飲用水熱水器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、飲用水熱水器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際能源緊張局勢(shì)的加劇，人們環(huán)保意識(shí)的提高，越來(lái)越多的人在購(gòu)買家電產(chǎn)品時(shí)都把節(jié)能當(dāng)做重要的衡量指標(biāo)。飲水機(jī)作為一種常用的家用電器，給我們的日常生活帶來(lái)了極大方便。目前市場(chǎng)上大部分飲水機(jī)采用熱敏電阻進(jìn)行溫控，飲水機(jī)將水從室溫加熱到沸騰，溫控開關(guān)斷開，停止加熱；之后溫度緩緩下降，當(dāng)溫度下降到一定時(shí)，溫控開關(guān)閉合，然后又繼續(xù)加熱到沸騰，如此周而復(fù)始。如果用戶在喝完水之后忘記切斷電源，就會(huì)使水反復(fù)燒開，不僅浪費(fèi)能源，而且容易形成含有重金屬、砷化物等有害物質(zhì)的“千滾水”。本文主要討論如何應(yīng)用單片機(jī)，為飲水機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能環(huán)保的溫控系統(tǒng)，彌補(bǔ)飲水機(jī)的這些

2、缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該溫控系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、易于操作、性價(jià)比高的特點(diǎn)，將會(huì)有廣泛的發(fā)展前景。一、硬件組成本設(shè)計(jì)基于AT89C52單片機(jī)芯片控制飲水機(jī)，在儲(chǔ)水容器與加熱容器之間設(shè)置有進(jìn)水電磁閥控制，進(jìn)水電磁閥門接12V電壓，開啟時(shí)間由AT89C52單片機(jī)按照用戶實(shí)際需求控制。開水容器到達(dá)預(yù)定水位后，水位傳感器把信息送給AT89C52單片機(jī)芯片P11P17端輸入，經(jīng)內(nèi)部邏輯運(yùn)算后從P30輸出接通加熱開關(guān)，使加熱器獲得220V電壓加熱，開水容器的水溫不斷上升，當(dāng)達(dá)到100后它立即斷電，表示加熱結(jié)束，指示燈由紅色變?yōu)榫G色。單片機(jī)控制飲水機(jī)硬件是由儲(chǔ)水容器進(jìn)水電磁閥、開水容器、加熱開關(guān)、加熱容器溫度傳感器

3、、水位傳感器、AT89C52單片機(jī)芯片12V與5V穩(wěn)壓電源、指示燈、手動(dòng)出水閥、水杯平臺(tái)和機(jī)體等組成。飲水機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示： 圖1  智能控制飲水機(jī)組成框圖二、水位傳感器的設(shè)計(jì)（一）水位傳感器的設(shè)計(jì)水位傳感器有接觸型和非接觸型之分。由于該飲水機(jī)的水位測(cè)定的環(huán)境溫度較高（100），如果采用接觸型的水位傳感器對(duì)測(cè)量的器件壽命和準(zhǔn)確度都受影響。所以，本設(shè)計(jì)采用非接觸型水位傳感器，其工作原理為：根據(jù)連通器原理在小管內(nèi)安裝一個(gè)浮標(biāo)，浮標(biāo)上端連接一個(gè)V型反射鏡，紅外激光二極管發(fā)出激光光束垂直射到V型反射鏡面上進(jìn)行90°角變換，光束分別對(duì)應(yīng)地射到光敏二極管D1D7上，有光

4、束射到光敏二極管導(dǎo)通，輸出為高電平（2.4V），相反的為低電平（0V）。該電壓加到AT89C52單片機(jī)芯用接觸型的水位傳感器對(duì)測(cè)量的器件壽命和準(zhǔn)確度都產(chǎn)生影響。所以，本設(shè)計(jì)采用非接觸型水位傳感器，其中用接觸型的水位傳感器對(duì)測(cè)量的器件壽命和準(zhǔn)確度都受影響。所以，本設(shè)計(jì)采用非接觸型水位傳感器，其工作原理為：根據(jù)連通器原理在小管內(nèi)安裝一個(gè)浮標(biāo)，浮標(biāo)上端連接一個(gè)V型反射鏡，紅外激光二極管發(fā)出激光光束垂直射到V型反射鏡面上進(jìn)行90°角變換，光束分別對(duì)應(yīng)地射到光敏二極管D1D7上，有光束射到光敏二極管導(dǎo)通，輸出為高電平（2.4V），相反的為低電平（0V）。該電壓加到AT89C52單片機(jī)芯片P11

