专利名称：微电脑智能电热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型设计一种储水式电热水器，特别是一种微电脑智能电热水器。
随着人们生活水平的提高，热水器已进入普通家庭，由于燃气热水器容易发生使用不当，全国各地每年都会有或多或少的因燃气热水器使用不当而导致的一氧化碳中毒事件发生，因而电热水器因其相对可靠的安全性开始越来越受到消费者的青睐，然而现有的电热水器大都还停留在机械式控制的阶段，功能单一。
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术现状而提供一种由微电脑智能控制的电热水器。
本实用新型的设计方案是微电脑智能电热水器包括有储水腔、位于储水腔内的电加热元件及微电脑控制电路，微电脑控制电路包括电源电路①、中央处理单元CPU⑩及其上电复位电路⑧以及与其各I/O端口连接的液晶显示电路②、按键输入电路③、声音报警电路④、欠压检测电路⑤、加热控制电路⑥、漏电检测电路⑦和温度检测电路⑨，开机时，上电复位电路⑧工作并输出上电复位信号至CPU的复位端，工作时， 电热水器的各控制参数自按键输入电路③输入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通过I/O端口输出相关数据在液晶显示电路②上显示相关内容，指示系统各状态，温度检测电路⑨在检测电热水器的水温后输出欠温/超温信号至CPU，CPU在接收该信号后启动/关闭加热控制电路⑥使电加热元件通电/断电，同时启动声音报警电路④发出提示声，如温度检测电路⑨检测出升温过快/过慢，则输出相应信号至CPU，CPU则在液晶显示电路②上显示缺水/电热管老化损坏信息，漏电检测电路⑦一旦检测到漏电则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥，同时在液晶显示电路②上显示故障信息，并启动声音报警电路④发出报警声，欠压检测电路⑤一旦检测到欠压则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥使电加热元件断电，同时启动声音报警电路④发出欠压报警声。
与现有技术相比，本实用新型具有温度设定、定时、保温、漏电自检保护、断电保护、缺水检测报警、欠压指示、电热管老化自检等多种智能功能，是极佳的更新换代产品。
图1为本实用新型的微电脑控制电路原理方框图。
图2为本实用新型实施例的微电脑控制电路原理图之一。
图3为本实用新型实施例的微电脑控制电路原理图之二。
图4为本实用新型实施例的微电脑控制电路原理图之三。
图5为本实用新型实施例的液晶显示面板示意图。
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细说明。
微电脑智能电热水器包括有储水腔(图略)、位于储水腔内的电加热元件及微电脑控制电路，所述的储水腔及位于储水腔内的电加热元件可采用现有技术，所述的微电脑控制电路如图1所示，包括电源电路①、中央处理单元CPU⑩及其上电复位电路⑧以及与其各I/O端口连接的液晶显示电路②、按键输入电路③、声音报警电路④、欠压检测电路⑤、加热控制电路⑥、漏电检测电路⑦和温度检测电路⑨，开机时，上电复位电路⑧工作并输出上电复位信号至CPU的复位端，工作时，电热水器的各控制参数自按键输入电路③输入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通过I/O端口输出相关数据在液晶显示电路②上显示相关内容，指示系统各状态，温度检测电路⑨在检测电热水器的水温后输出欠温/超温信号至CPU，CPU在接收该信号后启动/关闭加热控制电路⑥使电加热元件通电/断电，同时启动声音报警电路④发出提示声，如温度检测电路⑨检测出升温过快/过慢，则输出相应信号至CPU，CPU则在液晶显示电路②上显示缺水/电热管老化损坏信息，漏电检测电路⑦一旦检测到漏电则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥，同时在液晶显示电路②上显示故障信息，并启动声音报警电路④发出报警声，欠压检测电路⑤一旦检测到欠压则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥使电加热元件断电，同时启动声音报警电路④发出欠压报警声。
