專利名稱：微電腦智能電熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種儲水式電熱水器，特別是一種微電腦智能電熱水器。
隨著人們生活水平的提高，熱水器已進(jìn)入普通家庭，由于燃?xì)鉄崴魅菀装l(fā)生使用不當(dāng)，全國各地每年都會有或多或少的因燃?xì)鉄崴魇褂貌划?dāng)而導(dǎo)致的一氧化碳中毒事件發(fā)生，因而電熱水器因其相對可靠的安全性開始越來越受到消費(fèi)者的青睞，然而現(xiàn)有的電熱水器大都還停留在機(jī)械式控制的階段，功能單一。
本實(shí)用新型的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種由微電腦智能控制的電熱水器。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是微電腦智能電熱水器包括有儲水腔、位于儲水腔內(nèi)的電加熱元件及微電腦控制電路，微電腦控制電路包括電源電路①、中央處理單元CPU⑩及其上電復(fù)位電路⑧以及與其各I/O端口連接的液晶顯示電路②、按鍵輸入電路③、聲音報(bào)警電路④、欠壓檢測電路⑤、加熱控制電路⑥、漏電檢測電路⑦和溫度檢測電路⑨，開機(jī)時(shí)，上電復(fù)位電路⑧工作并輸出上電復(fù)位信號至CPU的復(fù)位端，工作時(shí)， 電熱水器的各控制參數(shù)自按鍵輸入電路③輸入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通過I/O端口輸出相關(guān)數(shù)據(jù)在液晶顯示電路②上顯示相關(guān)內(nèi)容，指示系統(tǒng)各狀態(tài)，溫度檢測電路⑨在檢測電熱水器的水溫后輸出欠溫/超溫信號至CPU，CPU在接收該信號后啟動(dòng)/關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件通電/斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出提示聲，如溫度檢測電路⑨檢測出升溫過快/過慢，則輸出相應(yīng)信號至CPU，CPU則在液晶顯示電路②上顯示缺水/電熱管老化損壞信息，漏電檢測電路⑦一旦檢測到漏電則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥，同時(shí)在液晶顯示電路②上顯示故障信息，并啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出報(bào)警聲，欠壓檢測電路⑤一旦檢測到欠壓則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出欠壓報(bào)警聲。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有溫度設(shè)定、定時(shí)、保溫、漏電自檢保護(hù)、斷電保護(hù)、缺水檢測報(bào)警、欠壓指示、電熱管老化自檢等多種智能功能，是極佳的更新?lián)Q代產(chǎn)品。



圖1為本實(shí)用新型的微電腦控制電路原理方框圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的微電腦控制電路原理圖之一。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的微電腦控制電路原理圖之二。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的微電腦控制電路原理圖之三。
圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的液晶顯示面板示意圖。
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
