

本文通過以AT89C2051單片機(jī)為核心并輔以外圍電路的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了低成本的控制要求。該定時(shí)時(shí)控制器可定時(shí)控制并顯示有關(guān)參數(shù)，在滿足系統(tǒng)要求的同時(shí)，又具備簡單、經(jīng)濟(jì)之特點(diǎn)。此外，靈活的鍵盤輸入方式來設(shè)定參數(shù)可增加系統(tǒng)的靈活性。

日前，采用本設(shè)計(jì)制作的定時(shí)控制器已經(jīng)通過測試并投入使用，實(shí)際使用結(jié)果證明：該定時(shí)控制器運(yùn)行可靠，操作方便，可用在傳統(tǒng)的不帶定時(shí)功能的熱水器上，而且既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，值得推廣。