智能瞬间加热器.doc

2010年“盛群杯”重庆大学生单片机应用设计竞赛作品创意书参赛编号： 基于HOLTEK MCU的智能瞬间加热器重庆科技学院电子信息工程学院 指导老师： * 参赛学生： 张俊海 于先锋 王赞 杨川 公元 2010 年 月 日作 品 创 意 书一、摘要随着国际上能源短缺呼声日益高涨，国民节能意识和生活水平的不断提高，热水器瞬间加热以瞬间升温(13秒)，无须等待，省时、省水、省电、安全、环保，适合现代人们快节奏的生活需要。本设计方案采用盛群公司的HOLTEK MCU为主控芯片，以及温度传感器、陶瓷电加热半导体、LCD显示屏等为外围设备，实现对热水器刚开始出凉水的那一段时间进行瞬间加热。确保热水器即开即热，无需等待的特点。并且，利用温度传感器对水温检测，当热水器产生温水之后，HOLTEK MCU控制加热装置立即停止对水加热，尽量减少能源的浪费。本设计方案加热时间短，并且对加热半导体做了陶瓷绝缘处理，尽可能地确保了用电安全。且本方案的功能实用、方便快捷、安全可靠，具有较大推广价值。关键词：瞬间加热；HOLTEK MCU；即开即热；安全二、 作品介绍随着时代的进步和科技的发展，人们对生活质量的要求也越来越高。在快节奏的工作和学习的同时，人们迫切希望家中的电气设施、生活用具方便自如，省时高效。即热式水龙头、即热式电热水器等能够瞬间加热的装置因运而生。但是，目前市场上这类产品还有着很多的不足。要使水能瞬间加热，即热产品都有一个特点功率大。如果长期保持大功率工作，对家庭电路的要求很高，并且长时间使用容易损坏。为此，我们提出了智能瞬间加热器的概念。就燃气热水器而言，他的加热速度比较快，能够持续提供热水。但是最初一段时间（10秒左右）是处于凉水状态的，多数人对这段凉水的处理方式是无利用而弃之，这样就不可避免的造成水资源的浪费，并且也耽误了人们的宝贵时间。而我们的设计从瞬间加热出发，因此就很好地解决了水资源浪费问题和等待给人们造成的困扰，进一步考虑到大功率用电器长期持续使用的弊端，使用HOLTEK MCU为主控芯片，智能控制加热的时间。首先，利用温度传感器时时监测水的温度，当温度低于20摄氏温度时，主控芯片控制加热装置对水进行瞬间加热。一段时间后，热水器产生了热水，而主控芯片马上会收到温度传感器检测到的热水信号，就会控制加热装置瞬间停止加热。因此，我们的加热装置只使用了十几秒，避免了大功率用电器长时间工作，更加安全。众所周知，陶瓷的绝缘性很好，很多大电流的开关都是使用陶瓷把手。再结合陶瓷的快速导热性，考虑到陶瓷的这些特点我们的瞬间加热装置采用了陶瓷半导体电加热元件，尽可能确保了用电安全。经过市场调查了解，人们对即热产品最大的意见以及建议是安全问题和对水温的调节。我们尽最大的可能确保了安全问题，更提出了人性化水温调节以及对加热后水温的显示功能。在加热装置部分，我们使用了滑动变阻器控制半导体加热元件的电流，进而控制了他的输出功率。我们的设计是用户可以调节不同水温。冬天时，用户可以使用高温档，瞬间加热装置输出较高温度的水；夏天时，可以使用低温档，输出较低温度的水。并且，我们添加了LCD显示屏，可以显示加热后水的温度，使用户更方便地了解到水的温度。三、工作原理本设计方案采用盛群公司的HOLTEK MCU作为主控芯片，以及温度传感器、陶瓷电加热半导体、LCD显示屏等外围设备，实现自动检测水温、智能控制陶瓷电加热半导体瞬间加热、加热部分输出功率的调节以及出水温度的显示。1. 