微電腦智能電熱水器包括有儲水腔(圖略)、位于儲水腔內(nèi)的電加熱元件及微電腦控制電路，所述的儲水腔及位于儲水腔內(nèi)的電加熱元件可采用現(xiàn)有技術(shù)，所述的微電腦控制電路如圖1所示，包括電源電路①、中央處理單元CPU⑩及其上電復(fù)位電路⑧以及與其各I/O端口連接的液晶顯示電路②、按鍵輸入電路③、聲音報(bào)警電路④、欠壓檢測電路⑤、加熱控制電路⑥、漏電檢測電路⑦和溫度檢測電路⑨，開機(jī)時(shí)，上電復(fù)位電路⑧工作并輸出上電復(fù)位信號至CPU的復(fù)位端，工作時(shí)，電熱水器的各控制參數(shù)自按鍵輸入電路③輸入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通過I/O端口輸出相關(guān)數(shù)據(jù)在液晶顯示電路②上顯示相關(guān)內(nèi)容，指示系統(tǒng)各狀態(tài)，溫度檢測電路⑨在檢測電熱水器的水溫后輸出欠溫/超溫信號至CPU，CPU在接收該信號后啟動(dòng)/關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件通電/斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出提示聲，如溫度檢測電路⑨檢測出升溫過快/過慢，則輸出相應(yīng)信號至CPU，CPU則在液晶顯示電路②上顯示缺水/電熱管老化損壞信息，漏電檢測電路⑦一旦檢測到漏電則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥，同時(shí)在液晶顯示電路②上顯示故障信息，并啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出報(bào)警聲，欠壓檢測電路⑤一旦檢測到欠壓則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出欠壓報(bào)警聲。
以下結(jié)合附圖2-5針對本實(shí)用新型實(shí)施例對各功能電路作進(jìn)一步詳細(xì)說明一、電源電路①如圖2所示，220V交流電經(jīng)變壓器B1降壓，再經(jīng)由二極管D80-D83構(gòu)成的橋式整流電路整流，電容CD80、C82濾波后，輸出Vss(12V)供給繼電器J1、J2，同時(shí)此電壓再經(jīng)三端穩(wěn)壓塊V1穩(wěn)壓后輸出Vpp(5V)供給CPU及各控制電路作為工作電源；如圖4所示，備用電池B1(3.6V可充電電池)及二極管D2～D5、電源指示L3(發(fā)光管)等構(gòu)成一備用電源，因液晶工作電壓為(2.1V-4V)，因此5V電壓經(jīng)D5、D4、D2、D3降壓為VDD后送給CPU工作、Vpp經(jīng)D5、D4、R9給備用電池B1充電，在停電時(shí)，再由B1通過D1、R10供給線路工作電源。
圖中L1為加熱指示燈，由CPU的16腳控制，加熱時(shí)16腳送低電平，則L1亮，加熱結(jié)束，即關(guān)閉，L2為保溫指示燈，由CPU的17腳控制，在加熱結(jié)束時(shí)，L1燈關(guān)閉，L2燈亮，處于保溫狀態(tài)。
二、中央處理單元CPU⑩，采用MICROCHIP公司的PIC16C57單片機(jī)如圖3所示，PIC16C57單片機(jī)是電熱水器控制系統(tǒng)的心臟，它掃描按鍵K1-K5的狀態(tài)，檢測溫度傳感器的狀態(tài)，檢測欠壓及漏電感應(yīng)，然后決定控制過程，控制過程的有關(guān)狀態(tài)則送到RA、RB口的顯示屏去進(jìn)行顯示，而控制信號則由RB5腳去控制蜂鳴器，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警，由RC2腳去控制繼電器J1、J2，從而控制電熱管加熱，整個(gè)過程由存儲在單片機(jī)中的軟件執(zhí)行；由于PIC16C57的口輸出可以三態(tài)復(fù)用，即可定義為輸入、輸出、高阻，因此在使用時(shí)可以一口多用，在以下的電路中有多處用到了這個(gè)特性。
三、CPU晶振、上電復(fù)位電路⑧如圖3所示，晶振線路由JZ(晶振片)、C3、C2(瓷片電容)構(gòu)成，復(fù)位線路由CD4、R25、BG3構(gòu)成主電源上電復(fù)位，R24、CD5構(gòu)成備用電源上電復(fù)位，主電源復(fù)位線路原理，在上電時(shí)電容CD4近似導(dǎo)通，BG3基極為高平，于是BG3對地導(dǎo)通產(chǎn)生一低電平信號，然后隨著CD4充電電壓的增高，其基極電平變低，BG3對地關(guān)閉，其集電極為高電平，復(fù)位結(jié)束。備用電源上電復(fù)位原理如下，在上電時(shí)CD5近似對地導(dǎo)通，產(chǎn)生一低電平信號，然后隨著其充電電壓變高后上電復(fù)位結(jié)束，MCLR為CPU(PIC16C57)復(fù)位端(低電平有效)。
四、液晶顯示電路②用來顯示所設(shè)定的溫度、設(shè)定的定時(shí)工作時(shí)間及其他系統(tǒng)信息。
