用單片機設(shè)計制作的開水器智能檢測控制電路,AT89C2051 Heater controller

作者：張繼輝

采用AT89C205l單片計算機芯片設(shè)計制作了一個用于該開水器的“智能檢測控制電路”，可實時監(jiān)控水箱水位和各組電熱管的工作狀態(tài)，一旦水箱水位異常或電熱管發(fā)生故障，均可自動完成保護動作并給出相應(yīng)的聲、光報警信號，提示維修管理人員及時進行檢修。該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、使用方便等優(yōu)點。

1、主要功能與特點

（1）電路簡單，全部電路使用一個“單片機”芯片和兩個輔助芯片，配合少量外圍分立元件，即可完成相關(guān)控制功能。
（2）初始加電時，系統(tǒng)將檢測水箱水位，只有水箱水位正常(水位開關(guān)SVV閉合)時，才會使三相固態(tài)繼電器SSR導通，電熱管加電工作。此后，系統(tǒng)將循環(huán)監(jiān)測水箱水位，一旦出現(xiàn)水箱水位低于預設(shè)最低水位{即自動補水管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障)，導致SVV開關(guān)斷開時，系統(tǒng)將立即切斷電熱管電源，同時給出“缺水”的聲、光報警信號。
（3）當電熱管加電工作時，系統(tǒng)將對連接三相電的三組電熱管實施工作狀態(tài)監(jiān)控并在控制面板上給出相應(yīng)的發(fā)光管指示。當各組電熱管均工作正常時，面板上的三組電熱管工作狀態(tài)指示燈將同時點亮。如果某一組電熱管損壞，則面板上對應(yīng)一組的電熱管指示燈將開始“閃爍”，表示該組電熱管故障，提示需要檢修更換，但此時開水器仍可勉強工作，只是水被燒開的時間要相應(yīng)延長。如果是某兩組或三組電熱管同時損壞，則面板上三組電熱管指示燈將同時“閃爍”，蜂鳴器也同時發(fā)出嘀、咯、嘀的報警聲響，表明此時開水器的電熱管已無法正常工作，必須立即進行檢修更換。
（4）當溫度開關(guān)WK處于接通狀態(tài)時，表示水箱的水尚未燒開，如此時水箱水位正常，系統(tǒng)將控制三相固態(tài)繼電器SSR導通，使各組電熱管加電工作。
同時，面板上的“加熱”指示燈將被點亮。當WK斷開時，表示水箱的水已被燒開，此時，面板上的“加熱”指示燈白動熄滅，“保溫”指示燈將被點亮，各組電熱管停止加電工作。
（5）本電路的輸入輸出均采用了光電隔離的工作方式，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠。

