基于PIC单片机的热水控制器设计

文章摘要：显示电路温度采用二位七段码显示，显示范围0℃~99℃。水量采用一位七段显示，显示1、2、3、4，四档水位。对温度和水量进行循环扫描显示。四个LED用于当前按键功能设定。水温和水量控制电路单片机通过光电耦合对继电器进行控制，用来切断或接通加热管电源，关闭或打开水阀，从而达到对水温和水量的控制。漏电检测及报警电路由于热水器工作在潮湿的场合，因此需具备漏电检测与报警功能。漏电检测由漏电检测线圈的输出经整形后输入到RC6口，电路原理图如图3(a)所示。当漏电流超过一定阈值时，比较器输出低电平，否则保持高电平，再通过一单稳态触发器电路产生如图3(b)所示波形，低电平保持时间t可由单稳态触发器进行调整设定

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　　显示电路

　　温度采用二位七段码显示，显示范围0℃~99℃。水量采用一位七段显示，显示1、2、3、4，四档水位。对温度和水量进行循环扫描显示。四个LED用于当前按键功能设定。

　　水温和水量控制电路

　　单片机通过光电耦合对继电器进行控制，用来切断或接通加热管电源，关闭或打开水阀，从而达到对水温和水量的控制。

　　漏电检测及报警电路

　　由于热水器工作在潮湿的场合，因此需具备漏电检测与报警功能。漏电检测由漏电检测线圈的输出经整形后输入到RC6口，电路原理图如图3(a)所示。当漏电流超过一定阈值时，比较器输出低电平，否则保持高电平，再通过一单稳态触发器电路产生如图3(b)所示波形，低电平保持时间t可由单稳态触发器进行调整设定。在本系统中t为10ms，由于PIC16C57没有中断功能，因此程序中必须每隔一定时间(小于10ms)对RC6口进行查询，以检测是否漏电，一旦检测到RC6变低，经过确认后切断加热管电流，同时进行报警。报警电路还在传感器出现故障、超温时报警提示。

　　PIC16C57本身具有看门狗定时器，当系统出现异常时，能自动进行掉电保护和系统复位。

图3(a)电路原理图

图3(b)波形图

图4 系统流程图

图5 RTCC原理图

　　系统软件设计

　　系统软件采用PIC16C5X精简指令编写。由于PIC16C57没有中断功能，因此本系统中键盘扫描、漏电检测等子程序都通过查询实现，并采用4MHz的时钟频率，对指令的运行时间进行了精确计算和设计，保证软件的可靠性和稳定性。系统主程序框图如图4所示，本文讨论键盘显示与水温测量两个模块。

　　键盘和显示

　　本系统中，有四个功能按键：定时加水、恒温控制、手动加水和手动加热；三个七段码显示与四个LED灯指示。

　　a) 按下定时加水按钮时，定时LED变亮，并以当前时间为定时时标，每24小时自动加水至设定水量；若长按此钮超过5秒，定时LED灭，并听到“嘟”一声进行水量设定，此后每按一下钮，水量显示加一档，1~4档循环显示，不按此钮超过5秒，再次听到“嘟”一声，水量设定完毕。系统的定时功能主要通过软件完成。PIC16C5X内带一个8位定时器/计数器RTCC，在进行24小时定时加水时采用了该定时器，RTCC及其相关电路如图5所示。

　　由图5可知，RTCC工作状态由OPTION寄存器控制，其中OPTION寄存器的RTS位用来选择RTCC的计数信号源，当RTS为“1”时，信号源为来自RTCC引脚的外部信号，RTS为“0”时，信号源为内部时钟。OPTION寄存器的PSA位控制预分频器分配对象，当PSA为“1”，分配给RTCC，即外部或内部信号经过预分频器分频后再输出给RTCC。预分频器的分频比率由OPTION内的PS0~PS2决定。OPTION的RTE位用于选择外部计数脉冲的触发沿，当RTE为"1"时下降沿触发，“0“时为上升沿触发。RTCC计数器采用递增方式计数，当计数至FFH时，在下一个计数发生后，将自动复零，重新开始计数，以此循环下去。在实际设计中，OPTION寄存器为“00100111“，即定时器的信号源来自RTCC引脚的外部信号，预分频器的分频比率为1：256，上升沿触发。RTCC引脚信号的输入频率为1kHz，因此RTCC计数至FFH时需65536ms。通用寄存器F0EH、F0FH用作定时暂存。

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