D類功率放大器,功率放大器 熱水器恒溫控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述 專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù) 班級：06級1班 作者 任虎俊 指導(dǎo)老師：曾旺輝 1.前言 熱水器是一種可供浴室，洗手間及廚房使用的家用電器，具有衛(wèi)生、方便并且加熱迅速的特點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。目前市場上熱水器主要品種有電熱水器、太陽能熱水器、燃?xì)鉄崴?就中國的具體情況而言,由于太陽能熱水器的使用受天氣原因的限制,使用范圍狹窄；燃?xì)鉄崴饔捎谝允?、天然氣為燃?而燃料供應(yīng)量又難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來越受到消費(fèi)者的青睞. 目前市場上的電熱水器按結(jié)構(gòu)分連續(xù)水流式和儲水式，前者雖具有加熱速度快和體積小的優(yōu)點(diǎn)，但需要的功率大，大多數(shù)家庭供電線路難以承受。而市場上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活質(zhì)量的提高使得消費(fèi)者對電熱水器要求越來越趨向于智能化和數(shù)字化，通過上網(wǎng)查閱電子文獻(xiàn)、論壇看貼、圖書館借閱相關(guān)書籍的方式來搜集有關(guān)電熱水器智能控制器相關(guān)方面的資料。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段電熱水控制器在控制精度、可靠性好，安全性、實(shí)用性、節(jié)能性等方面比較完善。但在控制功能方面還需進(jìn)一步完善，如智能預(yù)約，電話遠(yuǎn)程控制功能等還是剛剛起步，因此我們采用單片機(jī)作為控制中心設(shè)計家用電熱水器智能控制器，其將具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等功能，且配備遙控器，方便操作。 2.電熱水控制器的主要方案 2.1電熱水控制器的功能簡介 從文獻(xiàn)[1][2][4][6]中可以看出，目前電熱水控制器主要有兩種形式，一種是直熱式(快熱式)電熱水控制器，另一種是儲水式電熱水控制器。貯水式電熱水器是用電熱器件把貯存在水箱內(nèi)的冷水加熱到所需要的溫度后供人們，貯水式電熱水器一般由箱體系統(tǒng)、制熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和進(jìn)出水系統(tǒng)四大部分構(gòu)成；流動式是冷水直接流過電熱器件，使冷水在流動中被加熱至所需的溫度。它們的主要功能也基本相同，如：數(shù)碼顯示檔位及水溫，方便任意調(diào)節(jié)；?防漏電保護(hù)裝置，采用微電腦控制，自動安全檢測，出現(xiàn)意外時熱水器自動切斷電源有效地保護(hù)人身安全。?超溫保護(hù)裝置，水溫恒定，防止?fàn)C傷；?防干燒保護(hù)裝置，確保安全等。 2.2電熱水控制器主要功能方案 2.2.1 溫度檢測電路方案 文獻(xiàn)中關(guān)于溫度檢測的方案主要有三種。 （1）李建國在《微電腦電熱水器的控制》采用高性能的溫敏電阻實(shí)時采集熱水器內(nèi)水溫,將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柡笏蛦纹瑱C(jī)處理（熱敏電阻將溫度信息轉(zhuǎn)換為電壓信息，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入CPU,查表后得到實(shí)時水溫）。 （2）雷建龍?jiān)凇痘谀：刂频乃疁刈詣诱{(diào)節(jié)器》一文中利用溫度傳感器及有關(guān)電路將溫度轉(zhuǎn)化為電脈沖的脈寬，單片機(jī)將脈沖寬度的值轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的溫度值與設(shè)定溫度相比較后，控制電熱水器的開啟與關(guān)閉就可達(dá)到水溫自動調(diào)節(jié)的目的。對任意溫度的脈寬值還可以進(jìn)行自動檢測，并加以顯示。 （3）張鵬在《分辨率可編程的一線總線數(shù)字溫度計DS18B20及其應(yīng)用》中采用單總線溫度傳感器DS18B20。與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同的是，DS18B20能夠直接讀出被測溫度，無須進(jìn)行復(fù)雜的計算，并且該芯片在檢測點(diǎn)已把被測信號數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號，因而無須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可以直接給單片機(jī)進(jìn)行處理。選擇了該芯片也使得整個系統(tǒng)的溫度采集模塊的硬件極其簡單，只占用單片機(jī)的一個數(shù)據(jù)I/O口,再加上一個上拉電阻即可。 2.2.3 開機(jī)方式 劉海英等《基于單片機(jī)的電熱水器定時控制器設(shè)計》文中的定時控制器主要是以單片機(jī)AT89s52作為核心控制元件，通過外圍電路控制熱水器的電源，以達(dá)到定時開關(guān)機(jī)的目的。系統(tǒng)加電后即進(jìn)入正常計時狀態(tài)，用戶可以隨時進(jìn)行校準(zhǔn)時間動作以及設(shè)定熱水器開關(guān)的時間，控制器將會在設(shè)定的開關(guān)時刻通過單片機(jī)的輸出端口控制輸出繼電器動作，進(jìn)而控制熱水器的啟閉。 