PDF《智能家用电热水器控制器》

智能家用电热水器控制器 第四届'

MOTOROLA 杯'

嵌入式处理器设计大赛参赛作品 参赛编号:A11149 姓名: 刘坡(中文)Liu po(英文) 职业: 硕士研究生2年级 姓名: 郑素丽(中文)Zheng Suli (英文) 职业: 本科4年级 姓名: 陈乐君(中文)Chen Lejun (英文) 职业: 本科4年级 电子

邮箱:unionaccount@zju.

edu.cn [email protected] 推派单位名称:浙江大学光电信息工程学系

一、应用前景 热水器是一种可供浴室, 洗手间及厨房使用的家用电器. 目前市场上热水器主要品种有 电热水器、太阳能热水器、燃气热水器.就中国的具体情况而言,由于太阳能热水器的使用受 天气原因的限制,使用范围狭窄;

燃气热水器由于以石油、天然气为燃料,而燃料供应量又难 以满足人们日益增长的需求,且不利于环境,因此电热水器越来越受到消费者的青睐. 根据中国商业联合会前不久的统计, 电热水器的市场份额在销售数量和销售收入两个方 面都已经超过了长期以来占优势的燃气热水器. 该中心预计, 在城市电网更大范围改造和城 市住房市场大规模启动的带动下,今后几年我国电热水器市场将呈现强劲增长势头.

二、设计目标 目前市场上的电热水器又连续水流式和贮水式,前者虽具有加热速度快和体积小的优 点,但需要的功率大,大多数家庭供电线路难以承受.而市场上传统的机械式电热水器控制 功能不完善,而且精度低、可靠性差,生活质量的提高使得消费者对电热水器要求越来越趋 向于智能化和数字化,因此我们采用 motorola 单片机作为控制中心设计了这款智能家用电 热水器 LZC-Ι. 由于考虑到热水器的潮湿的工作环境对单片机的特殊要求, 我们采用了摩托罗拉新推出 的MC68HC08 系列的单片机作为控制中心.它具有抗干扰能力强,工作可靠稳定,自带 flash 闪 存等特点,完全满足高性能的电热水器的控制要求.同时考虑到家电业的激烈竞争,节约生产 成本, 我们用尽量简单的器件实现这些功能, 并充分利用内外围功能, 以提高产品的性价比, 稍加改进,便能以较低成本应用于实际批量生产中. 基于以上考虑, LZC-Ι将实现如下的功能:

1、 对温度精确控制.采用高性能的温敏电阻实时采集热水器内水温,将温度信号转变为电压信 号后送单片机处理,可用高清晰度的数码管进行实时显示.

2、可靠的水位采集电路,实时采集水位供查询时进行显示,当水位过低时给出提示并停止 加热,防止干烧.

3、开机方式有立即开机和定时开机两种.24 小时内任意设定开机时间.用省时节能的方式准 时加热到特定温度,既可免去等待烧水的时间,又避开用电高峰,节约电费.

4、自动检测热水器是否处于正常工作状态,并具有调温、恒温、防干烧、防超高温、防漏 电等多项自检功能,使用户在使用过程中安全更有保障.

5、配备遥控器,操作更加方便.

三、LZC-CΙ硬件设计

1、 技术指标及特点 控制器的最主要目的是对水温进行控制,除此之外还实现下述功能: z 实时显示水温,范围为 0~99℃ z 可在 20~80℃范围任意设定水温 z 具有预约功能,24h 任意设定开机时间 z 具有 LED 数码显示实时温度,进行设定操作时闪烁显示设定水温、时间,并有预 约、保温/加热指示 z 可随时察看和校正系统时钟 z 配有遥控器,控制更加简单方便 z 超温断电保护并报警功能 z 出现漏电流故障时,迅速切断电源并提示报警功能 z 系统断电能保护设定数据

2 、MC68HC908GR8 芯片简介 68HC08GR8 根据以上功能要求,选择 motorola 公司的 MC68HC908GR8 作为控制核心.它的基本特 性如下: 采用模块化设计. 主要的功能模块有中央处理器模块 CPU

