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(jí)：06級(jí)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(chǎng)上熱水器主要品種有電熱水器、太陽(yáng)能熱水器、燃?xì)鉄崴?就中國(guó)的具體情況而言,由于太陽(yáng)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(zhǎng)的需求，且不利于環(huán)境，因此電熱水器越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞. 目前市場(chǎng)上的電熱水器按結(jié)構(gòu)分連續(xù)水流式和儲(chǔ)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(chǎng)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(duì)電熱水器要求越來(lái)越趨向于智能化和數(shù)字化，通過(guò)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(lái)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(jì)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(jiǎn)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(chǔ)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(dòng)式是冷水直接流過(guò)電熱器件，使冷水在流動(dòng)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(dòng)安全檢測(cè)，出現(xiàn)意外時(shí)熱水器自動(dòng)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(cè)電路方案 文獻(xiàn)中關(guān)于溫度檢測(cè)的方案主要有三種。 （1）李建國(guó)在《微電腦電熱水器的控制》采用高性能的溫敏電阻實(shí)時(shí)采集熱水器內(nèi)水溫,將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后送單片機(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(shí)水溫）。 （2）雷建龍?jiān)凇痘谀：刂频乃疁刈詣?dòng)調(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(duì)應(yīng)的溫度值與設(shè)定溫度相比較后，控制電熱水器的開(kāi)啟與關(guān)閉就可達(dá)到水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。對(duì)任意溫度的脈寬值還可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，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(jì)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(cè)溫度，無(wú)須進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，并且該芯片在檢測(cè)點(diǎn)已把被測(cè)信號(hào)數(shù)字化了，因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號(hào)，因而無(wú)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(gè)系統(tǒng)的溫度采集模塊的硬件極其簡(jiǎn)單，只占用單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)I/O口,再加上一個(gè)上拉電阻即可。 2.2.3 開(kāi)機(jī)方式 劉海英等《基于單片機(jī)的電熱水器定時(shí)控制器設(shè)計(jì)》文中的定時(shí)控制器主要是以單片機(jī)AT89s52作為核心控制元件，通過(guò)外圍電路控制熱水器的電源，以達(dá)到定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)的目的。系統(tǒng)加電后即進(jìn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，用戶可以隨時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)間動(dòng)作以及設(shè)定熱水器開(kāi)關(guān)的時(shí)間，控制器將會(huì)在設(shè)定的開(kāi)關(guān)時(shí)刻通過(guò)單片機(jī)的輸出端口控制輸出繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制熱水器的啟閉。 2.2.4 漏電檢測(cè)和保護(hù)電路方案 （1）梁國(guó)華在《家用電熱水器模糊控制器的設(shè)計(jì)》中將漏電檢測(cè)線圈的輸出經(jīng)過(guò)比較器后送給單片機(jī)中斷口，一旦漏電超過(guò)規(guī)定的閥值，單片機(jī)立即響應(yīng)中斷，切斷整個(gè)系統(tǒng)的電源。報(bào)警電路是在傳感器故障、超溫時(shí)報(bào)警提示。 （2）張靜，陳新《微電腦控制多功能熱水器》的漏電檢測(cè)功能為在正常情況下，流過(guò)磁環(huán)的電流大小相等，方向相反，磁環(huán)檢測(cè)線圈無(wú)感應(yīng)電流信號(hào)，漏電檢測(cè)集成電路輸出低電平。當(dāng)出現(xiàn)漏電電流時(shí)，由了流過(guò)磁環(huán)的電流不平衡，于是磁環(huán)檢測(cè)線圈感應(yīng)出漏電信號(hào)，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(hào)，則停止加熱保溫及鍵盤操作，結(jié)束工程程序并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，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(gè)漏電保護(hù)可靠性自檢脈沖，代替普通漏電開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)按鈕，控制晶體管導(dǎo)通，于是磁環(huán)流過(guò)一個(gè)大于10mA的電流，該電流作為模擬漏電信號(hào)被磁環(huán)檢測(cè)，經(jīng)M54123L放大及三極管倒相后，輸出至CPU。CPU自動(dòng)判斷是否為自檢信號(hào)以及自檢是否合格，有信號(hào)則自檢合格，繼續(xù)執(zhí)行程序；無(wú)信號(hào)則自檢不合格，自動(dòng)停止加熱保溫及鍵盤操作，結(jié)束工作程序并發(fā)出報(bào)警 信號(hào)，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(shì) 3.1主要特點(diǎn) 電熱水器一般分為儲(chǔ)水式和速熱式兩大類。速熱式加熱較快，但因?yàn)楣β侍?，一般家庭的電表很難承受。而儲(chǔ)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(chǔ)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(wèn)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(chǎng)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(jiǎn)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(jià)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(cè)、干燒報(bào)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(shì) 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(jì)、智能預(yù)約、電話遠(yuǎn)程控制等功能的新型電熱水器，對(duì)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(shí)采集、檢測(cè)電流、電壓等動(dòng)態(tài)信號(hào)，確保沐浴安全，更針對(duì)中國(guó)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(shí)閃亮警示燈，蜂鳴報(bào)警，嚴(yán)防危電傷人。 (2)防燙傷恒溫功能 擁有恒溫設(shè)計(jì)，不僅在使用中不會(huì)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(guò)50℃，避免水溫過(guò)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(shí)備好熱水。智能預(yù)約功能根據(jù)設(shè)定的洗浴時(shí)間自動(dòng)計(jì)算加熱時(shí)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(guò)電話線實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程集中控制，打個(gè)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(gè)小時(shí)的無(wú)聊等待，從而使人們的生活更加更加輕松方便。 4. 結(jié)語(yǔ) 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(jì)。結(jié)合外圍溫度采集電路、加熱電路、時(shí)鐘電路、顯示電路、保護(hù)及報(bào)警電路。有機(jī)的結(jié)合起來(lái)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。通過(guò)各個(gè)模塊的組合，完成此次的設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)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(shí)。電腦輔助設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，達(dá)到了學(xué)以自用，完整的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)所學(xué)的知識(shí)完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。對(duì)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)知識(shí)的搜索、整理和理解。提高自身的知識(shí)的連貫性。對(duì)整體的把握有了很深的認(rèn)識(shí)。 參考文獻(xiàn) [1] 李建國(guó)，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. 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