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基于合泰HT67F40單片機(jī)的壁掛爐溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)

2014-04-29 00:44王敬輝于海清宋光坤
中國電子商情 2014年7期
關(guān)鍵詞:溫控器熱敏電阻存儲(chǔ)器

王敬輝 于海清 宋光坤

引言:壁掛爐是燃?xì)獗趻焓讲膳癄t的簡稱。它可以外接室內(nèi)溫控器,以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化溫度調(diào)節(jié)和節(jié)能的目的。使用室內(nèi)溫度控制器可以節(jié)能20~28%的燃?xì)赓M(fèi)用。本系統(tǒng)旨在通過對(duì)壁掛爐溫度控制器的設(shè)計(jì),為國內(nèi)的廠家提供有益的參考和借鑒。

引言

溫度控制是一種過程控制,其控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量甚至是生產(chǎn)安全。常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同,本文給出了一種成本較低且安全實(shí)用的溫度控制器設(shè)計(jì)。

一、系統(tǒng)框圖和概要設(shè)計(jì)

為了節(jié)約成本,此溫控器使用段式液晶顯示,需要內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘,屬于成本敏感型設(shè)備,為簡化設(shè)計(jì)、節(jié)約成本我們采用合泰HT67F40單片機(jī)作為主控制芯片,使用定制段式液晶作為顯示單元,使用熱敏電阻作為溫度傳感器。

按鍵包括開關(guān)鍵、功能鍵、休眠鍵以及上調(diào)、下調(diào)鍵,系統(tǒng)可以在睡眠、外出、采暖等模式間自由切換。熱敏電阻使用負(fù)溫NTC熱敏電阻,通過對(duì)熱敏電阻和固定電阻分壓可得到隨熱敏電阻變化的電壓值,然后通過單片機(jī)內(nèi)部自帶的ADC可以采樣出電壓值,之后再通過查表的方式可得到溫度值。單片機(jī)對(duì)加熱部分電路(220V AC)的控制通過光耦和雙向可控硅來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二、硬件電路

HT67F40是一款A(yù)/D型具有8位高性能精簡指令集并且?guī)в蠰CD驅(qū)動(dòng)器的Flash單片機(jī),專門為需要A/D轉(zhuǎn)換和LCD顯示的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)。該系列單片機(jī)具有一系列功能和特性,其Flash存儲(chǔ)器可多次編程的特性給用戶提供了極大的方便。存儲(chǔ)器方面,還包含了一個(gè)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一個(gè)可用于存儲(chǔ)序號(hào)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的EEPROM存儲(chǔ)器。

在模擬特性方面,此系列單片機(jī)包含一個(gè)多通道12位A/D轉(zhuǎn)換器和雙比較器功能。還帶有多個(gè)使用靈活的定時(shí)器模塊,可提供定時(shí)功能、脈沖產(chǎn)生功能及PWM產(chǎn)生功能。內(nèi)建完整的SPI和I2C功能,為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)易與外部硬件通信的接口。內(nèi)部看門狗定時(shí)器、低電壓復(fù)位和低電壓檢測等內(nèi)部保護(hù)特性,外加優(yōu)秀的抗干擾和ESD保護(hù)性能,確保單片機(jī)在惡劣的電磁干擾環(huán)境下可靠地運(yùn)行。

1、單片機(jī)部分電路原理圖

單片機(jī)部分原理圖如下圖2和圖3所示,K1,K2,K3,K4,K5對(duì)應(yīng)5個(gè)按鍵。分別為開機(jī)鍵,休眠鍵,功能/確認(rèn)鍵,以及數(shù)字增和數(shù)字減鍵。這5個(gè)按鍵連接到單片機(jī)的PA口。同時(shí)啟用PA口的喚醒功能,這樣在按鍵按下時(shí)即可喚醒單片機(jī)。

在開關(guān)鍵按下時(shí),單片機(jī)依據(jù)當(dāng)前的工作狀態(tài)作狀態(tài)切換,若當(dāng)前處于工作模式,則調(diào)用編譯器自帶的休眠函數(shù)_halt()進(jìn)入休眠,若已經(jīng)處于休眠模式,則單片機(jī)將退出休眠,繼續(xù)執(zhí)行程序。要注意的是在調(diào)試階段,電路圖中的R8和R9要更換為電位器,調(diào)節(jié)VLCD使得對(duì)比度合適后,再更換為固定電阻。