08、 时钟发生模块 CGM、 存储器模块 MEMORY、模数转换模块 ADC、多功能定时器接口模块 TIM1 和TIM

2、时基 模块 TBM、串行通讯接口 SCI、串行外设器件扩展接口 SPI、并行接口、正常监视模块 COP 等. z 一个高性能的

8 位CPU 内核,具有功能强速度快的特点.8MHz 总线时钟频率,最 短的指令周期为 125ns,支持用 c 编译开发. z 64kB 的可寻址地址空间. 7680bytes 快闪存储器(FLASH) ,具有在线编程能力和保护供能,可用来存储用 户设定温度、 时间, 和采集温度相比较的回差数据等既需要掉电保护又需要读写 的数据信息.386bytes 数据存储器(RAM) .36B 用户定义的矢量区.310B 监控 ROM. z

16 种寻址方式,256 条指令,使编程灵活方便,效率大大提高. z 中断系统功能强大,有24 个中断源. z

2 个16 位多功能定时/计数器(TIM1,TIM2) .定时中断模块内部有一个

16 位的定 时计数器 TCNT,16 位模寄存器 TMOD,8 位模块状态寄存器 TSC 及两个通道寄存器 和通道控制寄存器.每个通道有一个 I/O 口引脚,由用户选择这些引脚为一般 I/O 口线或专用 I/O 口线.通过编程,可实现计数器、软件定时器、输出比较和输入捕 捉等多种功能. z 定时基模块可产生周期性中断, 用来编程日历钟, 通过比较预约时间和日历时间实 现预约功能. z 内置

6 路8位逐次逼近式 A/D 转换 ,其中两路用于温度采集和水位采集. z 键盘中断 KBI 提供多个可屏蔽的外部中断.PPA0~PTA3 既可以作为键盘输入线, 按键时产生键盘中断,也可用作通用的 I/O 口. z

5 个双向并行 I/O 口,21 根口线,均可与其他模块共用.其中 A 口、D 口具有内部 上拉电阻,并有一个上拉控制器,通过编程选择. z 增强型串行通讯口和串行外设接口.其中 SPI 扩展为并行口驱动 LED 进行显示. z 内置 COP 模块,完成 Watchdog 功能,防止软件死锁. z 两种节电方式(等待和停机).CPU 执行 WAIT 指令,使之进入 WAIT 方式.在WAIT 方式时,停止时钟使 CPU 停止工作,其他功能模块可以继续工作,使工作 电流 I 降至 12mA.在stop 模式下除 IRQKBILVI 可工作外,其他模块都停止工作. 内部和外部的复位即允许的中断请求信号可以使 CPU 退出 WAIT 模式.外部中断 键盘中断信号外部或 LVI 复位信号,可使 CPU 退出 STOP 模式.

3、系统结构 主控制器系统组成框图 遥控器系统组成框图 系统分两个主要部分:热水器主控制器与遥控器,采用两片 68hc908gr8 分别实现.

1、 电源与时钟电路. 电源电路由变压桥、整流桥、滤波电阻、压敏电阻和集成稳压电路 MC7812T 及MC7805T 组成,可为控制器提供+5V 和+12V 电源.OSC1,OSC2 外接 8kHz 晶体振荡器.

2、键盘. 温度检测 水位检测 漏电检测及保 护 预约指示 加热保温指示 蜂鸣器 显示电路 加热电路 电源电路 红外信号接收 电路 驱动电路 驱动电路 矩阵式键盘 LCD显示 红外信号发送 控制器的功能及参数设定都是通过按键来实现, 本系统主控制器两个按键完成直接加 热及查询水位的功能,采用键盘中断模式,PTA2,PTA3 作为按键的输入口.遥控器键盘采 用矩阵式,当有按键按下是引发键盘中断,通过逐行扫描判断所按键号,送寄存器保存并发 送, 主程序接收到键号后在键盘处理程序中进行处理. 机械式开关在断开和闭合瞬间有抖动 过程,程序设计中采用软件延时消抖.

3、显示电路 考虑到使用环境空气湿度较大,故主控制器显示采用 LED 数码管进行显示.采用 SPI 主方式扩展两片 74LS164,作为七段显示器静态显示的段数据输出口. 在无按键状态下, 主控制器显示当前水温, 遥控器显示当前时间;

当进行设定或查询时, 遥控器 lcd 及主控制器 led 均闪烁显示设定或查询信息,按键放开一定时间后自动返回一般 状态.

4、 实时水温及水位检测........