子情境太阳能热水器上水控制

,子情境1 太阳能热水器上水控制,江西工业工程职业技术学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,子情境太阳能热水器上水控制,子情境,1,太阳能热水器上水控制,任务,4,单片机驱动功率接口,任务,1,太阳能热水器水位控制,任务,2,一、任务描述,二、任务分析,三、相关知识,四、任务实施,五、深化与训练,任务1 单片机驱动功率接口,一、任务描述,在由单片机组成的控制系统中,控制的执行机构可能是电动机、继电器或电磁铁等大功率机构。因此,单片机不可能和这些外部机构直接连接。,通常必须采取两个根本措施:一是采用隔离的方法把单片机的工作环境与外电路隔离开来；另一种是采用电流接续的方法扩大输出电流的能力,以驱动各种外电路。本任务主要分析这两个根本措施，以到达大家对单片机和大功率的器件接口的了解和使用，最后以单片机与步进电机之间的功率接口的硬件连接和软件程序为例来了解功率接口的应用。,二、任务分析,在单片机组成的控制系统中，外围电路有低压直流负载，高压直流负载以及交流负载等。低压直流负载可以采用功率晶体管驱动,高压直流负载和交流负载常采用继电器驱动。交流负载也可用双向晶闸管或固体继电器驱动。常用的隔离采用光电耦合器或继电器,隔离时一定要注意,单片机用一组电源,外围器件用另一组电源。,本任务通过单片机与步进电机的接口电路及软件编程来分析单片机功率接口的一般应用。,子情境,1,太阳能热水器上水控制,三、相关知识,图,7-33,用,PNP,型晶体管驱动扬声器或蜂鸣器,图,7-32,用,NPN,型晶体管驱动扬声器或蜂鸣器,子情境,1,太阳能热水器上水控制,子情境,1,太阳能热水器上水控制,子情境,1,太阳能热水器上水控制,子情境,1,太阳能热水器上水控制,图,7-36 ULN2003,驱动扬声器电路,图,7-34 ULN2003,引脚图,图,7-35 ULN2003,的内部结构,子情境,1,太阳能热水器上水控制,（,a,）晶体管驱动直流继电器,（,b,）晶体管驱动直流继电器,图,7-41,小型电磁式继电器与单片机的接口电路,子情境,1,太阳能热水器上水控制,图,7-42,较大功率的电磁式继电器与单片机的接口电路,图,7-43,光电耦合式固态继电器内部原理图,2.固态继电器SSR与单片机的接口,常用的光电耦合式固态继电器内部原理如下图。,子情境,1,太阳能热水器上水控制,图,7-44,光耦双向可控硅驱动器,子情境,1,太阳能热水器上水控制,子情境,1,太阳能热水器上水控制,图,7-45,双向晶闸管和单片机的接口电路,图,单片机与步进电机的接口电路,四、任务实施,如下图,是单片机直接带动步进电机的一种接口方案,接口并不复杂,单片机P1口的低三位被设成输出位控制A相绕组通断控制B相控制C相。以A相控制为例,当输出为1,发光管不发光,因此光敏二极管截止,使担负驱动任务的达林顿管导通,A相绕组通电；相反,当0,发光管发光,光敏管导通,达林顿管截止,A相绕组不通电。因而该接口电路采用软件方式控制步进电机的旋转,步进电机的驱动脉冲由1单片机编程产生,并从P1口输出。,五、深化与训练,步进电机也可用专用集成芯片来驱动,目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。L298芯片是一种H桥式驱动器,它设计成承受标准TTL逻辑电平信号,可用来驱动电感性负载。H桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进展正、反两个方向通电。,下面简要介绍L298原理及其接口电路作简要介绍。,1、,步进电机专用集成芯片简介,图,L298,引脚,图,图,L298,的应用,一、任务描述,二、任务分析,三、相关知识,四、任务实施,五、深化与训练,任务2 太阳能热水器控制器水位控制,一、任务描述,本次任务主要介绍太阳能热水器的水位控制，目前太阳能热水器的控制器根本实现数字化，以单片机为控制核心的控制系统占领太阳能热水器的主要市场，其中应用最多的是51系列和PIC系列单片机。目前大多数太阳能热水器的水位传感器都采用分段式水位传感器，因为太阳能热水器对水位准确度的要求不高，且分段式传感器的本钱很低。,本任务的目的就是设计一种既经济又实用的水位监测电路及其与单片机接口电路和软件程序。,二、任务分析,太阳能热水器控制系统可以实现水位显示、水位控制、温度显示、防冻等多种功能，其中对水位的检测、控制，实现水位显示、自动上水、超限报警是太阳能热水器控制系统的核心。,水位测量和水温测量是太阳能热水器控制系统的最重要局部，是实现其他功能的根底，此局部性能好坏将关系到整个系统的优良程度，是设计的重点。本任务主要实现水位控制和显示，要实现水位控制必须要有水位测量电路，水位测量可以有多种方法，需从性能和本钱两方面进展考虑，选择适宜的方案。,三、相关知识,一方案比较选择,1排阻分档键盘式水位传感器,下面介绍了一种类似键盘电路的分档水位传感器，原理图如下。,工作原理：,类似于键盘的工作原理，用 4根不锈钢针分别置于水箱内的 四种不同高度的位置，当某个钢针不接触水面时，其输出为高电平；当其与水面接触时那么输出低电平。