如圖3、圖5所示，液晶片(P1)的1、2、3、4的腳為公共端，5-16腳為段選腳，為了節(jié)省CPU的引腳開支，該線路采用U2(74LS164)移位寄存器來控制液晶的高八位段碼，即通過軟件把要顯示的字符進(jìn)行分割，然后經(jīng)過CPU的13腳(RB3)一位一位移到74L3164的8個(gè)輸出腳上，段碼的低4位直接由CPU的10～13腳輸入，當(dāng)段碼送出以后，再由CPU的6～9腳逐位送出高、低控制信號，以達(dá)到交變控制液晶顯示效果。在本線路中為了與按鍵線路共用CPU的10～13腳，因而把這四個(gè)引腳定義為輸出，當(dāng)程序執(zhí)行到按鍵采樣時(shí)，再把該信號定義為輸入，從而能采到按鍵的狀態(tài)，用于本線路采用了軟件驅(qū)動(dòng)液晶的效果，因而比以前采用液晶驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)液晶顯示具有很大創(chuàng)新，節(jié)約了不少成本。
五、按鍵輸入電路③用來設(shè)定熱水器的水溫及電熱水器的開始工作時(shí)間。
如圖3、圖4所示，鍵盤輸入共有五個(gè)按鈕K31、K24、K18、K15、K34，按鍵K31經(jīng)R20與CPU的10腳(RBO相連)，同時(shí)RBO又與P1液晶第5腳相連，通過軟件把CPU的10腳定義為輸入，即可檢測出K31的狀態(tài)，按鍵打開的時(shí)候，因電源經(jīng)R40與按鍵連在一起，所以送到CPU的10腳為高電平，如該按鍵按下的話，則與地相連，送到CPU的10為0，據(jù)此就可判斷出是否有鍵按下，其余四鍵與此相同，如果CPU的10腳定義為輸出，就可控制液晶進(jìn)行各種顯示。
六、聲音報(bào)警電路④如圖3所示，該線路由開關(guān)管BG29012的開、關(guān)頻率來產(chǎn)生，由CPU的15腳(RB5)送出一頻率FW(信號)不斷BG2使產(chǎn)生開、關(guān)，從而使S1(蜂鳴器)出發(fā)聲音，頻率信號FW由專門子程序產(chǎn)生，改變該頻率可產(chǎn)生不同的聲音。
七、欠壓檢測回路⑤用于防止電熱管在低電壓下運(yùn)行而浪費(fèi)電能。
如圖2、圖3所示，220V經(jīng)變壓器B1變壓，整流、濾波后的Vss經(jīng)R81、R80分壓后，再經(jīng)J80(1腳)、J(1腳)到U3A(LM339)的反相輸入端，LM339接成比較器方式，其正向輸入端接基準(zhǔn)電壓VDD，在沒有欠壓時(shí)，輸入其反相端的電壓經(jīng)R81、R80、R46分壓大于基準(zhǔn)電壓VDD，LM339的2腳輸出為0V，如220V電壓下降后，引出12V電壓下降，從而引起LM339反相輸入端4腳電壓小于基準(zhǔn)電壓VDD(該電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，不受220降低影響)，則LM339的2腳輸出高壓平送到CPU的18腳(此時(shí)該腳被定義為輸入狀態(tài))就可通過軟件判出為欠壓。
八、加熱控制電路⑥用于控制電熱管的通斷，即執(zhí)行加熱或停止加熱。
如圖3、圖2所示，CPU的20腳(RC2)經(jīng)電阻R38、R85接開關(guān)管BG81的基極，BG81的發(fā)射極接地，繼電器J1、J2的線圈相互并聯(lián)接在電源Vss與BG81的集電極之間，J1、J2的觸點(diǎn)對則與電熱絲RD串接在交流市電回路。CPU的20腳(RC2)輸出控制信號，經(jīng)R38、C7、J(3腳)、J80(3腳)、R85送給開關(guān)管BG81的基極，從而控制繼電器J1、J2的開、閉，J1、J2繼電器常開觸點(diǎn)一端接220V交流，一端接電熱管RD，當(dāng)CPU的20腳(RC2)為高電平時(shí)，BG81對地導(dǎo)通，繼電器J1、J2跳開，220V不供給電熱管，停止加熱。
九、漏電檢測電路⑦用于確保電熱水器在因各種原因出現(xiàn)漏電時(shí)能自動(dòng)切斷線路。
如圖2所示，B2為漏電感應(yīng)器、B2左側(cè)端為環(huán)型線圈，通往電熱管220V的電源線從該線圈穿過，在沒有漏電時(shí)，火線與地線(220V交流)為一進(jìn)一出，呈平衡狀態(tài)，線圈感應(yīng)不出信號，如有漏電，流過火線與地線的電流不等，則線圈感應(yīng)出一微弱信號，經(jīng)C80濾波，送給放大線路放大后再經(jīng)整型線路整型送給J80(2腳)、J(2腳)、C6(濾波)、R37、R23到CPU的21腳(RC3)進(jìn)行判斷，如為高則有漏電，為零不漏電、放大線路采用LM358、R86、R87構(gòu)成，為反相輸入放大器，放大倍數(shù)為R87與R86的比值、整形線路由LM358、R83、R84構(gòu)成比較器方式，反相端為基準(zhǔn)電壓，正相端電壓如大于反相端電壓，則輸出一高電平信號，如小于反相端電壓，則輸出一低電平信號(不漏電)。
