基于單片機系統(tǒng)控制的家用采暖洗浴器設(shè)計

3．1 數(shù)據(jù)采集
對房間溫度、采暖水溫、洗浴水溫信號的檢測采用 DS18B20芯片。 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為 -55℃~+125℃,可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 0.0625℃；多個 DS18B20可以并聯(lián)到3或2根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，比較適合于該系統(tǒng)對溫度的測量。
對水位的檢測在膨脹水箱中使用高、中、低三個探點，最低的探點接工作電源，中間為低水位探點，頂部為高水位探點。為防止探點因水的電離吸附而締結(jié)水垢，除選用特殊材料外，其工作電源采用交流信號供電。采暖、洗浴水壓開關(guān)信號的檢測采用開關(guān)式傳感器，無水流過水壓開關(guān)時，輸出高電平；當(dāng)有水流過水壓開關(guān)后，輸出低電平信號。
3．2 執(zhí)行機構(gòu)
執(zhí)行機構(gòu)均采用繼電器控制，單片機送出的執(zhí)行信號經(jīng)光電隔離、三極管驅(qū)動放大后，控制繼電器線圈電流，使繼電器觸點動作，接通或斷開循環(huán)泵、電磁閥和各加熱體的供電電源。聲報警電路由晶體管放大器及蜂鳴器組成，由單片機的P1口控制。為保護(hù)單片機系統(tǒng)，減小外界信號干擾，各開關(guān)傳感器、執(zhí)行機構(gòu)與單片機之間均采用光電耦合器進(jìn)行信號隔離。
3．3 鍵盤與顯示電路 鍵盤電路有兩個作用，一是對采暖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，二是對洗浴水溫進(jìn)行選擇。采暖系統(tǒng)的設(shè)置包括設(shè)置系統(tǒng)時間、工作方式、自定義各時間段的采暖溫度值等。設(shè)
置系統(tǒng)時間主要是重新調(diào)用對DS12887的初始化程序，使系統(tǒng)時間與當(dāng)前日歷一致。采暖系統(tǒng)設(shè)有五種工作方式：全天以恒定溫度連續(xù)運行、以用戶自定義的各時間段溫度運行、以系統(tǒng)默認(rèn)的各時間段溫度運行、出差外出防凍運行、采暖功能停止。洗浴水溫的選擇，主要通過鍵盤設(shè)置洗浴加熱體參與加熱的功率大小，以控制出水溫度。在淋浴時可根據(jù)個人感覺，選擇不同檔的淋浴水溫。顯示電路采用 TN-LCD型筆段式液晶，顯示畫面預(yù)先訂做，液晶顯示器上可顯示日歷信息，溫度信息，工作方式信息，超溫、缺水、漏電等故障信息。顯示模塊上集成了驅(qū)動器、顯示 RAM、振蕩器等，采用串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，與單片機接口簡便。
3．4 其他電路
時間日歷芯片采用DALLAS公司生產(chǎn)DS12887/DS12C887，它具有完備的時鐘、鬧鐘及到2100年的日歷功能，片內(nèi)有 114字節(jié)的做掉電保護(hù)用的低功耗 RAM。該芯片將晶振、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個加厚的集成電路模塊。 DS12887/DS12C887內(nèi)部有專門的接口電路，從而使得外部電路的時序要求十分簡單，使用時無需外圍電路元件，與單片機的接口大大簡化。在采暖洗浴控制系統(tǒng)中， DS12887/DS12C887除提供日歷信息、秒中斷信號外，其 RAM和鋰電池可以很好地保護(hù)用戶的自定義設(shè)置。
4系統(tǒng)控制軟件設(shè)計
系統(tǒng)主要的軟件設(shè)計流程圖如圖3、4所示。
DS12887的秒中斷接單片機的外部中斷 0，系統(tǒng)的主要控制功能在 INT0的中斷服務(wù)程序中完成。為保證用戶的用電負(fù)荷不至于過大，采暖和洗浴功能采用連鎖控制，洗浴優(yōu)先。當(dāng)系統(tǒng)檢測到洗浴水壓開關(guān)打開時，便關(guān)閉采暖加熱體，只保留循環(huán)泵的原工作狀態(tài)；由面板鍵盤選擇出水溫度，在洗浴功能中將最高水溫控制在65℃。只有當(dāng)洗浴水壓開關(guān)關(guān)閉時，洗浴加熱體斷電，采暖加熱體才能通電。采暖功能工作時，首先對水位進(jìn)行檢測，水位過低時打開電磁閥上水；到達(dá)高水位后，關(guān)閉電磁閥，開啟循環(huán)泵，若發(fā)現(xiàn)采暖水壓開關(guān)未打開，說明水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在水位及水循環(huán)正常后，檢測水溫、房間溫度，根據(jù)工作方式設(shè)置和當(dāng)前的時鐘，讀取已保存的采暖溫度設(shè)定值，與實測房間溫度值進(jìn)行比較，給出相應(yīng)的控制信號；在房間溫度低于設(shè)定溫度 2℃時，三組加熱體同時加熱，直到房間溫度高于設(shè)定溫度2℃時，僅留一組加熱體進(jìn)行保溫加熱；三組加熱體輪換作為保溫加熱體，以延長加熱體的使用壽命。在采暖功能中將最高采暖水溫控制在85℃，超溫時停止加熱并報警。
本文作者創(chuàng)新點
采用納米材料遠(yuǎn)紅外薄膜電加熱管，體積小、熱效率高，利用單片機對水溫、水位、房間溫度等參數(shù)進(jìn)行檢測，并具有超溫、缺水、漏電等保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。該產(chǎn)品經(jīng)調(diào)試、檢驗，整個系統(tǒng)具有投資少、功能強、效率高等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。