水的瞬间加热原理： 在加热装置里面固定陶瓷半导体，由于陶瓷具有优良的导热性，利用陶瓷半导体能瞬间加热产生的大量热量供水体吸收的特性，在进水端通过阀门控制水的流量，调节水与陶瓷半导体接触面积，在220v额定电压情况下调节滑动变阻器以适当功率加热，以此达到水瞬间升温。 2. 自动控制原理：通过温度传感器检测到的信号传送给盛群公司的HOLTEK MCU主控芯片，通过单片机对传送来的数据进行分析处理，当检测到进水端的温度低于20摄氏度时，单片机输出高电平信号使加热器的开关闭合对水体瞬间加热达到用户所调节的温度，当温度传感器检测到进水端温度高于20摄氏度时，单片机输出低电平信号使加热器自动关闭。3. LCD显示温度原理在出水端温度传感器检测的信号发送给单片机，经单片机数据分析处理，控制LCD显示数据，给人视觉直观效果。四、 功能及特色1.基本功能：l 水温检测功能：通过温度传感器检测水温的高低。l 智能控制加热装置：检测水温后，通过智能控制开关，完成是否需要启动对水加热的操作。l 水温可调功能：控制加热装置的输出功率，实现输出不同温度的温水，适应不同的人群。l 瞬间加热功能：通过陶瓷电加热半导体元件实现对冷水的瞬间加热功能。l 温度显示功能：用LCD显示屏显示出对凉水加热后的水温。2.特色：l 对水瞬间加热，无需等待，打开开关便能有温度适宜的热水供应，十分快捷方便，满足时下现代人快节奏的生活需要。对于需要瞬间提供热水的用户如理发店、医院、学校等非常理想，最重要的是节省了人们宝贵的时间。l 智能控制加热装置，实现对水加热的智能控制，当热水器稳定输出热水时，加热装置自动关闭，不再对水进行加热，真正做到了省时、省电和省水。由于加热时间短暂，进而避免了长时间用电的安全隐患，达到了安全环保的效果。l 通过水温调节功能，实现不同温度的温水稳定输出，使用方便，舒适人们的生活。五、 作品结构智能瞬间加热器是由电源部分、主控部分、温度检测部分、显示部分、瞬间加热部分、水温调节等部分组成，其基本工作结构如图，以温度传感器为主要的检测部件，按照设计的程序进行水温检测、合理加热、以达到智能控制、水温调节和显示等功能。主控部分电源显示部分温度检测瞬间加热部分水温调节部分图5-1 基本工作结构（一）硬件部分本设计采用盛群公司的HOLTEK MCU作为主控芯片，使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。利用HOLTEK MCU主控芯片与温度传感器紧密结合，对水温进行检测，并带有调节输出水温高低的功能，实现智能的有效的瞬间加热器HOLTEK MCU单片机传感器电路1半导体加热电路LCD显示电路滑动变阻器调节电源开关传感器电路2图5-2 硬件总体框架1.温度检测模块：传感器检测到的温度信号经过运放电路将信号转换为适合单片机的输入信号，最后将模拟的采样信号经过HOLTEK MCU单片机转换为数字信号。通过程序对采集的信号进行分析，判断超过还是低于20摄氏度，打开或关闭加热装置的开关。2.半导体加热模块：为了达到瞬间加热的功能，我们采用陶瓷半导体作为电加热元件，它具有良好的导热性和绝缘性。通过单片机的的控制，调节滑动变阻器的阻值来改变输出功率的值，达到对水温的的改变。单片机加热电路调节电路控制开关图5-3 加热模块框架3.LCD显示模块：LCD液晶显示电路采用FM12864，是一种图形点阵液晶显示器。它主要采用动态驱动原理由行驱动控制器和列驱动器两部分组成了128(列)64(行)的全点阵液晶显示。此显示器采用了COB的软封装方式，通过导电橡胶和压框连接LCD,使其寿命长，连接可靠。直观显示出加热