太陽能工程熱水器控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

R2，R3，R4和Pt100組成傳感器測(cè)量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2．5 V。從電橋獲取的差分信號(hào)通過兩級(jí)運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大，如圖3所示，前一級(jí)放大倍數(shù)約為10倍，后一級(jí)約為3倍。溫度在0～100℃變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號(hào)變大，放大電路的輸出電壓AV對(duì)應(yīng)升高。

一般在使用Pt100的溫度采集方案中，都會(huì)對(duì)放大器LM358采集來的模擬信號(hào)AV進(jìn)行溫度采樣，即進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。
在對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波操作之后，還要將A／D值轉(zhuǎn)換為溫度，只需要確定比例系數(shù)K和基準(zhǔn)偏差B即可。
溫度轉(zhuǎn)換的C語言實(shí)現(xiàn)過程為：
temperature=(adc_data*K)-B； ／／換算成溫度值
1．2．3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘
采用DALLAS公司推出的涓流式充電時(shí)鐘芯片，它內(nèi)部集成了實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和31 B靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷電路電路提供秒、分、時(shí)、星期、月、年的信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM／PM標(biāo)志位決定采用24小時(shí)或12小時(shí)時(shí)間格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式通信，僅需3根線：復(fù)位(RST)、I／O數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘(SC-LK)。DS1302工作功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功耗小于1mW。利用它很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水、自動(dòng)加熱的控制和時(shí)間顯示。假設(shè)這里單片機(jī)設(shè)置報(bào)警為凌晨3點(diǎn)整，啟動(dòng)電加熱，當(dāng)CPU讀出DS1302時(shí)間為3點(diǎn)即可使對(duì)應(yīng)的I／O管腳輸出高電平，打開繼電器啟動(dòng)加熱器，定時(shí)上水功能同理。同時(shí)在不顯示溫度和水位時(shí)，它還可作為精確的電子鐘進(jìn)行時(shí)間顯示。
1．2．4 數(shù)據(jù)顯示
該系統(tǒng)采用靜態(tài)顯示的方式，用3個(gè)數(shù)碼管交替顯示水溫、時(shí)間、報(bào)警的信息，在按鍵時(shí)，也將用數(shù)碼管顯示。水位級(jí)別顯示則用LED顯示。顯示電路由3個(gè)移位寄存器74HC164和3個(gè)數(shù)碼組成。每個(gè)數(shù)碼管接有8個(gè)1 kΩ電阻，保護(hù)數(shù)碼管，防止電流過大燒壞數(shù)碼管。具體的電路如圖3所示。
1．2．5 其他部分
本系統(tǒng)除復(fù)位鍵、手動(dòng)上水和手動(dòng)加熱允許鍵外，其余的按鍵為選擇設(shè)定項(xiàng)目(溫度顯示或定時(shí)顯示)，每按一下choose鍵，設(shè)定功能變換1次。按1次“+”鍵，設(shè)定值對(duì)應(yīng)加1。按1次“-”鍵，設(shè)定值對(duì)應(yīng)減1。為了防止設(shè)定的參數(shù)在掉電后丟失，利用了E2PROM存儲(chǔ)各設(shè)定參數(shù)。

2 結(jié)語
本文設(shè)計(jì)的太陽能工程熱水器控制器，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。經(jīng)試驗(yàn)證明系統(tǒng)穩(wěn)定，操作方便，值得推廣。本文給出的電路是一種最基本最簡(jiǎn)單的電路，其目的是給出一種單片機(jī)的控制模式，亦可以根據(jù)用戶需求，添加更多附加功能。