基于PIC16C72的水位水温控制器的设计
2．2 温度测量
下面以水箱水温的测量方法为例说明测温原理。在图2中，RT1是热敏电阻，用来感应水箱水温。电阻R1与RT1组成简单的串联分压电路对5 V的电源电压分压，RT1上的压降为5V·RT1／(RT1+R1)，该压降随温度变化而变化，并通过A／D的输入引脚AN0送入PIC16C72A内部的A／D转换器，转换为数字信号，由程序读取。热敏电阻RT1用于测量室外管道的温度，原理与上述完全相同，由引脚AN1把相应的热敏电阻上的压降送入A／D转换器。这里选用负温度系数热敏电阻器(NTC)作测温传感器，NTC测温热敏电阻的主要优点是电阻温度系数大，灵敏度高，响应速度快，能进行精密温度测量，主要缺点是热电特性非线性现象严重。实验发现，在测量温度较高时NTC热敏电阻功耗较大，易造成热击穿，因此应尽量选用阻值较大的NTC热敏电阻和分压电阻。另外，考虑到PIC单片机的A／D输入信号引脚的输入漏电流最大为±500 nA，要保证A／D转换结果的正确，就要求损耗在信号源内阻上的电压不能超过10 mV，这样就要求信号源内阻最大不要超过20 kΩ。经分析和研究表明，在选用玻璃封装的NTC热敏电阻，精度为50kΩ+±0.5％，其B25／50为4050 k±1％，分压电阻选用热稳定性好的精度为20 kΩ±0.5％的金属膜电阻，不需线性补偿，仅使用查表的方法就能满足测温精度±1℃的要求，并较好地解决了热敏电阻的热击穿问题。
2. 3 键盘输入和显示输出
利用PIC16C72的PORTB口的每个I／O引脚可提供量大20 mA的拉电流直接点亮LED工作，并具有软件控制弱上拉的特点，可简化按健输入和显示输出接口电路设计。PORTB口除作按健状态的输入口外，还用于水位、温度显示及工作状态的输出端口，这通过程序设置PORTB口分时作输入口或输出口的方式实现。键盘查询电路由电阻R4～R10及6个按键S1～S6组成，S1～S6分别定义为“升温”、“降温”、“定量”、“定时”、“上水”、“电热”键。通过读入引脚RB0～RB5上的电平可输入按键S1～S6的开关状态。两位数码管SM42052、水位指示灯L1～L7、状态指示灯L8～L14以共阴、动态扫描方式输出显示，由PIC16C72的引脚RC4～RC7输出的4个共阴显示位控电平，控制4个8050三极管Q1～Q4作为两位数码管和两组LED(L1～L7，L8～L14)的位控。由软件译码后的显示码由引脚RB0～RB6上输出直接驱动LED数码管和指示灯L1～L14。按健S1～S6通过1kΩ的限流电阻R16接到PORTC口的引脚RC3，目的在于消除当PORTB作输出口时，按键操作可能对数码管和指示灯L1～L14显示的影响。在查询输入按健S1～S6的状态前，程序先使引脚RC3输出低电平，然后读入PORTB口的电平，输入按健S1～S6的状态。而在PORTB作输出前，程序先设置RC3为输入引脚，然后再从PORTB口的引脚RB0～RB6上输出显示码，由于这时RC3引脚呈输入高阻，按健S1～S6浮空，即使此时有健被按下，也不会把引脚RB0～RB6上输出的高电平拉低而影响显示。L1～L7灯显示水箱水位，两位数码管一般情况显示水箱水温，当按升温或降温键时，闪烁显示设定的水温值；当按定时健时，闪烁显示设定的用水时间值；当出现故障时，则显示故障编码；灯L8～L10分别为定温工作模式、定量工作模式、定时工作模式指示灯；灯L11～L14分别为上水、电热、故障、自来水水压状态指示灯。S1、S2分别为升温键和降温键，用于选择定温模式，并用于改变水温设定值；S3键为定量键用于选择定量模式，并用于预置水量值，定时键S4用于选择定时模式并改变时间设定值，S5为上水键用于开启／关闭自动上水，S6为电热键用于开启／关闭电加热，S7为水流开关，用于测量用户用水状态。
