全天分段熱水智能控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)顯示實(shí)際溫度，日歷時(shí)鐘以及循環(huán)泵的工作狀態(tài)。并有實(shí)時(shí)快速加熱、掉電保護(hù)等功能。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)構(gòu)成以及軟硬件實(shí)現(xiàn)過程。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高，達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有很好的推廣價(jià)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并將溫度設(shè)定值與測量值進(jìn)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(dá)到滿足用戶需要的目的。這類熱水器功能單一且浪費(fèi)了大量的水、電資源。
一般情況下，家庭使用熱水的時(shí)間點(diǎn)比較固定，基本可以分為早、中、晚3個(gè)時(shí)間段。針對這一情況，本設(shè)計(jì)采用Microchip的PIC16F72單片機(jī)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(shí)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(jìn)行控制，實(shí)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(shí)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(shí)間段內(nèi)使用熱水時(shí)，可以按下加熱鍵進(jìn)行快速加熱，從而保證了用戶也能及時(shí)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(qiáng)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(shí)惠。

1 總體設(shè)計(jì)及工作原理
全天分段熱水智能控制器主要由單片機(jī)控制模塊，溫度采集模塊，日歷時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、時(shí)間段上下限及預(yù)加熱溫度設(shè)置模塊、電機(jī)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(jī)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(gè)部分，保證整個(gè)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(jī)中進(jìn)行處理，時(shí)鐘芯片及外部存儲器通過I2C總線與單片機(jī)間進(jìn)行通信。溫度顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)置溫度。時(shí)間顯示設(shè)置時(shí)段及系統(tǒng)時(shí)鐘。在實(shí)際溫度小于設(shè)置溫度3度時(shí)，如果時(shí)間在設(shè)置的3段范圍內(nèi)，水泵啟動，當(dāng)實(shí)際溫度大于設(shè)置溫度時(shí)，水泵停止工作。加熱鍵根據(jù)用戶需要實(shí)現(xiàn)快速加熱。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
單片機(jī)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(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先要構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)，單片機(jī)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(gè)30 pF電容構(gòu)成的無緣晶振，復(fù)位電路采用的是改進(jìn)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(gè)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。