智能电热水器

VCCR45.1kR55.1kR65.1kR75.1kLED4LED3LED2LED1P24功 能 选 择 键加 1 键P25减 1 键P26确 认 键P27 图3.4 按键电路图 四、水位控制电路设计 根据电热水器功能需要，将水位控制电路分为水位检测电路和电磁阀进水电路两部分进行独立设计。其中水位检测电路采用自制传感器，实现低成本水位检测。 1、水位检测电路 水位传感器可以自制，用3根导线和一根地线，在电极间加电流，电路简单，当某根导线不接触水面时，其输出为高电平；当导线与水面接触时则输出为低电平。送去显示相应的水位值，这种方法省去了传统的A/D转换器。 22、电磁阀进水电路 电磁阀进水电路如图3.6所示。驱动电路采用达林顿管驱动继电器，实现单片机端口控制电磁阀电路。其中继电器选用JQC-16F，线圈电压为5V，触点部分可以承受14V20A的直流电[13]

。图中的Q1是达林顿管，型号是TIP122[14]，进行强弱电的隔离实现继电器的控制，其中D5是二极管起续流保护作用。R19起到提高单片机端口驱动能力。该电路的工作过程如下，当P22端口为高电平时，NPN达林顿三极管导通，驱动继电器线圈产生电磁场，此时继电器的衔铁被吸下，使得电磁阀接入9V电源，电磁阀电路处于导通状态，电磁阀工作打开进水口。反之，P22

为低电平时，电磁阀电路处于断开状态，进水口关闭[15]。 电磁阀通电时，处于导通状态；电磁阀断电时，处于关断状态。 +12VU5RELAY-12VJ2R1910kP22R211kQ1AGND12VALVED5VCC 图3.6 电磁阀进水电路 五、温度控制电路设计 在传统的温度测量系统中，一般采用热电偶或铂电阻进行温度测量。在这些电路中，有这样一些问题必须解决:为了进行准确的温度测量，必须给铂电阻提供一个良好的恒流源；由于热电偶出来的信号是模拟信号，所以此信号在送给CPU之前必须先进行A/D转换，然后再送给CPU进行处理;并且热电偶的信号很微弱，只有十几毫安，因此在A/D转换之前通常还需要进行增Title益放大，因此，采用热电偶和铂电阻进行温度测量，需要考虑很SizeNumber多问题，构成的系统也比较复杂。 A4DALLAS公司推出的数字式温度传感器DS18B20很好地解Date:3-Jun-2010 决了这样一些问题，DS18B20采用单总线接口，只需占用单片File:D:\\桌面\\全部原理图设计(12.3).ddb3机的一个I/O口，其外围电路也非常简单。并且DS18B20将测得的温度信号转换为数字量输出，可以与单片机直接相连，而不需进行信号放大和A/D转换，大大简化了电路的设计，因此系统采用了DS18B20作为温度传感器进行温度采集。 1、温度检测电路

使用DS18B20温度传感器采集温度，DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完

成。DS18B20的电源供电方式有2种：外部供电方式和寄生电源方式。外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压VCC降到3V时，依然能够保证温度量精度。无论是内部寄生电源还是外部供24电，I/O口线要接10KΩ左右的上拉电[16]。在这里采用外部供电方式供电。DS18B20与芯片连接电路如图3.7所示： Sensor1DS18B20123VCCP20R810kD 图3.7 DS18B20温度检测电路图 2、加热电路 由于单片机端口驱动能力很弱，加热电路采用继电器控制方式，操作方便。其中加热器件参数是12V/45W（实际加热棒为220V/1.5kW），由外部9V电源直接给加热器件提供电压。加热C电路如图3.8所示，原理同电磁阀控制电路。 +12VU6REL-12VVCCR2010kP21R221kQ2D6加热电阻AGNDR23 图3.8 加热器件控制电路图 B

六、漏电检测电路设计 1、漏电检测原理

热水器工作环境潮湿，为了保证使用者安全，控制器应具备漏电检测功能。检测原理如图3.9所示，将火线和中线同时穿过一个环形磁芯，作为漏电互感器的初级线圈，次级线圈数百匝输出漏电信号。当系统没有漏电时，电源输入线中的火线电流与中线电流完全平衡，次级漏电信号为零。当系统发生漏电现象时，火线电流与中线电流将失去平衡，其合成电流就是漏电电流，次级漏电信号的大小和漏电程度成正比[24]。

图3.9 漏电检测原理

2、漏电检测电路

漏电检测电路如图3.10所示，设计使用一片LM358（双运放）。第一个运放作放大器，第二个运放作比较器。为了在5V电源下正常工作，将比较器的参考电平（D点）选定为2.5V左右，运放的参考电平（B点）选定为3V左右，这可以通过R19=3.9K，R15=1K，R2=5.1K来实现。漏电互感器输出的信号加在A和B两点。当没有漏电时，A、B、C三点电位相同（3V左右），比较器输出高电平。当有漏电现象时，C点出现放大的漏电信号，信号的负半波将C点的电位从3V向下拉低，只要漏电到达一定的程度，就可以使C点的电位在某时刻低于D点的电位，使比较器输出低电平，其下降沿就可以作为单片机的外部中断信号，使系统及时做出反映，切断电源，避免出现严重后果。

定量分析：设允许最大漏电流为IL（通常为数毫安，具体数