用單片機設計制作的開水器智能檢測控制電路

采用AT89C205l單片計算機芯片設計制作了一個用于該開水器的“智能檢測控制電路”，可實時監控水箱水位和各組電熱管的工作狀態，一旦水箱水 位異常或電熱管發生故障，均可自動完成保護動作并給出相應的聲、光報警信號，提示維修管理人員及時進行檢修。該電路具有結構簡單、制作容易、使用方便等優 點。

1、主要功能與特點

（1）電路簡單，全部電路使用一個“單片機”芯片和兩個輔助芯片，配合少量外圍分立元件，即可完成相關控制功能。
（2）初始加電時，系統將 檢測水箱水位，只有水箱水位正常(水位開關SVV閉合)時，才會使三相固態繼電器SSR導通，電熱管加電工作。此后，系統將循環監測水箱水位，一旦出現水 箱水位低于預設最低水位{即自動補水管道系統出現故障)，導致SVV開關斷開時，系統將立即切斷電熱管電源，同時給出“缺水”的聲、光報警信號。
（3） 當電熱管加電工作時，系統將對連接三相電的三組電熱管實施工作狀態監控并在控制面板上給出相應的發光管指示。當各組電熱管均工作正常時，面板上的三組電熱 管工作狀態指示燈將同時點亮。如果某一組電熱管損壞，則面板上對應一組的電熱管指示燈將開始“閃爍”，表示該組電熱管故障，提示需要檢修更換，但此時開水 器仍可勉強工作，只是水被燒開的時間要相應延長。如果是某兩組或三組電熱管同時損壞，則面板上三組電熱管指示燈將同時“閃爍”，蜂鳴器也同時發出嘀、咯、 嘀的報警聲響，表明此時開水器的電熱管已無法正常工作，必須立即進行檢修更換。
（4）當溫度開關WK處于接通狀態時，表示水箱的水尚未燒開，如此時水箱水位正常，系統將控制三相固態繼電器SSR導通，使各組電熱管加電工作。
同時，面板上的“加熱”指示燈將被點亮。當WK斷開時，表示水箱的水已被燒開，此時，面板上的“加熱”指示燈白動熄滅，“保溫”指示燈將被點亮，各組電熱管停止加電工作。
（5）本電路的輸入輸出均采用了光電隔離的工作方式，抗干擾能力強，工作穩定可靠。

