饮用水热水器温度控制系统的设计.doc

饮用水热水器温度控制系统的设计  摘要：随着我国经济发展和国际能源紧张局势的加剧，人们环保意识的提高，越来越多的人在购买家电产品时都把节能当做重要的衡量指标。饮水机作为一种常用的家用电器，给我们的日常生活带来了极大方便。目前市场上大部分饮水机采用热敏电阻进行温控，饮水机将水从室温加热到沸腾，温控开关断开，停止加热；之后温度缓缓下降，当温度下降到一定时，温控开关闭合，然后又继续加热到沸腾，如此周而复始。如果用户在喝完水之后忘记切断电源，就会使水反复烧开，不仅浪费能源，而且容易形成含有重金属、砷化物等有害物质的“千滚水”。本文主要讨论如何应用单片机，为饮水机设计一个节能环保的温控系统，弥补饮水机的这些缺点。实验结果表明该温控系统具有稳定性好、易于操作、性价比高的特点，将会有广泛的发展前景。 一、硬件组成　　本设计基于AT89C52单片机芯片控制饮水机，在储水容器与加热容器之间设置有进水电磁阀控制，进水电磁阀门接12V电压，开启时间由AT89C52单片机按照用户实际需求控制。开水容器到达预定水位后，水位传感器把信息送给AT89C52单片机芯片P11~P17端输入，经内部逻辑运算后从P30输出接通加热开关，使加热器获得220V电压加热，开水容器的水温不断上升，当达到100℃后它立即断电，表示加热结束，指示灯由红色变为绿色。单片机控制饮水机硬件是由储水容器﹑进水电磁阀、开水容器、加热开关、加热容器﹑温度传感器、水位传感器、AT89C52单片机芯片﹑12V与5V稳压电源、指示灯、手动出水阀、水杯平台和机体等组成。饮水机控制系统硬件组成框图如图1所示：　　　　　　　 图1? 智能控制饮水机组成框图　　二、水位传感器的设计　　（一）水位传感器的设计水位传感器有接触型和非接触型之分。由于该饮水机的水位测定的环境温度较高（100℃），如果采用接触型的水位传感器对测量的器件寿命和准确度都受影响。所以，本设计采用非接触型水位传感器，其工作原理为：根据连通器原理在小管内安装一个浮标，浮标??端连接一个V型反射镜，红外激光二极管发出激光光束垂直射到V型反射镜面上进行90°角变换，光束分别对应地射到光敏二极管D1～D7上，有光束射到光敏二极管导通，输出为高电平（2.4V），相反的为低电平（0V）。该电压加到AT89C52单片机芯用接触型的水位传感器对测量的器件寿命和准确度都产生影响。所以，本设计采用非接触型水位传感器，其中用接触型的水位传感器对测量的器件寿命和准确度都受影响。所以，本设计采用非接触型水位传感器，其工作原理为：根据连通器原理在小管内安装一个浮标，浮标上端连接一个V型反射镜，红外激光二极管发出激光光束垂直射到V型反射镜面上进行90°角变换，光束分别对应地射到光敏二极管D1～D7上，有光束射到光敏二极管导通，输出为高电平（2.4V），相反的为低电平（0V）。该电压加到AT89C52单片机芯片P11～P17端输入，水位传感器电路如图2所示： 图2? 光反射式水位高度测定电路原理图 　　（二）键盘阵列电路 键盘阵列S1～S7为用户所需开水量的地址码按键。当选择S1～S7中的某一按键按下，信号从P10～P16端加入AT89C52单片机芯片内进行寻址，于是把原来存储在AT89C52单片机芯片寄存器的存储一单元上的对应数据调出。从I/O端口P22输出加水信号，键盘阵列电路如图3所示：???????????????????????? 　　　　　　　　　　　　　　　　　 图3? 开水量确定电路原理图 （三）加水控制电路工作原理当用户需要烧开水时，只在键盘上选择一个相应数字键按下，从AT89C52单片机芯片的P10～P15端输入一个地址码（001）、（010）、…、（111），根据地址码由P22端输出高电平（1.4V），经R11和R12分压后使Q1三极管基极（电压约为0.7V）为高电平而导通，使集电极有电流通过，加水开关闭合，开始对开水容器加水。加水量单片机内按下式确定： 　　其中，D1、D2、…、D7为水位传感器对应刻度值，A0、A1、A2为用户所需开水量的对应码。由（1）式可知加水量控制是由水位传感器和地址码共同决定的。当满足（1）式后AT89C52单片机芯片I/O端口的P22由高电平输出变为为低电平（0.3V）输出，此时三极管Q1的基极电压约为0.1V，Q1截止，集电极没有电流通过，加水开关断，加水结束`。加水控制电路原理如图4所示： 　　（四）加热控制工作原理　　由于为了快速烧水，把开水容器水位达到1位置设定开始加热信存储于AT89C52单片机芯片的存储器2单元内，当加水时水位达到1位置， 存储器获得地址码，A