2.2.4 漏電檢測和保護(hù)電路方案 （1）梁國華在《家用電熱水器模糊控制器的設(shè)計》中將漏電檢測線圈的輸出經(jīng)過比較器后送給單片機(jī)中斷口，一旦漏電超過規(guī)定的閥值，單片機(jī)立即響應(yīng)中斷，切斷整個系統(tǒng)的電源。報警電路是在傳感器故障、超溫時報警提示。 （2）張靜，陳新《微電腦控制多功能熱水器》的漏電檢測功能為在正常情況下，流過磁環(huán)的電流大小相等，方向相反，磁環(huán)檢測線圈無感應(yīng)電流信號，漏電檢測集成電路輸出低電平。當(dāng)出現(xiàn)漏電電流時，由了流過磁環(huán)的電流不平衡，于是磁環(huán)檢測線圈感應(yīng)出漏電信號，經(jīng)集成電路M54123L放大輸出高電平，經(jīng)三極管倒相后輸出至CPU。CPU接收到漏電信號，則停止加熱保溫及鍵盤操作，結(jié)束工程程序并發(fā)出報警信號，電源指示燈閃爍警示，蜂鳴器連續(xù)嗚響。 正常情況下，CPU每隔10ms就發(fā)出一個漏電保護(hù)可靠性自檢脈沖，代替普通漏電開關(guān)的試驗(yàn)按鈕，控制晶體管導(dǎo)通，于是磁環(huán)流過一個大于10mA的電流，該電流作為模擬漏電信號被磁環(huán)檢測，經(jīng)M54123L放大及三極管倒相后，輸出至CPU。CPU自動判斷是否為自檢信號以及自檢是否合格，有信號則自檢合格，繼續(xù)執(zhí)行程序；無信號則自檢不合格，自動停止加熱保溫及鍵盤操作，結(jié)束工作程序并發(fā)出報警 信號，電源指示燈閃爍警示，蜂鳴器連續(xù)嗚響，從而確保電熱水器的安全使用。在漏電保護(hù)及自檢不合格情況下，只有關(guān)閉電源及排除故障后，重新接通電源才能工作。 3.主要特點(diǎn)及研究趨勢 3.1主要特點(diǎn) 電熱水器一般分為儲水式和速熱式兩大類。速熱式加熱較快，但因?yàn)楣β侍螅话慵彝サ碾姳砗茈y承受。而儲水式具有出水溫度均勻，加熱功率適中，安全系數(shù)較高等特點(diǎn)，是家庭使用首選。但儲水式電熱水器體積大，占用衛(wèi)生間空間；使用前需要預(yù)熱，不能連續(xù)使用超出額定容量的水量。要是家庭人多，洗澡中途還得等；內(nèi)部溫度達(dá)到80℃后，容易生垢，為加熱管破裂、漏電埋下了安全隱患，需一年除垢一次。此外，許多老式住房的電路接地不可靠，目前采用的漏電保護(hù)器僅解決了產(chǎn)品本身的安全問題，但用戶仍面臨由外部環(huán)境引入的水帶電等觸電隱患.。而市場上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，已經(jīng)很少使用。早期的電熱水控制器因控制功能簡單、智能化程度低、保護(hù)功能少，已不適應(yīng)現(xiàn)代生活的需求。文獻(xiàn)[9] 中控制器采用高性價比單片機(jī)，運(yùn)用軟件控制技術(shù)，融合智能化控制思想，增加了漏電檢測、干燒報警等多重保護(hù)功能，大大提高了電熱水器的智能化、安全性，并采用LCD顯示溫度，使熱水器具有良好的人機(jī)界面，方便用戶操作，使電熱水器顯得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 3.2 電熱水控制器的研究趨勢 現(xiàn)今電熱水控制器的研究主要朝著提高安全性、實(shí)用性、節(jié)能性的方向發(fā)展，出現(xiàn)智能防電墻技術(shù)，擁有恒溫設(shè)計、智能預(yù)約、電話遠(yuǎn)程控制等功能的新型電熱水器，對生活舒適度提出了新的要求。 (1)智能防電墻技術(shù) 智能防電墻技術(shù)不但實(shí)時采集、檢測電流、電壓等動態(tài)信號，確保沐浴安全，更針對中國家庭普遍存在的環(huán)境帶電隱患，全面監(jiān)控家庭用電環(huán)境，發(fā)現(xiàn)異常及時閃亮警示燈，蜂鳴報警，嚴(yán)防危電傷人。 (2)防燙傷恒溫功能 擁有恒溫設(shè)計，不僅在使用中不會忽冷忽熱，而且其特有的防燙傷裝置能保證出水溫度最高不超過50℃，避免水溫過高造成意外的燙傷。 (3)智能預(yù)約功能 智能預(yù)約功能提前為用戶準(zhǔn)時備好熱水。智能預(yù)約功能根據(jù)設(shè)定的洗浴時間自動計算加熱時間，保證在用戶洗浴前剛好加熱完畢，避免了反復(fù)加熱。 (4)電話遠(yuǎn)程控制功能 通過電話線實(shí)現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程集中控制，打個電話就可以遙控家里的熱水器提前加熱洗澡水。這就克服了電熱水器最大的弊病――洗澡前約一個小時的無聊等待，從而使人們的生活更加更加輕松方便。 4. 結(jié)語 熱水器恒溫控制系統(tǒng)采用ATMEL公司的單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。結(jié)合外圍溫度采集電路、加熱電路、時鐘電路、顯示電路、保護(hù)及報警電路。有機(jī)的結(jié)合起來達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。通過各個模塊的組合，完成此次的設(shè)計。此設(shè)計結(jié)合數(shù)字電路，模擬電路，微機(jī)接口電路，單片機(jī)運(yùn)用等方面的知識。電腦輔助設(shè)計軟件的運(yùn)用，達(dá)到了學(xué)以自用，完整的結(jié)合起來，通過所學(xué)的知識完成此次的設(shè)計任務(wù)。對完整的系統(tǒng)設(shè)計和對知識的搜索、整理和理解。提高自身的知識的連貫性。對整體的把握有了很深的認(rèn)識。 參考文獻(xiàn) [1] 李建國，微電腦電熱水器的控制，浙江：浙江大學(xué)出版社，2000.7 [2] 雷建龍. 基于模糊控制的水溫自動調(diào)節(jié)器[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003，(8):10-11. 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