用单片机设计制作的开水器智能检测控制电路,AT89C2051 Heater controller

用单片机设计制作的开水器智能检测控制电路,AT89C2051 Heater controller

关键字：AT89C2051，烧水器控制电路图

作者：张继辉

采用AT89C205l单片计算机芯片设计制作了一个用于该开水器的“智能检测控制电路”，可实时监控水箱水位和各组电热管的工作状态，一旦水箱水位异常或电热管发生故障，均可自动完成保护动作并给出相应的声、光报警信号，提示维修管理人员及时进行检修。该电路具有结构简单、制作容易、使用方便等优点。

1、主要功能与特点

（1）电路简单，全部电路使用一个“单片机”芯片和两个辅助芯片，配合少量外围分立元件，即可完成相关控制功能。
（2）初始加电时，系统将检测水箱水位，只有水箱水位正常(水位开关SVV闭合)时，才会使三相固态继电器SSR导通，电热管加电工作。此后，系统将循环监测水箱水位，一旦出现水箱水位低于预设最低水位{即自动补水管道系统出现故障)，导致SVV开关断开时，系统将立即切断电热管电源，同时给出“缺水”的声、光报警信号。
（3）当电热管加电工作时，系统将对连接三相电的三组电热管实施工作状态监控并在控制面板上给出相应的发光管指示。当各组电热管均工作正常时，面板上的三组电热管工作状态指示灯将同时点亮。如果某一组电热管损坏，则面板上对应一组的电热管指示灯将开始“闪烁”，表示该组电热管故障，提示需要检修更换，但此时开水器仍可勉强工作，只是水被烧开的时间要相应延长。如果是某两组或三组电热管同时损坏，则面板上三组电热管指示灯将同时“闪烁”，蜂鸣器也同时发出嘀、咯、嘀的报警声响，表明此时开水器的电热管已无法正常工作，必须立即进行检修更换。
（4）当温度开关WK处于接通状态时，表示水箱的水尚未烧开，如此时水箱水位正常，系统将控制三相固态继电器SSR导通，使各组电热管加电工作。
同时，面板上的“加热”指示灯将被点亮。当WK断开时，表示水箱的水已被烧开，此时，面板上的“加热”指示灯白动熄灭，“保温”指示灯将被点亮，各组电热管停止加电工作。
（5）本电路的输入输出均采用了光电隔离的工作方式，抗干扰能力强，工作稳定可靠。

