全天分段熱水智能控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：針對傳統(tǒng)的溫控熱水器資源利用率低、功能單一等缺點，設(shè)計了一種基于I2C和單總線通信的全天分段熱水智能控制器。該控制器不僅可以根據(jù)用戶的需要智能恒溫，而且能實時顯示實際溫度，日歷時鐘以及循環(huán)泵的工作狀態(tài)。并有實時快速加熱、掉電保護等功能。本文詳細介紹了系統(tǒng)構(gòu)成以及軟硬件實現(xiàn)過程。實踐表明，該系統(tǒng)可靠性好、適應(yīng)性強、性價比高，達到了預(yù)先的設(shè)計目標(biāo)，具有很好的推廣價值。
關(guān)鍵詞：PIC16F72；單總線；I2C總線；DS18B20；PCF8563；LCD

傳統(tǒng)的溫控熱水器大多把溫度作為唯一的控制參數(shù)，系統(tǒng)利用溫度傳感器對環(huán)境溫度進行實時監(jiān)測并將溫度設(shè)定值與測量值進行比較，只要測量值小于設(shè)定值就啟動循環(huán)泵加熱以達到滿足用戶需要的目的。這類熱水器功能單一且浪費了大量的水、電資源。
一般情況下，家庭使用熱水的時間點比較固定，基本可以分為早、中、晚3個時間段。針對這一情況，本設(shè)計采用Microchip的PIC16F72單片機為主控制器，根據(jù)DS18B20所采集的溫度數(shù)據(jù)以及用戶設(shè)置的時間段(3段)上下限數(shù)值和溫度設(shè)定值對循環(huán)泵的啟動和停止進行控制，實現(xiàn)對熱水器水箱溫度的有效控制。這樣循環(huán)泵在其它時段便不會工作，節(jié)省了大量的電能。當(dāng)用戶需要在非設(shè)置時間段內(nèi)使用熱水時，可以按下加熱鍵進行快速加熱，從而保證了用戶也能及時用到熱水。顯然這種控制器在滿足用戶需求的前提下顯著增強了溫控系統(tǒng)智能化程度，大大提高了資源利用率，給用戶帶來了真正的實惠。

1 總體設(shè)計及工作原理
全天分段熱水智能控制器主要由單片機控制模塊，溫度采集模塊，日歷時鐘模塊、液晶顯示模塊、時間段上下限及預(yù)加熱溫度設(shè)置模塊、電機驅(qū)動模塊和外部存儲模塊等部分組成。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

單片機PIC16F72作為控制器的核心，快速響應(yīng)各種給定信號和反饋信號，并發(fā)出相應(yīng)的指令控制各個部分，保證整個系統(tǒng)有序工作。溫度傳感器檢測熱水器水箱溫度并通過單總線送入到單片機中進行處理，時鐘芯片及外部存儲器通過I2C總線與單片機間進行通信。溫度顯示實時溫度和設(shè)置溫度。時間顯示設(shè)置時段及系統(tǒng)時鐘。在實際溫度小于設(shè)置溫度3度時，如果時間在設(shè)置的3段范圍內(nèi)，水泵啟動，當(dāng)實際溫度大于設(shè)置溫度時，水泵停止工作。加熱鍵根據(jù)用戶需要實現(xiàn)快速加熱。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
單片機選用微芯公司的PIC16F72，完全可以滿足本系統(tǒng)中要求的采集、外部中斷、控制、數(shù)據(jù)處理及存儲空間的需要，在用PIC16F72設(shè)計系統(tǒng)時，首先要構(gòu)成一個最小系統(tǒng)，單片機才能正常工作，即電源、晶振、復(fù)位缺一不可。本系統(tǒng)采用的是+5 V電源，晶振采用的是4 MHz和兩個30 pF電容構(gòu)成的無緣晶振，復(fù)位電路采用的是改進型RC復(fù)位電路，即在經(jīng)典的RC復(fù)位電路基礎(chǔ)上增加了一個二極管構(gòu)成放電回路，這樣不但可以避免電源毛刺造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且電源緩慢下降也能可靠復(fù)位。