2．4 控制输出电路
系统有三路控制输出，分别是由单片机的RA5、RC1和RC2输出控制三极管Q6、Q7和Q8，分别控制继电器RL1和RL2、RL3和上水电磁阀。继电器RL1和RL2用于控制电加热管对水箱中的储水辅助电加热，继电器RL3控制电伴热带用于上下水管路防冻堵，Q8控制上水阀上水。例如，按“上水”键将RC2置高电平开启上水电磁阀，启动上水。再次按“上水”键，程序使RC2输出低电平，关闭上水电磁阀。低温电伴热带防冻的条件是，室外管道温度等于或低于4℃，程序就将RC1口置高电平，使电伴热带通电工作发热，当管道温度等于或高于10℃时，使引脚RC1输出低电平，以关闭电伴热带电源。
3 功能介绍和软件编程
本系统采用单片机程序控制，功能有水温水量显示、定量上水、定温上水、定时用水、自动上水、辅助电加热、管道自动防冻、溢水自停、用水自动停止上水和停止电加热，低水压判断等功能。主要功能介绍如下：定量上水功能：按“水量”键，定量摸式灯亮，系统进入定量模式，水位灯开始闪烁，此时继续按“水量”键，水位灯开始循环变化，在希望的水量值处停下，水量设定完成。按“上水”键，上水灯亮，开始上水，当水箱中的水量达到设定值时，自动停止上水。定温上水功能：接“升温”或“降温”键，此时定温模式灯亮，表示系统进入定温模式，数码管闪烁显示设定的水温值。继续按“升温”或“降温”键，直到期望值为止。按“上水”键，上水灯亮，启动定温上水功能，在上水过程中，再按一下“上水”键，将关闭上水。定时用水功能：首先按“水量”健，水位灯闪烁显示设定的水量值，继续接水量键直到欲设定的水量值；再按“升温”或“降温”键，数码管闪烁显示设定的水温值，继续按“升温”或“降温”键，直到欲设定的值；最后再按“定时”键，此时数码管闪烁，此时定时模式灯亮，指示当前为定时工作模式，继续按“定时”键，直到显示的数值为欲设定的用水时间(1～24 h)。在定时模式下，当日照较好，太阳能已使水温达到设定温度时，不启动电辅助加热；当日照不足时，控制器会计算出合适的启动电辅助加热的时机，真正做到光与电自动互补，既节电又保证全天候使用。如要取消定时功能，按一下“水量”键或“升温”“降温”键就离开定时模式，进入定量模式或定温模式。定温电辅助加热功能：当水温低于设定值时，按“电热”键可在开启／关闭电加热间切换。防干烧功能：当水温低于设定值，水箱中水位不足1／4时，即使按电热键也不能启动电加热。溢水自停功能：上水15min后，水位无变化，将自动关闭上水。另外还设计有用户用水自动推迟上水、停止电加热等功能，水箱无水15 min后自动启动上水功能。系统程序由主程序、多个功能子程序及一个中断服务程序组成，程序流程如图3和图4所示。程序用PIC汇编语言编写完成，程序代码近2kB。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/161140.htm
4 结束语
本设计通过在测温电路中采用较大阻值的分压电阻和NTC热敏电阻，有效地降低了NIC热敏电阻的工作电流，较好地解决了NTC热敏电阻的热击穿问题。采用自制的备份电极的水位传感器，成倍地延长了水位传感器的使用寿命。选用PIC16C72为控制芯片，外围电路简单、成本低、抗干扰性好。设计的定量、定温、定时3种工作模式，功能全面实用，能满足家庭太阳能热水器多样化控制的要求。按键操作简明，无按键复用，一目了然，用户容易掌握和使用，该水位水温控制器特别适用于家庭落水式太阳能热水嚣的自动控制。
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