何金鳳 唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

關(guān)鍵字：單片機 電鍋爐 控制器

一、引言

近幾年，北方地區(qū)為了解決燃煤鍋爐污染問題，采用電鍋爐替代燃煤鍋爐。電鍋爐采暖原理是利用電能轉(zhuǎn)化成熱能實現(xiàn)取暖，但是存在高耗能的缺點。如何降低其能耗，成為急需解決的問題。筆者經(jīng)過不斷調(diào)研分析，設(shè)計了一款全新的電鍋爐控制器，該控制器可以根據(jù)電鍋爐的出水溫度、運行時間等設(shè)置好的參數(shù)自動調(diào)節(jié)電鍋爐的運行，有效降低了電鍋爐的能耗。

二、電鍋爐控制器的硬件電路圖設(shè)計分析

該電鍋爐控制器的硬件電路由微處理器外圍電路、顯示屏電路、溫度傳感器電路、水位傳感器電路、按鍵電路、供電電路組成。

1.電鍋爐微處理器的選型分析

該電鍋爐控制器的微處理器作為控制核心，要求該微處理器具有穩(wěn)定的工作可靠性和抗干擾能力，同時要求成本要低，根據(jù)以上要求，本項目采用了意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM8單片機，其型號為STMS003K3。該型號單片機是8位單片機，自帶AD轉(zhuǎn)換功能，ADC分辨率為10位，具有32個輸入輸出端口，工作電源電壓為5.5V，最大時鐘頻率為16MHZ ，完全滿足該控制器的需求。

2.電鍋爐顯示屏顯示設(shè)計分析

該電鍋爐控制器的顯示屏要求顯示色彩明亮、內(nèi)容簡單易辨。要求其使用壽命長，適合環(huán)境潮濕、低溫的要求。根據(jù)以上要求分析，選用一款LCD斷碼屏作為顯示屏，LCD斷碼屏的顯示內(nèi)容可以由廠家根據(jù)用戶需求進行設(shè)計，該顯示屏需專用的驅(qū)動芯片進行驅(qū)動。該控制器的顯示屏主要顯示內(nèi)容為：（1）電鍋爐出水口溫度：電鍋爐的電加熱管的啟停主要根據(jù)出水口的溫度進行調(diào)節(jié)。（2）電鍋爐的加熱管溫度：電鍋爐的加熱管溫度檢測的是電加熱管管體的溫度，一旦該溫度超過設(shè)定值，則加熱管停止工作，否則容易燒毀加熱管。（3）加熱管的啟動數(shù)量：該控制器可以控制4路電加熱管，電加熱管啟動運行數(shù)量是根據(jù)出水口溫度進行判斷的。（4）“工作時段”顯示：該電鍋爐控制器有4個工作時段，通過設(shè)置工作時段，可以讓電鍋爐在用戶要求的時間段內(nèi)工作，有效的減少浪費。（5）自動手動轉(zhuǎn)換顯示：該控制器的自動運行狀態(tài)是根據(jù)溫度和時段進行運行控制。手動運行狀態(tài)是人進行自主操作控制器的運行。（6）循環(huán)泵啟停顯示：循環(huán)泵具有促進供暖水管水流加速循環(huán)的功能。在電鍋爐工作過程中，循環(huán)泵要一直保持運行，否則容易燒毀電加熱管。

3.電鍋爐控制器按鍵電路的設(shè)計分析

該電鍋爐主要用于普通百姓家庭，對于普通用戶而言，用電設(shè)備的操作越簡單越好，越傻瓜式越好。本著操作簡單的“極簡”原則，該電鍋爐控制器設(shè)置了四個按鍵，選用的是微動按鍵開關(guān)，該按鍵靈敏耐用，按鍵次數(shù)在30萬次以上。該按鍵電路采用了“接地”的連接方式，當(dāng)按鍵按下后，單片機收到低電平，認為按鍵按下。該按鍵電路結(jié)合程序的防抖算法，實現(xiàn)了操作靈敏，精準度高的目的。

4.溫度傳感器電路的設(shè)計分析

該電鍋爐控制器具有2路溫度傳感器，采用的傳感器是具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻NTC。該控制器的單片機自帶AD轉(zhuǎn)換功能，省去了專用的AD轉(zhuǎn)換芯片，因此該控制器的溫度傳感器電路設(shè)計比較簡單[2]。該控制器溫度傳感器工作原理是單片機采集NTC上面的電壓信號，經(jīng)過單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，由單片機根據(jù)一定的算法得出實際溫度，顯示到斷碼屏上。

5.水位傳感器電路的設(shè)計分析

電鍋爐的電加熱管工作時候，需要電熱管內(nèi)部保持有水，否則容易燒毀加熱管。水位傳感器可以有效檢測到管內(nèi)是否有水。該傳感器電路采用的是水電極，當(dāng)管內(nèi)有水時，正負電極以水為導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)通，單片機接到高電平。當(dāng)管內(nèi)無水時，正負電極斷開，單片機接到低電平。單片機以此為判斷加熱管內(nèi)部是否有水，可以保證加熱管的良好運行。

三、電鍋爐控制器的工作原理分析

該電鍋爐控制器在程序設(shè)計過程中，為了提高電鍋爐控制器的可靠性和提升電鍋爐的使用體驗感，該控制器采用了手動工作模式和自動工作模式。（1）手動工作模式是由人為操控，當(dāng)傳感器損壞或者自動模式不能滿足用戶需求時候，可以轉(zhuǎn)換到手動模式操作。（2）自動工作模式是電鍋爐的電加熱管的啟停、循環(huán)泵的啟停根據(jù)溫度傳感器的設(shè)定值、水位傳感器的狀態(tài)、時段的設(shè)定值進行工作。自動模式的運行邏輯是根據(jù)電鍋爐的實際運行情況，編寫科學(xué)的工作流程圖，然后編寫對應(yīng)的單片機運行程序。該電鍋爐控制器通過程序的控制，可以通過溫度的反饋值對加熱管的啟停進行控制，可以使電加熱管實現(xiàn)更科學(xué)的啟停，降低電能損耗，并且實現(xiàn)了無人值守運行的目的。

四、總結(jié)

該電鍋爐控制器以用戶實際需求出發(fā)，以“極簡”為原則，根據(jù)用戶的使用需求設(shè)計了科學(xué)的人機界面顯示屏和操作按鍵。以降低能耗為目的，設(shè)計了可靠的硬件電路和科學(xué)的運行邏輯關(guān)系，保證了該控制器的穩(wěn)定性和實用性。