2、溫控器溫度采集電路

圖4為溫度采集電路,其中R11為熱敏電阻。當(dāng)熱敏電阻值發(fā)生變化時(shí),流經(jīng)該電阻的電流也隨之變化,因此R14電阻上分得的電壓必然也發(fā)生變化。使用HT67F40內(nèi)置的ADC采集這個(gè)電壓值,并根據(jù)所使用的熱敏電阻的阻值變化表制作一個(gè)表格,存入單片機(jī)內(nèi)部,依據(jù)ADC采集到的電壓值,以查表方式即可確定當(dāng)前的溫度。

若當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度,則單片機(jī)控制加熱電路斷開,反之則控制加熱電路導(dǎo)通。加熱電路的執(zhí)行部分控制220V交流電壓的通斷。通過光耦以及雙向可控硅完成。

3、液晶顯示器

此款LCD共有14個(gè)Segment,4個(gè)COM端,如上圖4所示,此界面中一共可顯示4位數(shù)字,每一位數(shù)字由兩個(gè)Segment控制。每位數(shù)字的低段中的最低位分別對(duì)應(yīng)P1,P2,P3和P4。在對(duì)顯示數(shù)字進(jìn)行操作前,最好先暫存這些符號(hào),修改完數(shù)字后再進(jìn)行恢復(fù)。

電路圖中S0~S13連接段式LCD的14個(gè)Segment,COM0~COM3為LCD的公共端。HT67F40數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中有一部分區(qū)域是專門為LCD的顯示數(shù)據(jù)而保留,即顯示存儲(chǔ)區(qū)。單片機(jī)內(nèi)部顯示驅(qū)動(dòng)電路會(huì)自動(dòng)讀取任何寫入此處的數(shù)據(jù)并據(jù)此產(chǎn)生LCD或LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因此任何寫入LCD存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),會(huì)立即映射到連接單片機(jī)的LCD顯示器上。顯存示意圖如圖5所示。如需要點(diǎn)亮某一個(gè)顯示單元,則對(duì)存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)的地址對(duì)應(yīng)的位置1即可實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的模式切換、狀態(tài)切換以及溫度顯示等,在LCD上實(shí)質(zhì)就是對(duì)界面的清空和改寫。

三、軟件流程

程序流程圖見下圖6所示,初始化中完成了系統(tǒng)的時(shí)鐘初始化、端口初始化、ADC初始化以及定時(shí)器初始化,并且清空LCD顯存區(qū)。之后系統(tǒng)將進(jìn)入休眠,并等待開關(guān)信號(hào)的到來。

因?yàn)橹挥幸粋€(gè)開關(guān)鍵,其每次按下時(shí)所代表的操作是相反的。當(dāng)開關(guān)鍵按下時(shí),開關(guān)狀態(tài)標(biāo)志位將翻轉(zhuǎn)。系統(tǒng)據(jù)此判斷要執(zhí)行上電操作還是斷電操作(LCD)。在休眠狀態(tài)下,CPU處于暫停模式,但系統(tǒng)時(shí)鐘和一些寄存器仍然處于運(yùn)行狀態(tài)。如此工作模式的配置和當(dāng)前時(shí)鐘的設(shè)置得以保存。開機(jī)后,系統(tǒng)將在主循環(huán)中輪訓(xùn)按鍵狀態(tài),并對(duì)不同的按鍵進(jìn)行不同的處理??傮w來說就是對(duì)顯示界面的修改和對(duì)當(dāng)前溫度的修改。如用戶可以通過組合按鍵分別對(duì)溫度閾值和當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行設(shè)置、查詢。

五、結(jié)語

實(shí)踐證明本系統(tǒng)具有個(gè)性化溫度調(diào)節(jié)功能,能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。該溫控器操作簡便易行,顯示界面美觀大方且更人性化,溫度控制精準(zhǔn)且高效。

參考文獻(xiàn)

[1]朱奕丹,倪浩如.基于單片機(jī)控制的高精度多點(diǎn)溫度檢測顯示系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表,2008,29(8):58-61,64.

[2]紀(jì)友芳,李大海,林美娜.智能溫度控制儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2007,28(17):4200-4202.

[3]奚建榮.基于單片機(jī)的壁掛爐采暖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].甘肅科技,2008,24(16):24-26.

(作者單位:天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

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