漏電感器B2右側(cè)線路是用于測試漏電測試線路好壞的線路(漏電自檢)CPU的19腳送出一高信號經(jīng)R39、C8、J(4腳)、J80(4腳)、R82到開關(guān)管BG82，BG82對地導(dǎo)通，則一交流信號從B1(變壓器)經(jīng)R1到漏電感器右側(cè)線圈，于是其左側(cè)圈感應(yīng)出一信號(同漏電測試線路)判出漏電，說明漏電測試線是好的，反之則是壞了，上述所有過程都是通過軟件判別出來的。
十、溫度檢測電路⑨用于檢測熱水器的水溫，以便對加熱電路進(jìn)行控制。
如圖4所示，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而變小，因此只要測出其電阻阻值，就能根據(jù)熱敏阻的阻值—溫度表來查出其溫度(即水溫)，因此該線路主要設(shè)計(jì)成測RT的阻值線路圖中U3C(LM399)、R41、R29、R32構(gòu)成了一個(gè)比較器(作為參考)，其反相端(8腳)信號由基準(zhǔn)電壓VDD經(jīng)電阻R29、R32分壓，正相端(9腳)接在CD2(電容)充電回路上，開始測溫時(shí)，CPU通過22腳、R26送給BG5(9013)基極一高電壓，使其集電極對地導(dǎo)通，CD2對地放電(即比較器LM399的9腳為0電平)14腳為低電平，然后CPU再通過22腳、R26送給BG5基極一低電壓，則BG5集電極對地關(guān)閉，CD2通過U3C(LM399)、R30、R44、BG4充電，此時(shí)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)CD2充電到一定時(shí)候，即LM399的9腳電壓大于8腳電壓時(shí)，LM399的14腳送出一高電平信號給CPU的24腳，當(dāng)CPU檢測到24腳為高時(shí)，停止計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)為t0，然后重復(fù)上述過程，直到測試出CPU的23腳為高電平時(shí)為止，此時(shí)計(jì)數(shù)為t1，則根據(jù)t0/t1就可計(jì)算出PT阻值，繼而查出水溫。
圖中R31、RT、R33、R34、U3D(LM399)、R43構(gòu)成另一比較器，其原理結(jié)構(gòu)與上述參考比較器相同，電容C5是為了防止因干擾而造成LM339的10腳輸入不正常而引起測溫不準(zhǔn)，U3B(LM399)、R30、R44、BG4、CD2構(gòu)成一充電回路，如CD2對地放電完畢，此時(shí)LM399的6腳電平低于7腳，因此1腳輸出低電平，BG4導(dǎo)通給CD2充電，當(dāng)CD2充電完畢，6腳電平大于7腳，1腳送出高電平，BG4關(guān)閉，停止充電。
CPU的22腳在測溫時(shí)定義為輸出，如程序運(yùn)行到按鍵測試時(shí)，則把該腳定義為輸入，于是就與R27、R42、K34一起構(gòu)成了按鍵輸入回路。
權(quán)利要求1.一種微電腦智能電熱水器，包括有儲水腔、位于儲水腔內(nèi)的電加熱元件及微電腦控制電路，其特征在于微電腦控制電路包括電源電路①、中央處理單元CPU⑩及其上電復(fù)位電路⑧以及與其各I/O端口連接的液晶顯示電路②、按鍵輸入電路③、聲音報(bào)警電路④、欠壓檢測電路⑤、加熱控制電路⑥、漏電檢測電路⑦和溫度檢測電路⑨，開機(jī)時(shí)，上電復(fù)位電路⑧工作并輸出上電復(fù)位信號至CPU的復(fù)位端，工作時(shí)，電熱水器的各控制參數(shù)自按鍵輸入電路③輸入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通過I/O端口輸出相關(guān)數(shù)據(jù)在液晶顯示電路②上顯示相關(guān)內(nèi)容，指示系統(tǒng)各狀態(tài)，溫度檢測電路⑨在檢測電熱水器的水溫后輸出欠溫/超溫信號至CPU，CPU在接收該信號后啟動(dòng)/關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件通電/斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出提示聲，如溫度檢測電路⑨檢測出升溫過快/過慢，則輸出相應(yīng)信號至CPU，CPU則在液晶顯示電路②上顯示缺水/電熱管老化損壞信息，漏電檢測電路⑦一旦檢測到漏電則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥，同時(shí)在液晶顯示電路②上顯示故障信息，并啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出報(bào)警聲，欠壓檢測電路⑤一旦檢測到欠壓則輸出信號至CPU，CPU在接收該信號后關(guān)閉加熱控制電路⑥使電加熱元件斷電，同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警電路④發(fā)出欠壓報(bào)警聲。