以下结合附图2-5针对本实用新型实施例对各功能电路作进一步详细说明一、电源电路①如图2所示，220V交流电经变压器B1降压，再经由二极管D80-D83构成的桥式整流电路整流，电容CD80、C82滤波后，输出Vss(12V)供给继电器J1、J2，同时此电压再经三端稳压块V1稳压后输出Vpp(5V)供给CPU及各控制电路作为工作电源；如图4所示，备用电池B1(3.6V可充电电池)及二极管D2～D5、电源指示L3(发光管)等构成一备用电源，因液晶工作电压为(2.1V-4V)，因此5V电压经D5、D4、D2、D3降压为VDD后送给CPU工作、Vpp经D5、D4、R9给备用电池B1充电，在停电时，再由B1通过D1、R10供给线路工作电源。
图中L1为加热指示灯，由CPU的16脚控制，加热时16脚送低电平，则L1亮，加热结束，即关闭，L2为保温指示灯，由CPU的17脚控制，在加热结束时，L1灯关闭，L2灯亮，处于保温状态。
二、中央处理单元CPU⑩，采用MICROCHIP公司的PIC16C57单片机如图3所示，PIC16C57单片机是电热水器控制系统的心脏，它扫描按键K1-K5的状态，检测温度传感器的状态，检测欠压及漏电感应，然后决定控制过程，控制过程的有关状态则送到RA、RB口的显示屏去进行显示，而控制信号则由RB5脚去控制蜂鸣器，从而实现报警，由RC2脚去控制继电器J1、J2，从而控制电热管加热，整个过程由存储在单片机中的软件执行；由于PIC16C57的口输出可以三态复用，即可定义为输入、输出、高阻，因此在使用时可以一口多用，在以下的电路中有多处用到了这个特性。
三、CPU晶振、上电复位电路⑧如图3所示，晶振线路由JZ(晶振片)、C3、C2(瓷片电容)构成，复位线路由CD4、R25、BG3构成主电源上电复位，R24、CD5构成备用电源上电复位，主电源复位线路原理，在上电时电容CD4近似导通，BG3基极为高平，于是BG3对地导通产生一低电平信号，然后随着CD4充电电压的增高，其基极电平变低，BG3对地关闭，其集电极为高电平，复位结束。备用电源上电复位原理如下，在上电时CD5近似对地导通，产生一低电平信号，然后随着其充电电压变高后上电复位结束，MCLR为CPU(PIC16C57)复位端(低电平有效)。
四、液晶显示电路②用来显示所设定的温度、设定的定时工作时间及其他系统信息。
如图3、图5所示，液晶片(P1)的1、2、3、4的脚为公共端，5-16脚为段选脚，为了节省CPU的引脚开支，该线路采用U2(74LS164)移位寄存器来控制液晶的高八位段码，即通过软件把要显示的字符进行分割，然后经过CPU的13脚(RB3)一位一位移到74L3164的8个输出脚上，段码的低4位直接由CPU的10～13脚输入，当段码送出以后，再由CPU的6～9脚逐位送出高、低控制信号，以达到交变控制液晶显示效果。在本线路中为了与按键线路共用CPU的10～13脚，因而把这四个引脚定义为输出，当程序执行到按键采样时，再把该信号定义为输入，从而能采到按键的状态，用于本线路采用了软件驱动液晶的效果，因而比以前采用液晶驱动模块驱动液晶显示具有很大创新，节约了不少成本。
五、按键输入电路③用来设定热水器的水温及电热水器的开始工作时间。
如图3、图4所示，键盘输入共有五个按钮K31、K24、K18、K15、K34，按键K31经R20与CPU的10脚(RBO相连)，同时RBO又与P1液晶第5脚相连，通过软件把CPU的10脚定义为输入，即可检测出K31的状态，按键打开的时候，因电源经R40与按键连在一起，所以送到CPU的10脚为高电平，如该按键按下的话，则与地相连，送到CPU的10为0，据此就可判断出是否有键按下，其余四键与此相同，如果CPU的10脚定义为输出，就可控制液晶进行各种显示。
六、声音报警电路④如图3所示，该线路由开关管BG29012的开、关频率来产生，由CPU的15脚(RB5)送出一频率FW(信号)不断BG2使产生开、关，从而使S1(蜂鸣器)出发声音，频率信号FW由专门子程序产生，改变该频率可产生不同的声音。
七、欠压检测回路⑤用于防止电热管在低电压下运行而浪费电能。