它们的输出接至电子开关CD4069，经过CD4069反向并经74LS244驱动后分别接入89C52的 P10P13引脚。CPU对这些引脚进展判断后 ，送去显示相应的水位值。显示共分 4档 ，每档为满水位的25% 。这种方法简单，易实现，省去了传统的 AD转换器，本钱低，虽然不准确但可以满足使用要求。,2RC充放电式水位传感器测量电路,我们在市场上购置的桑乐太阳能的水位和水温传感器就是基于这种原理。,单片机监测电容两端电压的变化，因为电容电压的上升或下降时间t=RC，所以用单片机记录这个时间就能判别电阻的变化，进而转化为水位的变化进展显示及其他动作。,3传感器选择,RC充放电式水位传感器测量电路，明显优于排阻分档键盘式水位传感器的地方有：,1接线简单，排阻分档键盘式水位传感器需要四根导线传输水位信号，而RC充放电式水位传感器仅需要两根，这可节省相当多的导线资源。,2给水温测量电路设计带来方便，RC充放电式水位传感器的原理可以同样运用到热电阻温度测量电路中。,3占用较少的I/O口，仅需两个I/O口就能完成水位检测任务，极大地节约了单片机的I/O 口资源。,综上比较可见选用第二种方案较为优越。,水位测量电路的具体设计及优化。,1直接接单片机I/O口检测,2采取与I/O隔离并用中断监测电容电压的电路,这样需要将电容电压与单片机监测端口隔离，如,下,所示电路。,四、任务实施,1.LM358的应用,LM358的正向输入端接电容电压正端，反向输入端与输出端相连，构成电压跟随器。,2LM393的作用,给比较器设置+3V的参考电压，将电容电压的指数曲线变成矩形波，波形图如下图。将参考电压接同相输入端，比较电压接反相输入端，从而实现电容电压在上升到参考电压时比较器产生下降沿信号，作为单片机的外部中断信号。,3充电时间的设定和电容的选择,电容充电时间的计算公式为：,T即位电容电压上升时间。编程使P1.0口输出周期性的方波，给电容充放电，方波半周期充电或放电时间为，应使方波半周期大于电容电压上升时间，即：,(2),当定时器,/,计数器在方式,1,下做定时器用时，其定时时间计算公式为：,定时输出30ms其程序如下：,ORG 0000H,SJMP MAIN,ORG 00023H,SJMP TIMER1_SVR,ORG 0030H,MAIN: MOV TH1,#8AH; /定时器1赋值,MOV TL1,#0D0H;,MOV TMOD,#0X10;,MOV IE,#88H,SJMP $,TIMER1_SVR:,MOV TH1,#0X8A; /重新给定时器1赋值,MOV TL1,#0XD0;,CPL P1.4; /充放电变换,JC NEXT/充电开场时启动定时器0,SJMP DONE,NEXT:MOV TL0,#00H,MOV TH0,#0X00; /定时器0赋初值0,SETB TR0; /启动定时器0,DONE:RETI,END,4、编程实现水位处理,由于水电阻的波动性和电容的不稳定性等原因，计数器中的数值会有一定的波动，所以需要对数据进展相应的处理显示水位。其中buf1为计数器0存放器中的值。,五、深化与训练,为了解决太阳能热水器受天气状况的影响大这个问题需要为控制系统提供电加热装置。本系统设计了一个利用时钟芯片提供时间信号完成智能加热功能的电加热系统。,一DS1302串行时钟芯片,1DS1302芯片的性能特点：,实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力，318 位暂存数据存储RAM，串行I/O 口方式使得管脚数量最少，宽范围工作电压2.0 5.5V， 工作电流2.0V 时,小于300nA，读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式，8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据外表装配，简单3 线接口，与TTL 兼容Vcc=5V。,2,管脚功能描述,管脚描述：,X1,、,X2 32.768KHz,晶振管脚；,GND,地；,RST,复位脚；,I/O,数据输入,/,输出引脚；,SCLK,串行时钟；,Vcc1,Vcc2,电源供电管脚；,二时钟电路的应用设计,1、 DS1302 内部存放器,CH: 时钟停顿位 存放器2的第7 位12/24 小时标志,CH=0 振荡器工作允许； bit7=1,12 小时模式；,CH=1 振荡器停顿； bit7=0,24 小时模式；,WP: 写保护位 存放器2 的第5 位:AM/PM 定义,WP=0 存放器数据能够写入； AP=1 下午模式；,WP=1 存放器数据不能写入； AP=0 上午模式,TCS: 涓流充电选择 DS: 二极管选择位,TCS=1010 使能涓流充电； DS=01 选择一个二极管;,TCS=其它 制止涓流充电； DS=10 选择两个二极管;,DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充电功能也被制止,2,、,DS1302,与单片机的连接及时间读取方法,源程序见电子课件,谢谢大家！,结 语,