2.如權(quán)利要求1所述的微電腦智能電熱水器，其特征在于所述的欠壓檢測回路⑤構(gòu)成為由運(yùn)放U3A及電阻R35、R36、R46構(gòu)成一比較器，電阻R81、R80接在基準(zhǔn)電壓Vss與地之間，它們的共接點(diǎn)一路接U3A的反相端，一路接電阻R46后接地，U3A的正相端則接基準(zhǔn)電壓VDD，U3A輸出端經(jīng)電阻R35接CPU的RC0端。
3.如權(quán)利要求1所述的微電腦智能電熱水器，其特征在于所述的加熱控制電路⑥的構(gòu)成為CPU的RC2端經(jīng)電阻R38、R85接開關(guān)管BG81的基極，BG81的發(fā)射極接地，繼電器J1、J2的線圈相互并聯(lián)接在電源Vss與BG81的集電極之間，J1、J2的觸點(diǎn)對則與電熱絲RD串接在交流市電回路。
4.如權(quán)利要求1所述的微電腦智能電熱水器，其特征在于所述的溫度檢測電路⑦的構(gòu)成為a.由運(yùn)放U1A及電阻R86、R87構(gòu)成一放大器，U1A的反相端經(jīng)電阻R86接漏電感應(yīng)器B2左側(cè)端線圈，線圈的另一端接地，U1A的正相端接地，其輸出端經(jīng)電阻R87接回反相端；b.由運(yùn)放U1B及電阻R83、R84構(gòu)成一比較器，電阻R83、R84串接在基準(zhǔn)電源Vpp與地之間，它們的共接點(diǎn)接U1B的反相端，U1B的正相端接U1A的輸出端，U1B的輸出端經(jīng)電阻R37接CPU的RC3端；
5.如權(quán)利要求4所述的微電腦智能電熱水器，其特征在于所述的漏電檢測電路⑦還包括一漏電自檢電路漏電感應(yīng)器B2的右側(cè)端線圈一端經(jīng)電阻R1接變壓器B1，另一端接三極管BG82的集電極，BG82的發(fā)射極接地，BG82的基極則經(jīng)電阻R82、R39接CPU的RC1端。
6.如權(quán)利要求1所述的微電腦智能電熱水器，其特征在于所述的溫度檢測電路⑨的構(gòu)成為a.由運(yùn)放U3C(LM399)及電阻R41、R29、R32構(gòu)成一參考比較器，電阻R29、R32串接在基準(zhǔn)電壓VDD和地之間，它們的共接點(diǎn)接U3C的反相端，U3C的正相端則接電容CD2的正極，CD2的負(fù)極接地，U3C的輸出端一路接CPU的RC6，另一路經(jīng)電阻R41接VDD；b.由運(yùn)放U3B及電阻R30、R44、BG4構(gòu)成電容CD2的充電回路，U3B的正相端接基準(zhǔn)電壓VDD，反相端一路接三極管BG4的發(fā)射極，另一路經(jīng)電阻R38接VDD，U3B的輸出端一路接BG4的基極，另一路經(jīng)電阻R44接VDD，BG4的集電極接電容CD4的正極；c.由運(yùn)放U3D及電阻R31、R33、R34、RT以及熱敏RT構(gòu)成一比較器，基準(zhǔn)電壓VDD經(jīng)電阻R31、RT、R33、R34接地，R33與R34的共接點(diǎn)接U3D的反相端，U3D的輸出端一路接CPU的RC5端，另一路經(jīng)電阻R43接VDD。
專利摘要一種微電腦智能電熱水器,包括有儲水腔、電加熱元件及微電腦控制電路,微電腦控制電路包括電源電路①、中央處理單元CPU⑩及其上電復(fù)位電路⑧以及與其各I/O端口連接的液晶顯示電路②、按鍵輸入電路③、聲音報(bào)警電路④、欠壓檢測電路⑤、加熱控制電路⑥、漏電檢測電路⑦和溫度檢測電路⑨。本實(shí)用新型具有溫度設(shè)定、定時(shí)、保溫、漏電自檢保護(hù)、斷電保護(hù)、缺水檢測報(bào)警、欠壓指示、電熱管老化自檢等多種智能功能,是極佳的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
文檔編號F24H9/20GK2360797SQ9822467
公開日2000年1月26日 申請日期1998年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日
發(fā)明者胡鵬華 申請人:胡鵬華