基于單片機的太陽能熱水器智能儀

Intelligent Instrument of Solar Energy Geyser Based on SCC

WANG Xianjuang, SUN Ping

(Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College, Hangzhou 310018, China)

　　Abstract: In accordance with the user requirement, an intelligent instrument of solar energy geyser is designed. The instrument is composed of P8 7LPC764BN etc. The circuit schematics and the relational diagram of software mod ules are given.
　　Keywords: single chip computer; control; intelligent instrument

1智能儀的性能特點
　　智能儀主要有以下特點：
　　(1)使用電源為220VAC，功耗小于5W。 (2)水溫數(shù)碼顯示，測溫范圍0～99℃；精度±2℃，水位分五檔顯示。 (3)水位設(shè)置。可設(shè)置加水水位20%、50%、80%、100％(本儀預(yù)置水位50％)。 (4)溫控上水。當水箱水未加滿，水溫超過60℃時，自動加水至50℃，此功能使太陽能熱水 器產(chǎn)出最多熱水(溫度50℃以上)。 (5)缺水上水/報警。當水位從高到低，出現(xiàn)缺水狀態(tài)時，蜂鳴報警，缺水指示燈 閃亮，延時15分鐘自動上水至預(yù)置水位。 (6)手動上水。按“上水”鍵，若水位低于預(yù)置水位，可上水至預(yù)置水位；若水 位已達到預(yù)置水位，則在原水位基礎(chǔ)上再加一檔；若水位已加滿，則停止手動加水。在 上水過程中，按“上水”鍵，可停止上水。 (7)定時上水。按“定時”鍵，可設(shè)定定時上水時間，實現(xiàn)定時上水。 (8)低水壓上水。在上水過程中，水壓過低或停水，智能儀會自動進入低水壓模 式，黃燈閃亮，并報警。在此模式中，智能儀會間隔30分鐘啟動上水，若30分鐘內(nèi)仍 不能使水位上升一檔，則停止30分鐘，然后再啟動上水，反復(fù)循環(huán)運行。 (9)防高溫上水。以免空曬后上水造成炸管。?

　　根據(jù)設(shè)計要求，選用Philips公司生產(chǎn)的P87LPC764BN芯片，組成最小最優(yōu)化系統(tǒng)。
2.1單片機電路
　　P87LPC764BN是20腳封裝的單片機，適合于高集成度、低成本的場合。采用80C51加速處理器 結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度是標準80C51 MCU的兩倍。片內(nèi)有4K字節(jié)OTP程序存儲器，128字節(jié)的RAM 。32Byte用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設(shè)置參數(shù)； 有看門狗電路、復(fù)位電路(使用片內(nèi)上電復(fù)位時不需要外接組件)；2個16位定時/計數(shù)器，2 個A/D轉(zhuǎn)換器；所有口線均有20mA的驅(qū)動能力；電源電壓VDD=4.5～6.0V(操作頻率為20MHz)。硬件電路如圖1所示。
　　系統(tǒng)電源經(jīng)單相橋式整流得12V直流電給電磁閥供電，經(jīng)MC7806穩(wěn)壓后給單片機等供電。
2.2溫度、水位采集和顯示原理
　　水溫、水位傳感器分別利用熱敏電阻和水的導(dǎo)電性，結(jié)合HD74HC04P，產(chǎn)生脈沖信號，從T0、T1引腳輸入單片機。經(jīng)轉(zhuǎn)換計算，將實測的溫度和水位值存入數(shù)顯緩沖區(qū)；其采集電 路見圖1所示。將P87LPC764BN的P0.0～P0.6通過電阻接到VD D，每個口線可提供20mA的吸入電流，直接驅(qū)動LED，顯示水溫；LED采用共陽極接法，其 輸出電流雖小，但驅(qū)動水位顯示指示燈已足夠。由單片機控制通過P0口動態(tài)顯示實測的水 溫和水位。
2.3開關(guān)、聲光報警電路
　　開關(guān)有定時、上水和水位設(shè)置三個功能鍵，利用P87LPC764BN的P0口鍵盤中斷，實現(xiàn)定時 時間的設(shè)定、手動上水和水位的設(shè)置等。相應(yīng)的聲光報警電路，采用高亮度LED和高響度 蜂 鳴器，由單片機控制，發(fā)出不同的聲光報警。
2.4電磁閥驅(qū)動電路
　　由單片機控制，從P1.4口線輸出信號，經(jīng)放大驅(qū)動電磁閥，進行上水。
2.5復(fù)位、抗干擾
　　本系統(tǒng)采用P87LPC764BN片內(nèi)上電自動復(fù)位，RST管腳可作為待開發(fā)用。為防止或減少上電及 掉電時的錯誤操作，啟用P87LPC764BN的電源監(jiān)控功能。采用防雷措施，傳感器和電磁閥的 每根信號線均通過壓敏電阻接地(圖1中未畫出)。起用P87LPC764BN片內(nèi)的看門狗定時器，在 顯示水溫水位的子程序中，定時對看門狗清0。?

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　　主程序流程圖如圖2所示，采用人性化設(shè)計，用戶不必作任何操作，智能運行。本智能儀有 三種上水方法：缺水上水、溫控上水和手動上水，前兩種在主程序中實現(xiàn)。初次安裝投入使 用或停水后突然來水，水箱缺水，若溫度低于100℃，打開電磁閥上水至設(shè)置水位(初始預(yù)置 水位50％)；若溫度高于100℃，不上水，防止空曬后上水而炸管。太陽曬后，當水溫上升， 溫度超過60℃且水未滿時，打開電磁閥上水至50℃。晚上，若熱水已用完，延時15分，進行 缺水上水；若熱水未用完，不上水，以保證熱水充分利用。第二天太陽出來后，利用溫控上 水。在上水過程中，水壓過低或停水，智能儀會自動進入低水壓上水模式：低水壓聲光報警 ，間隔30分鐘啟動上水，若30分鐘內(nèi)不能使水位上升一檔，則停止30分鐘，然后再啟動，反 復(fù)循環(huán)，以免電磁閥長時間通電而燒毀。在主程序中，15分鐘和30分鐘的延時，通過多次調(diào) 用顯示子程序來實現(xiàn)；檢測低水壓循環(huán)上水時，也調(diào)用顯示子程序；所以智能儀在自動上水 的同時，也實時顯示水溫和水位。若用戶需要設(shè)置水位、定時上水和手動上水，可在面板上 直接操作，通過外中斷來實現(xiàn)，鍵盤中斷服務(wù)程序如圖3。

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　　本智能儀采用P87LPC764BN單片機控制，外圍電路少，系統(tǒng)穩(wěn)定；功能強，操作方便；價廉 物美；值得推廣。?