2、電路原理

電路見下圖。

AT89C2O5l“單片機”芯片IC1做為本電路的核心，C3和R3構成了簡易的上電自動復位電路。JT、C1、C2與IC1的相關引腳構成了 “單片機”的時鐘電路。IC1的15個I/0口中僅使用了13個，其中，P1.1一P1.6作為控制面板各指示燈的輸出控制口，分別通過一只限流電阻，接 至一只LED發光二極管的負極上，低電平有效，直接驅動LED顯示。P1.7為負載(電熱管)控制口，通過一只限流電阻接至光電耦合器GO1的2腳，其1 腳接至+5V，當P1.7為高電位時，GO1和三相固態繼電器均截止，各電熱管不加電工作。當P1.7為低電位時，GO1和三相固態繼電器導通，各電熱管 均加電工作。P1.0為報警信號控制輸出口，接至IC2的15腳。IC2的10-14腳與外圈元件接成了一個可控式音頻振蕩器，其15腳為控制端(高電平 有效1，9腳為輸出端，輸出信號經IC3組成的音頻小功率放大器放大后驅動揚聲器發音。平時單片機的P1，0在軟件控制下輸出為低電平，則可控式音頻振蕩 器處于停振狀態，故揚聲器中無聲。當電路需要發出音頻報警信號時，通過軟件控制，使單片機的P1.0斷續輸出高電平信號，則可控式音頻振蕩器就會斷續工 作，使揚聲器發出嘀、嘀、喃的報警聲響。IC2的1-7腳組成了電熱管工作狀態監控信號電平轉換電路。電熱管工作狀態傳感器采用TAl420型，這是一種 立式、穿芯(?5)、并可在印刷線路板上直接焊接安裝的小型精密交流電流互感器(HGQ1~HGQ3)，具有全封閉，機械和耐環境性能好，電壓隔離能力 強，外形美觀，精度高，采樣范圍寬，應用靈活等特點。在使用時，要將各組電熱管中的一根電源引線從該組對應的電流互感器的穿芯孔中穿過，這樣，當各電熱管 工作正常時，穿過各電流互感器的電熱管電源連線中就會有交流電流通過，由于互感作用，在各電流互感器的線圈端就會產生出互感的交流信號，該信號分別經 Q1-Q3三組整流橋變換為高電平的直流信號電壓，分別接至IC2的2、4、6(7)腳，經IC2將高電平變換為低電平后分別從1、3、5腳輸出，接至單 片機的P3.4、P3.5、P3.70顯然，如果某組電熱管不工作，其對應的電流互感器就不會有感應信號輸出，而IC2與其對應的輸出端也不會有低電平信 號輸出，這樣，通過與軟件配合，即可對各電熱管的工作狀態進行準確識別并通過各對應的發光二極管給出相應的指示。DWI~DW3穩壓二極管主要起保護作 用，用于防止電流互感器的輸出信號超過IC2的VCC工作電壓(+5V)而使IC2相關輸入端損壞。水位信號傳感器采用一只常通(水位正常時接通)型浮子 式液位開關，由其串接在GO2的輸入控制回路中，GO2的輸出端接成“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機的P3，3，通過與軟件配合，即可對水位狀 態進行準確識別并通過對應的LED給出“缺水”報警的發光信號。如前所述，缺水報警的聲音信號是由軟件控制P1.0輸出間斷的高電平信號，控制音頻振蕩器 斷續工作，使揚聲器發出嘀、喃、嘀的報警聲響。溫度信號傳感器采用一只溫度值為980C的常通{溫度未到時接通)型溫控開關WK，由其串接在GO3的輸入 控制回路中，GO3的輸出端也接成了“反相器”電路，從5腳輸出并被接至單片機的P3.2，通過與軟件配合，即可對水溫狀態進行準確識別并通過輸出控制端 控制對電熱管加電與否，同時通過相應的LED給出“加熱”或“保溫”的狀態指示。電源變壓器T1、橋式整流器QZ、7805三端穩壓器WY及C1、C2組 成了電源電路，可為整個電路提供穩定的+5V直流工作電源。
電路中所需元件的規格參數均如下圖中所標注。

3、程序介紹

本程序使用匯編語言編寫。流程圖如下圖所示。程序運行后，在初始化程序中，完成對片內RAM空間進行分配和定義。在主程序中，首先要檢測P3.3口 狀態，以便確定水箱是否“缺水”，如果“缺水”就立即進入“缺水”報警控制程序，關閉輸出控制，停止對電熱管加電。然后，發出“缺水”的聲、光報警信號， 提示進行檢查修理。如果不“缺水”，就轉而進入“溫度狀態”檢測程序，檢測溫度開關WK是否關閉，如果WK已經斷開，說明水已經燒開，則直接使“保溫”狀 態指示燈點亮并返回繼續檢測。如果WK尚未斷開，說明水未燒開，則立即開啟輸出控制端，使電熱管加電工作，同時關閉“保溫”狀態指示燈，點亮“加熱”狀態 指示燈。隨后系統進入“電熱管工作狀態檢測”程序，依次對各電熱管狀態的傳感信號進行檢測，如果發現某一組電熱管的傳感信號消失，說明該組電熱管故障，則 立即使對應該電熱管的工作狀態指示燈閃爍，同時，對發生故障的電熱管進行計數，當發生故障的電熱管等于或超過2組時，就立即關閉輸出控制，使各電熱管斷 電，同時，使3組電熱管工作狀態的指示燈同時閃爍，并發出斷續的音頻報警信號，提示需要對電熱管進行更換修理。
為了提高整個電路的抗干擾性能，防止程序出現“跑飛”，還在程序的各相關部位設置了的“延時除顫”、“軟件陷阱”，從而可進一步提高系統工作的穩定性與可靠性。

4、程序清單