5、P17端輸入，水位傳感器電路如圖2所示： 圖2  光反射式水位高度測(cè)定電路原理圖（二）鍵盤陣列電路 鍵盤陣列S1S7為用戶所需開水量的地址碼按鍵。當(dāng)選擇S1S7中的某一按鍵按下，信號(hào)從P10P16端加入AT89C52單片機(jī)芯片內(nèi)進(jìn)行尋址，于是把原來(lái)存儲(chǔ)在AT89C52單片機(jī)芯片寄存器的存儲(chǔ)一單元上的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)出。從I/O端口P22輸出加水信號(hào)，鍵盤陣列電路如圖3所示：                  &#

6、160;      圖3  開水量確定電路原理圖（三）加水控制電路工作原理當(dāng)用戶需要燒開水時(shí)，只在鍵盤上選擇一個(gè)相應(yīng)數(shù)字鍵按下，從AT89C52單片機(jī)芯片的P10P15端輸入一個(gè)地址碼（001）、（010）、（111），根據(jù)地址碼由P22端輸出高電平（1.4V），經(jīng)R11和R12分壓后使Q1三極管基極（電壓約為0.7V）為高電平而導(dǎo)通，使集電極有電流通過(guò)，加水開關(guān)閉合，開始對(duì)開水容器加水。加水量單片機(jī)內(nèi)按下式確定：其中，D1、D2、D7為水位傳感器對(duì)應(yīng)刻度值，A0、A1、A2為用戶所需開水量的對(duì)應(yīng)碼。由（1）式可知加水量控制是由水位傳

7、感器和地址碼共同決定的。當(dāng)滿足（1）式后AT89C52單片機(jī)芯片I/O端口的P22由高電平輸出變?yōu)闉榈碗娖剑?.3V）輸出，此時(shí)三極管Q1的基極電壓約為0.1V，Q1截止，集電極沒(méi)有電流通過(guò)，加水開關(guān)斷，加水結(jié)束。加水控制電路原理如圖4所示：（四）加熱控制工作原理由于為了快速燒水，把開水容器水位達(dá)到1位置設(shè)定開始加熱信存儲(chǔ)于AT89C52單片機(jī)芯片的存儲(chǔ)器2單元內(nèi)，當(dāng)加水時(shí)水位達(dá)到1位置， 存儲(chǔ)器獲得地址碼，AT89C52單片機(jī)芯片P12（PW11）端輸出高電平，溫度低于100熱敏電阻R的阻值較小，燒水控制電路中的Q2基極獲得0.7V電壓而導(dǎo)通，加熱開關(guān)K2閉合給水開始加熱，當(dāng)開水容器中的水溫

8、達(dá)到100時(shí)的熱敏電阻R的阻值突然變大，Q2基極電壓只有0.2V左右，Q2截止，加熱開關(guān)K2斷電，加熱結(jié)束。給水加熱電路如圖5所示： 圖5.電路原理圖（五）指示電路為了節(jié)約成本該飲水機(jī)的指示器件均采用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示，加水時(shí)由圖3可知黃色指示燈DL1亮，加熱時(shí)由圖4可知紅色指示燈DL2亮；開水容器有溫水綠色指示燈亮。（六）飲水機(jī)控制程序圖飲水機(jī)控制程序，如圖6所示：圖6  飲水機(jī)控制程序圖三、實(shí)驗(yàn)為了檢驗(yàn)本設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)本設(shè)計(jì)的飲水機(jī)進(jìn)行對(duì)加水時(shí)間、水位測(cè)定誤差、加熱時(shí)間和跳閘溫度測(cè)量。測(cè)量時(shí)用天平每杯水質(zhì)量為157克，測(cè)量時(shí)間用秒表，水位用刻度尺，加熱盤功率1200W，工業(yè)溫度計(jì)

9、測(cè)得數(shù)據(jù)見表2： 表2  測(cè)量數(shù)據(jù)表但連通管用圓形管進(jìn)水電磁閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間誤差明顯增加。四、結(jié)語(yǔ)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制飲水機(jī)在水位傳感器水位測(cè)定、進(jìn)水電磁閥開啟和關(guān)閉、斷電跳閘溫度的誤差都在正常值之內(nèi)。連通管用方形管，這樣浮標(biāo)面上的V型反射鏡的角度能夠固定。本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制飲水機(jī)采用控制加水系統(tǒng)，完全避免了開水二次污染；開水容器的蓋是活動(dòng)的很方便清洗，保證了飲用水的質(zhì)量和衛(wèi)生。文中設(shè)計(jì)的水位傳感器也可以用于其它測(cè)量液面的地方。該系統(tǒng)經(jīng)少量改裝可應(yīng)用于工廠、學(xué)校的開水柜自動(dòng)控制。     參考文獻(xiàn)1張福學(xué)傳感器應(yīng)用及其電路精選（上冊(cè)）M北京：電子工業(yè)出版社，1991 2王慶元新型傳感器原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 3母國(guó)光，戰(zhàn)元令光學(xué)M.北京：高等教育出版社，19784朱一錕