基于單片機系統控制的家用采暖洗浴器設計

3．1 數據采集
對房間溫度、采暖水溫、洗浴水溫信號的檢測采用 DS18B20芯片。 DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，具有 3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為 -55℃~+125℃,可編程為9～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達 0.0625℃；多個 DS18B20可以并聯到3或2根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路，比較適合于該系統對溫度的測量。
對水位的檢測在膨脹水箱中使用高、中、低三個探點，最低的探點接工作電源，中間為低水位探點，頂部為高水位探點。為防止探點因水的電離吸附而締結水垢，除選用特殊材料外，其工作電源采用交流信號供電。采暖、洗浴水壓開關信號的檢測采用開關式傳感器，無水流過水壓開關時，輸出高電平；當有水流過水壓開關后，輸出低電平信號。
3．2 執行機構
執行機構均采用繼電器控制，單片機送出的執行信號經光電隔離、三極管驅動放大后，控制繼電器線圈電流，使繼電器觸點動作，接通或斷開循環泵、電磁閥和各加熱體的供電電源。聲報警電路由晶體管放大器及蜂鳴器組成，由單片機的P1口控制。為保護單片機系統，減小外界信號干擾，各開關傳感器、執行機構與單片機之間均采用光電耦合器進行信號隔離。
3．3 鍵盤與顯示電路 鍵盤電路有兩個作用，一是對采暖系統進行設置，二是對洗浴水溫進行選擇。采暖系統的設置包括設置系統時間、工作方式、自定義各時間段的采暖溫度值等。設
置系統時間主要是重新調用對DS12887的初始化程序，使系統時間與當前日歷一致。采暖系統設有五種工作方式：全天以恒定溫度連續運行、以用戶自定義的各時間段溫度運行、以系統默認的各時間段溫度運行、出差外出防凍運行、采暖功能停止。洗浴水溫的選擇，主要通過鍵盤設置洗浴加熱體參與加熱的功率大小，以控制出水溫度。在淋浴時可根據個人感覺，選擇不同檔的淋浴水溫。顯示電路采用 TN-LCD型筆段式液晶，顯示畫面預先訂做，液晶顯示器上可顯示日歷信息，溫度信息，工作方式信息，超溫、缺水、漏電等故障信息。顯示模塊上集成了驅動器、顯示 RAM、振蕩器等，采用串行口進行數據通信，與單片機接口簡便。
3．4 其他電路
時間日歷芯片采用DALLAS公司生產DS12887/DS12C887，它具有完備的時鐘、鬧鐘及到2100年的日歷功能，片內有 114字節的做掉電保護用的低功耗 RAM。該芯片將晶振、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片的上方，組成一個加厚的集成電路模塊。 DS12887/DS12C887內部有專門的接口電路，從而使得外部電路的時序要求十分簡單，使用時無需外圍電路元件，與單片機的接口大大簡化。在采暖洗浴控制系統中， DS12887/DS12C887除提供日歷信息、秒中斷信號外，其 RAM和鋰電池可以很好地保護用戶的自定義設置。
4系統控制軟件設計
系統主要的軟件設計流程圖如圖3、4所示。
DS12887的秒中斷接單片機的外部中斷 0，系統的主要控制功能在 INT0的中斷服務程序中完成。為保證用戶的用電負荷不至于過大，采暖和洗浴功能采用連鎖控制，洗浴優先。當系統檢測到洗浴水壓開關打開時，便關閉采暖加熱體，只保留循環泵的原工作狀態；由面板鍵盤選擇出水溫度，在洗浴功能中將最高水溫控制在65℃。只有當洗浴水壓開關關閉時，洗浴加熱體斷電，采暖加熱體才能通電。采暖功能工作時，首先對水位進行檢測，水位過低時打開電磁閥上水；到達高水位后，關閉電磁閥，開啟循環泵，若發現采暖水壓開關未打開，說明水循環系統出現故障。在水位及水循環正常后，檢測水溫、房間溫度，根據工作方式設置和當前的時鐘，讀取已保存的采暖溫度設定值，與實測房間溫度值進行比較，給出相應的控制信號；在房間溫度低于設定溫度 2℃時，三組加熱體同時加熱，直到房間溫度高于設定溫度2℃時，僅留一組加熱體進行保溫加熱；三組加熱體輪換作為保溫加熱體，以延長加熱體的使用壽命。在采暖功能中將最高采暖水溫控制在85℃，超溫時停止加熱并報警。
本文作者創新點
采用納米材料遠紅外薄膜電加熱管，體積小、熱效率高，利用單片機對水溫、水位、房間溫度等參數進行檢測，并具有超溫、缺水、漏電等保護，提高了系統的可靠性和實用性。該產品經調試、檢驗，整個系統具有投資少、功能強、效率高等特點，具有廣闊的應用前景。