2、電路原理

電路見下圖。

AT89C2O5l“單片機”芯片IC1做為本電路的核心，C3和R3構(gòu)成了簡易的上電自動復位電路。JT、C1、C2與IC1的相關(guān)引腳構(gòu)成了“單片機”的時鐘電路。IC1的15個I/0口中僅使用了13個，其中，P1.1一P1.6作為控制面板各指示燈的輸出控制口，分別通過一只限流電阻，接至一只LED發(fā)光二極管的負極上，低電平有效，直接驅(qū)動LED顯示。P1.7為負載(電熱管)控制口，通過一只限流電阻接至光電耦合器GO1的2腳，其1腳接至+5V，當P1.7為高電位時，GO1和三相固態(tài)繼電器均截止，各電熱管不加電工作。當P1.7為低電位時，GO1和三相固態(tài)繼電器導通，各電熱管均加電工作。P1.0為報警信號控制輸出口，接至IC2的15腳。IC2的10-14腳與外圈元件接成了一個可控式音頻振蕩器，其15腳為控制端(高電平有效1，9腳為輸出端，輸出信號經(jīng)IC3組成的音頻小功率放大器放大后驅(qū)動揚聲器發(fā)音。平時單片機的P1，0在軟件控制下輸出為低電平，則可控式音頻振蕩器處于停振狀態(tài)，故揚聲器中無聲。當電路需要發(fā)出音頻報警信號時，通過軟件控制，使單片機的P1.0斷續(xù)輸出高電平信號，則可控式音頻振蕩器就會斷續(xù)工作，使揚聲器發(fā)出嘀、嘀、喃的報警聲響。IC2的1-7腳組成了電熱管工作狀態(tài)監(jiān)控信號電平轉(zhuǎn)換電路。電熱管工作狀態(tài)傳感器采用TAl420型，這是一種立式、穿芯(?5)、并可在印刷線路板上直接焊接安裝的小型精密交流電流互感器(HGQ1~HGQ3)，具有全封閉，機械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強，外形美觀，精度高，采樣范圍寬，應(yīng)用靈活等特點。在使用時，要將各組電熱管中的一根電源引線從該組對應(yīng)的電流互感器的穿芯孔中穿過，這樣，當各電熱管工作正常時，穿過各電流互感器的電熱管電源連線中就會有交流電流通過，由于互感作用，在各電流互感器的線圈端就會產(chǎn)生出互感的交流信號，該信號分別經(jīng)Q1-Q3三組整流橋變換為高電平的直流信號電壓，分別接至IC2的2、4、6(7)腳，經(jīng)IC2將高電平變換為低電平后分別從1、3、5腳輸出，接至單片機的P3.4、P3.5、P3.70顯然，如果某組電熱管不工作，其對應(yīng)的電流互感器就不會有感應(yīng)信號輸出，而IC2與其對應(yīng)的輸出端也不會有低電平信號輸出，這樣，通過與軟件配合，即可對各電熱管的工作狀態(tài)進行準確識別并通過各對應(yīng)的發(fā)光二極管給出相應(yīng)的指示。DWI~DW3穩(wěn)壓二極管主要起保護作用，用于防止電流互感器的輸出信號超過IC2的VCC工作電壓(+5V)而使IC2相關(guān)輸入端損壞。水位信號傳感器采用一只常通(水位正常時接通)型浮子式液位開關(guān)，由其串接在GO2的輸入控制回路中，GO2的輸出端接成“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機的P3，3，通過與軟件配合，即可對水位狀態(tài)進行準確識別并通過對應(yīng)的LED給出“缺水”報警的發(fā)光信號。如前所述，缺水報警的聲音信號是由軟件控制P1.0輸出間斷的高電平信號，控制音頻振蕩器斷續(xù)工作，使揚聲器發(fā)出嘀、喃、嘀的報警聲響。溫度信號傳感器采用一只溫度值為980C的常通{溫度未到時接通)型溫控開關(guān)WK，由其串接在GO3的輸入控制回路中，GO3的輸出端也接成了“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機的P3.2，通過與軟件配合，即可對水溫狀態(tài)進行準確識別并通過輸出控制端控制對電熱管加電與否，同時通過相應(yīng)的LED給出“加熱”或“保溫”的狀態(tài)指示。電源變壓器T1、橋式整流器QZ、7805三端穩(wěn)壓器WY及C1、C2組成了電源電路，可為整個電路提供穩(wěn)定的+5V直流工作電源。
電路中所需元件的規(guī)格參數(shù)均如下圖中所標注。

3、程序介紹

本程序使用匯編語言編寫。流程圖如下圖所示。程序運行后，在初始化程序中，完成對片內(nèi)RAM空間進行分配和定義。在主程序中，首先要檢測P3.3口狀態(tài)，以便確定水箱是否“缺水”，如果“缺水”就立即進入“缺水”報警控制程序，關(guān)閉輸出控制，停止對電熱管加電。然后，發(fā)出“缺水”的聲、光報警信號，提示進行檢查修理。如果不“缺水”，就轉(zhuǎn)而進入“溫度狀態(tài)”檢測程序，檢測溫度開關(guān)WK是否關(guān)閉，如果WK已經(jīng)斷開，說明水已經(jīng)燒開，則直接使“保溫”狀態(tài)指示燈點亮并返回繼續(xù)檢測。如果WK尚未斷開，說明水未燒開，則立即開啟輸出控制端，使電熱管加電工作，同時關(guān)閉“保溫”狀態(tài)指示燈，點亮“加熱”狀態(tài)指示燈。隨后系統(tǒng)進入“電熱管工作狀態(tài)檢測”程序，依次對各電熱管狀態(tài)的傳感信號進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)某一組電熱管的傳感信號消失，說明該組電熱管故障，則立即使對應(yīng)該電熱管的工作狀態(tài)指示燈閃爍，同時，對發(fā)生故障的電熱管進行計數(shù)，當發(fā)生故障的電熱管等于或超過2組時，就立即關(guān)閉輸出控制，使各電熱管斷電，同時，使3組電熱管工作狀態(tài)的指示燈同時閃爍，并發(fā)出斷續(xù)的音頻報警信號，提示需要對電熱管進行更換修理。
為了提高整個電路的抗干擾性能，防止程序出現(xiàn)“跑飛”，還在程序的各相關(guān)部位設(shè)置了的“延時除顫”、“軟件陷阱”，從而可進一步提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與可靠性。

4、程序清單