如图2、图3所示，220V经变压器B1变压，整流、滤波后的Vss经R81、R80分压后，再经J80(1脚)、J(1脚)到U3A(LM339)的反相输入端，LM339接成比较器方式，其正向输入端接基准电压VDD，在没有欠压时，输入其反相端的电压经R81、R80、R46分压大于基准电压VDD，LM339的2脚输出为0V，如220V电压下降后，引出12V电压下降，从而引起LM339反相输入端4脚电压小于基准电压VDD(该电压经三端稳压器稳压，不受220降低影响)，则LM339的2脚输出高压平送到CPU的18脚(此时该脚被定义为输入状态)就可通过软件判出为欠压。
八、加热控制电路⑥用于控制电热管的通断，即执行加热或停止加热。
如图3、图2所示，CPU的20脚(RC2)经电阻R38、R85接开关管BG81的基极，BG81的发射极接地，继电器J1、J2的线圈相互并联接在电源Vss与BG81的集电极之间，J1、J2的触点对则与电热丝RD串接在交流市电回路。CPU的20脚(RC2)输出控制信号，经R38、C7、J(3脚)、J80(3脚)、R85送给开关管BG81的基极，从而控制继电器J1、J2的开、闭，J1、J2继电器常开触点一端接220V交流，一端接电热管RD，当CPU的20脚(RC2)为高电平时，BG81对地导通，继电器J1、J2跳开，220V不供给电热管，停止加热。
九、漏电检测电路⑦用于确保电热水器在因各种原因出现漏电时能自动切断线路。
如图2所示，B2为漏电感应器、B2左侧端为环型线圈，通往电热管220V的电源线从该线圈穿过，在没有漏电时，火线与地线(220V交流)为一进一出，呈平衡状态，线圈感应不出信号，如有漏电，流过火线与地线的电流不等，则线圈感应出一微弱信号，经C80滤波，送给放大线路放大后再经整型线路整型送给J80(2脚)、J(2脚)、C6(滤波)、R37、R23到CPU的21脚(RC3)进行判断，如为高则有漏电，为零不漏电、放大线路采用LM358、R86、R87构成，为反相输入放大器，放大倍数为R87与R86的比值、整形线路由LM358、R83、R84构成比较器方式，反相端为基准电压，正相端电压如大于反相端电压，则输出一高电平信号，如小于反相端电压，则输出一低电平信号(不漏电)。
漏电感器B2右侧线路是用于测试漏电测试线路好坏的线路(漏电自检)CPU的19脚送出一高信号经R39、C8、J(4脚)、J80(4脚)、R82到开关管BG82，BG82对地导通，则一交流信号从B1(变压器)经R1到漏电感器右侧线圈，于是其左侧圈感应出一信号(同漏电测试线路)判出漏电，说明漏电测试线是好的，反之则是坏了，上述所有过程都是通过软件判别出来的。
十、温度检测电路⑨用于检测热水器的水温，以便对加热电路进行控制。
如图4所示，RT为热敏电阻，其阻值随温度升高而变小，因此只要测出其电阻阻值，就能根据热敏阻的阻值—温度表来查出其温度(即水温)，因此该线路主要设计成测RT的阻值线路图中U3C(LM399)、R41、R29、R32构成了一个比较器(作为参考)，其反相端(8脚)信号由基准电压VDD经电阻R29、R32分压，正相端(9脚)接在CD2(电容)充电回路上，开始测温时，CPU通过22脚、R26送给BG5(9013)基极一高电压，使其集电极对地导通，CD2对地放电(即比较器LM399的9脚为0电平)14脚为低电平，然后CPU再通过22脚、R26送给BG5基极一低电压，则BG5集电极对地关闭，CD2通过U3C(LM399)、R30、R44、BG4充电，此时开始计数，当CD2充电到一定时候，即LM399的9脚电压大于8脚电压时，LM399的14脚送出一高电平信号给CPU的24脚，当CPU检测到24脚为高时，停止计数，此时计数为t0，然后重复上述过程，直到测试出CPU的23脚为高电平时为止，此时计数为t1，则根据t0/t1就可计算出PT阻值，继而查出水温。
图中R31、RT、R33、R34、U3D(LM399)、R43构成另一比较器，其原理结构与上述参考比较器相同，电容C5是为了防止因干扰而造成LM339的10脚输入不正常而引起测温不准，U3B(LM399)、R30、R44、BG4、CD2构成一充电回路，如CD2对地放电完毕，此时LM399的6脚电平低于7脚，因此1脚输出低电平，BG4导通给CD2充电，当CD2充电完毕，6脚电平大于7脚，1脚送出高电平，BG4关闭，停止充电。
CPU的22脚在测温时定义为输出，如程序运行到按键测试时，则把该脚定义为输入，于是就与R27、R42、K34一起构成了按键输入回路。
