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作者：武汉东湖学院 陈孟君 段胜泽 张强
指导教师：左小琼 雷娟

　　作品简介　　

　　水温度、水压变化时，出水温度也会发生变化，需要重新调节加热档位。而流行的恒温即热式热水器一般采用单纯的PID调节的方式控温，直接测出出水温度构成反馈系统，这种单纯的反馈对继电器调节频繁，出水温度波动大。针对这样的情况，我们使PID控制对象不再是继电器而是即热式热水器电源功率，当出水温度低于设定温度10度以上全功率加热，低于10度以下降低功率加热，接近设定温度时极小功率加热，大于设定温度时无功率加热，使温度尽可能快接近设定温度。而功率控制则依赖控制晶闸管导通。由于控制电路简单，该热水器成本较同等热水器小。

　　作品使用说明：
　　1. 安装即热式热水器，将即热式热水器插头接入控制板插座，以备使用。
　　2. 将控制板接入220V交流电源，拨上空气开关，LCD12864显示开机画面，等待继电器接通电路，LCD12864显示跳转至日历时钟、出水温度、设定温度显示画面。
　　3. 按轻触开关更改日历时钟，设定满意的出水温度(默认值40℃)
　　4. 打开水龙头，红灯显示表示加热，温度传感器测量出水温度，通过LCD12864实时显示。
　　5. 出水温度到达设定温度时趋于稳定，实现恒温控制。
　　6. 长按关机键，LCD12864显示关机画面，继电器跳开。
　　以上使用过程中只要水龙头未被打开，即热式热水器不会进行加热，而且需要冷水时只需将热水器上开关置于冷水档即可。

　　平台选型说明

　　基于STC15F2K61S2单片机控制系统，温度检测方法是采用专门的集成测温传感器DS18B20，直接将温度转换成数字信号传送到单片机，具备温度测量准确度高，反应速度快等特点。日历时钟采用专门的PCF8563日历时钟芯片，使用该芯片实现日历时钟功能较单片机自身提供定时器软件日历时钟功能拥有很少用单片机CPU运行时间，断电自保持，计时精度高等特点。显示部分采用LCD12864液晶显示屏，较传统的数码管显示提供了更多空间显示出水温度，设定温度以及日历时钟。对于日历时钟调节与设定温度调节在考虑到红外线遥控实用性不强，易受干扰，容易短路损坏采用传统轻触开关控制。即热式热水器为了达到“即热”的效果，只采用1L储水罐，使冷水在进入加热管后立即被加热，这就要求加热管有较大功率，而使用较大功率需要对外部线路改造。为了满足要求以及安全考虑作品使用2KW加热管。对于加热功率的控制，比较理想的是采用继电器开关控制，可控硅BTA41控制功率，电路简单又控制方便。

　　设计说明

　　由于原理图整体庞大，无法再文档显示，现将原理图匹配 作品简介中结构图分块显示并做详细分析。

　　一、 输出设备连接电路
　　1.加热控制电路
　　电路使用光藕MOC3023、、中间继电器和电阻510欧、2000欧。电热丝的加热功率由双向可控制硅控制，单片机P2.3通过光耦给可控硅触发信号，控制可控硅的导通角，从而控制电热丝的有效加热功率。为了在关机状态下能可靠地关断加热电源，电路中设计了中间继电器RELAY来控制加热电源。

　　二、输出设备连接电路
　　1.四位轻触开关电路
　　将K4拨到GND，SL13到SL16为4个独立按键。分别是时间温度设定切换键、时间温度设定“+”键、时间温度设定“-”键、关闭键。
　　2.DS18B20温度检测电路
　　DS18B20数字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送人DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线(和地)。读、写和完成温度变换所需电源可以由数据本身提供，而不需要外部电源。
　　将DS18B20温度信号通过P1.2传入单片机。
　　3.PCF8563日历时钟电路
　　PCF8563是低功耗CMOS实时时钟/日历芯片，提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器自动产生增量。
　　4.过零检测电路
　　电路中有220V/9V变压器、4个二极管 IN4007构成整流电路、三极管8050、非门74LS04和电阻1兆欧一个、10千欧两个。
　　可控硅触发信号中需要对市电进行过零检测，以实现触发脉冲的相位延时。本电路中是利用220V交流通过变压器转为9V交流通过整流，经过三极管8050共发射极电路基极产生高电平脉冲，最终通过非门产生低电平脉冲输入单片机外部中断2。

　　作品特色

　　设计作品在保证已有即热式热水器功能的基础上增加自动恒温调节功能，出水温度显示功能以及日历时钟显示功能。
　　设计作品旨在家居生活智能化，提高生活水平。有如下优点：
　　1. 即开即热 设计作品功率为2KW，用时只要打开水龙头，十几秒钟，即可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。
　　2. 节能省电 因不用提前预热，所以没有预热时的热能量散失，用时打开不用时就关闭，用多少水就放多少水，也没有贮水式热水器多加热的未用的剩余热水的能量消耗，真正做到了节能省电省水。一般来说，即热式电热水器比传统电热水器省电15%-30%。所以国家把这类产品划为节能产品。在用水、用电紧缺的情况下，重点推广这一产品无疑具有非常现实的意义。这也是广大消费者选择即热式电热水器时所重点考虑的因素。
　　3. 体积小巧 因为不需要提前预热，所以在设计上不需要体大笨重的内胆贮水箱和保温层，大多体积小，重量轻，且易安装，节省空间、节省材料。
　　4. 水温恒定 贮水式热水器，由于是提前预热好的热水，在开始洗浴时需放水调温，水温不是凉就是热，温度即使调好后，在使用过程中用不多久水的温度就会变凉，还不得不时不时进行微调，比较麻烦。而即热式电热水器，无论多少人洗浴，只要在初始时调好水温后便会一直恒温恒流，自动恒温加热，洗起来清爽舒畅。
　　5. 寿命较长 即热式电热水器，冷水直接通过加热体后便被加热，属于“活水”，水垢不易逗留，而洗浴时的热水温度一般不会高于55℃，(国家标准,水温不得超过55度)因而在热水器内部管路内水垢也不易形成，再有，即热式电热水器在加热过程中机器发热体温升不是很高，这样水路及发热体的损坏机率也就相应减少，所以即热式电热水器的使用寿命也比传统式电热水器较长，一般是传统电热水器的2-3倍，优质产品能达到5年以上。
　　设计作品在自动恒温调节功能中加入按键设定温度，运用PID闭环温度调节系统软件设计，使加热功率改变让出水温度快速准确达到设定温度。在即热式热水器的基础上提供可视化LCD温度显示与日历时钟显示，极大方便人们日常生活。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2678