2、电路原理

电路见下图。

AT89C2O5l“单片机”芯片IC1做为本电路的核心，C3和R3构成了简易的上电自动复位电路。JT、C1、C2与IC1的相关引脚构成了“单片机”的时钟电路。IC1的15个I/0口中仅使用了13个，其中，P1.1一P1.6作为控制面板各指示灯的输出控制口，分别通过一只限流电阻，接至一只LED发光二极管的负极上，低电平有效，直接驱动LED显示。P1.7为负载(电热管)控制口，通过一只限流电阻接至光电耦合器GO1的2脚，其1脚接至+5V，当P1.7为高电位时，GO1和三相固态继电器均截止，各电热管不加电工作。当P1.7为低电位时，GO1和三相固态继电器导通，各电热管均加电工作。P1.0为报警信号控制输出口，接至IC2的15脚。IC2的10-14脚与外圈元件接成了一个可控式音频振荡器，其15脚为控制端(高电平有效1，9脚为输出端，输出信号经IC3组成的音频小功率放大器放大后驱动扬声器发音。平时单片机的P1，0在软件控制下输出为低电平，则可控式音频振荡器处于停振状态，故扬声器中无声。当电路需要发出音频报警信号时，通过软件控制，使单片机的P1.0断续输出高电平信号，则可控式音频振荡器就会断续工作，使扬声器发出嘀、嘀、喃的报警声响。IC2的1-7脚组成了电热管工作状态监控信号电平转换电路。电热管工作状态传感器采用TAl420型，这是一种立式、穿芯(?5)、并可在印刷线路板上直接焊接安装的小型精密交流电流互感器(HGQ1~HGQ3)，具有全封闭，机械和耐环境性能好，电压隔离能力强，外形美观，精度高，采样范围宽，应用灵活等特点。在使用时，要将各组电热管中的一根电源引线从该组对应的电流互感器的穿芯孔中穿过，这样，当各电热管工作正常时，穿过各电流互感器的电热管电源连线中就会有交流电流通过，由于互感作用，在各电流互感器的线圈端就会产生出互感的交流信号，该信号分别经Q1-Q3三组整流桥变换为高电平的直流信号电压，分别接至IC2的2、4、6(7)脚，经IC2将高电平变换为低电平后分别从1、3、5脚输出，接至单片机的P3.4、P3.5、P3.70显然，如果某组电热管不工作，其对应的电流互感器就不会有感应信号输出，而IC2与其对应的输出端也不会有低电平信号输出，这样，通过与软件配合，即可对各电热管的工作状态进行准确识别并通过各对应的发光二极管给出相应的指示。DWI~DW3稳压二极管主要起保护作用，用于防止电流互感器的输出信号超过IC2的VCC工作电压(+5V)而使IC2相关输入端损坏。水位信号传感器采用一只常通(水位正常时接通)型浮子式液位开关，由其串接在GO2的输入控制回路中，GO2的输出端接成“反相器”电路，从5脚输出并被接至单片机的P3，3，通过与软件配合，即可对水位状态进行准确识别并通过对应的LED给出“缺水”报警的发光信号。如前所述，缺水报警的声音信号是由软件控制P1.0输出间断的高电平信号，控制音频振荡器断续工作，使扬声器发出嘀、喃、嘀的报警声响。温度信号传感器采用一只温度值为980C的常通{温度未到时接通)型温控开关WK，由其串接在GO3的输入控制回路中，GO3的输出端也接成了“反相器”电路，从5脚输出并被接至单片机的P3.2，通过与软件配合，即可对水温状态进行准确识别并通过输出控制端控制对电热管加电与否，同时通过相应的LED给出“加热”或“保温”的状态指示。电源变压器T1、桥式整流器QZ、7805三端稳压器WY及C1、C2组成了电源电路，可为整个电路提供稳定的+5V直流工作电源。
电路中所需元件的规格参数均如下图中所标注。

3、程序介绍

本程序使用汇编语言编写。流程图如下图所示。程序运行后，在初始化程序中，完成对片内RAM空间进行分配和定义。在主程序中，首先要检测P3.3口状态，以便确定水箱是否“缺水”，如果“缺水”就立即进入“缺水”报警控制程序，关闭输出控制，停止对电热管加电。然后，发出“缺水”的声、光报警信号，提示进行检查修理。如果不“缺水”，就转而进入“温度状态”检测程序，检测温度开关WK是否关闭，如果WK已经断开，说明水已经烧开，则直接使“保温”状态指示灯点亮并返回继续检测。如果WK尚未断开，说明水未烧开，则立即开启输出控制端，使电热管加电工作，同时关闭“保温”状态指示灯，点亮“加热”状态指示灯。随后系统进入“电热管工作状态检测”程序，依次对各电热管状态的传感信号进行检测，如果发现某一组电热管的传感信号消失，说明该组电热管故障，则立即使对应该电热管的工作状态指示灯闪烁，同时，对发生故障的电热管进行计数，当发生故障的电热管等于或超过2组时，就立即关闭输出控制，使各电热管断电，同时，使3组电热管工作状态的指示灯同时闪烁，并发出断续的音频报警信号，提示需要对电热管进行更换修理。
为了提高整个电路的抗干扰性能，防止程序出现“跑飞”，还在程序的各相关部位设置了的“延时除颤”、“软件陷阱”，从而可进一步提高系统工作的稳定性与可靠性。

4、程序清单