权利要求1.一种微电脑智能电热水器，包括有储水腔、位于储水腔内的电加热元件及微电脑控制电路，其特征在于微电脑控制电路包括电源电路①、中央处理单元CPU⑩及其上电复位电路⑧以及与其各I/O端口连接的液晶显示电路②、按键输入电路③、声音报警电路④、欠压检测电路⑤、加热控制电路⑥、漏电检测电路⑦和温度检测电路⑨，开机时，上电复位电路⑧工作并输出上电复位信号至CPU的复位端，工作时，电热水器的各控制参数自按键输入电路③输入CPU的I/O端口，CPU在接收后再通过I/O端口输出相关数据在液晶显示电路②上显示相关内容，指示系统各状态，温度检测电路⑨在检测电热水器的水温后输出欠温/超温信号至CPU，CPU在接收该信号后启动/关闭加热控制电路⑥使电加热元件通电/断电，同时启动声音报警电路④发出提示声，如温度检测电路⑨检测出升温过快/过慢，则输出相应信号至CPU，CPU则在液晶显示电路②上显示缺水/电热管老化损坏信息，漏电检测电路⑦一旦检测到漏电则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥，同时在液晶显示电路②上显示故障信息，并启动声音报警电路④发出报警声，欠压检测电路⑤一旦检测到欠压则输出信号至CPU，CPU在接收该信号后关闭加热控制电路⑥使电加热元件断电，同时启动声音报警电路④发出欠压报警声。
2.如权利要求1所述的微电脑智能电热水器，其特征在于所述的欠压检测回路⑤构成为由运放U3A及电阻R35、R36、R46构成一比较器，电阻R81、R80接在基准电压Vss与地之间，它们的共接点一路接U3A的反相端，一路接电阻R46后接地，U3A的正相端则接基准电压VDD，U3A输出端经电阻R35接CPU的RC0端。
3.如权利要求1所述的微电脑智能电热水器，其特征在于所述的加热控制电路⑥的构成为CPU的RC2端经电阻R38、R85接开关管BG81的基极，BG81的发射极接地，继电器J1、J2的线圈相互并联接在电源Vss与BG81的集电极之间，J1、J2的触点对则与电热丝RD串接在交流市电回路。
4.如权利要求1所述的微电脑智能电热水器，其特征在于所述的温度检测电路⑦的构成为a.由运放U1A及电阻R86、R87构成一放大器，U1A的反相端经电阻R86接漏电感应器B2左侧端线圈，线圈的另一端接地，U1A的正相端接地，其输出端经电阻R87接回反相端；b.由运放U1B及电阻R83、R84构成一比较器，电阻R83、R84串接在基准电源Vpp与地之间，它们的共接点接U1B的反相端，U1B的正相端接U1A的输出端，U1B的输出端经电阻R37接CPU的RC3端；
5.如权利要求4所述的微电脑智能电热水器，其特征在于所述的漏电检测电路⑦还包括一漏电自检电路漏电感应器B2的右侧端线圈一端经电阻R1接变压器B1，另一端接三极管BG82的集电极，BG82的发射极接地，BG82的基极则经电阻R82、R39接CPU的RC1端。
6.如权利要求1所述的微电脑智能电热水器，其特征在于所述的温度检测电路⑨的构成为a.由运放U3C(LM399)及电阻R41、R29、R32构成一参考比较器，电阻R29、R32串接在基准电压VDD和地之间，它们的共接点接U3C的反相端，U3C的正相端则接电容CD2的正极，CD2的负极接地，U3C的输出端一路接CPU的RC6，另一路经电阻R41接VDD；b.由运放U3B及电阻R30、R44、BG4构成电容CD2的充电回路，U3B的正相端接基准电压VDD，反相端一路接三极管BG4的发射极，另一路经电阻R38接VDD，U3B的输出端一路接BG4的基极，另一路经电阻R44接VDD，BG4的集电极接电容CD4的正极；c.由运放U3D及电阻R31、R33、R34、RT以及热敏RT构成一比较器，基准电压VDD经电阻R31、RT、R33、R34接地，R33与R34的共接点接U3D的反相端，U3D的输出端一路接CPU的RC5端，另一路经电阻R43接VDD。
专利摘要一种微电脑智能电热水器,包括有储水腔、电加热元件及微电脑控制电路,微电脑控制电路包括电源电路①、中央处理单元CPU⑩及其上电复位电路⑧以及与其各I/O端口连接的液晶显示电路②、按键输入电路③、声音报警电路④、欠压检测电路⑤、加热控制电路⑥、漏电检测电路⑦和温度检测电路⑨。本实用新型具有温度设定、定时、保温、漏电自检保护、断电保护、缺水检测报警、欠压指示、电热管老化自检等多种智能功能,是极佳的更新换代产品。
文档编号F24H9/20GK2360797SQ9822467
公开日2000年1月26日 申请日期1998年7月24日 优先权日1998年7月24日
发明者胡鹏华 申请人:胡鹏华