本实用新型涉及采暖热水炉技术领域，特别是一种基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器。
背景技术：
随着经济的发展和科技技术的进步，人们对生活质量的追求也越来越高，燃气采暖热水炉逐步普及每个家庭；燃气采暖热水炉又称为“燃气壁挂炉”顾名思义他就是依靠天然气来提供热水和供暖热量的。燃气采暖热水炉跟热水炉还不一样，热水炉又叫“热水器”，是主要提供热水的，不能提供暖气需要的能量，所以燃气热水炉只是普通的热水器，而现在咱们所说的燃气采暖热水炉则是供暖和生活用水双功能的机器。燃气采暖热水炉具有自动断电，断水，断气的所有功能，安全性能也是最佳的。由于采暖热水炉在工作状态下燃气与空气是按比例混合燃烧的，因此是否可以达到完全燃烧的混合比是至关重要的。普通燃烧技术采暖热水炉的弊端就是由于燃气与空气无法达到完全燃烧的混合比，过量空气系数在部分负荷情况下偏高，因此造成烟气带走的热损失偏大，污染排放物指标较高、热效率在部分负荷下较满负荷工况下偏低。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便、可靠性高的基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：
一种基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器，其特征在于，包括MCU、电源转换模块、输入电源检测模块、火焰检测模块、高压点火控制模块、驱动模块、燃气电磁阀驱动保护模块、过热保护模块、采样模块、定时器开关检测模块、鼓风机控制模块、水泵控制模块、通信模块和室内温控器模块；所述MCU分别与电源转换模块、输入电源检测模块、火焰检测模块、高压点火控制模块、驱动模块、燃气电磁阀驱动保护模块、过热保护模块、采样模块、定时器开关检测模块、鼓风机控制模块、水泵控制模块相连接，所述MCU通过通信模块与室内温控器模块相连接，MCU与室内温控器之间相互传输信号；
所述电源转换模块为MCU和其它模块提供电源；所述输入电源检测模块用于检测电源的电压和频率，并将检测到的信号传输至MCU；所述火焰检测模块用于对电源的火焰检测，并将检测到的信号传输至MCU；所述高压点火控制模块用于MCU对高压点火的控制；所述采样模块用于对信号的采集，并将采集到的信号传输至MCU；所述定时器开关检测模块用于MCU对定时器开关通断的检测来控制采暖的工作状态；所述驱动模块用于MCU对各输出模块的驱动；所述燃气电磁阀驱动保护模块用于MCU对燃气电磁阀的驱动保护；所述过热保护模块用于MCU对电路的过热检测；所述鼓风机控制模块用于MCU对鼓风机转速的控制和检测；所述水泵控制模块用于MCU对水泵运行的控制和检测。
优选地，所述燃气采暖热水炉控制器还包括燃气调制阀体控制模块，所述MCU与燃气调制阀体控制模块相连接。
优选地，所述电源转换模块包括AC/DC电源转换模块和DC/DC电源转换模块，所述AC/DC电源转换模块的输出端与DC/DC电源转换模块的输入端相连接。
优选地，所述采样模块包括温度采样模块、水压采样模块和水流量采样模块；所述温度采样模块包括采暖出水温度传感器、热水出水温度传感器、采暖回水温度传感器和排烟温度传感器；所述MCU分别与采暖出水温度传感器、热水出水温度传感器、采暖回水温度传感器、排烟温度传感器相连接；所述水压采样模块包括采暖水压传感器，采暖水压传感器与MCU相连接；所述水流量采样模块包括热水水流量传感器，热水水流量传感器与MCU相连接。
优选地，所述驱动模块包括水泵驱动模块、鼓风机驱动模块、三通阀驱动模块和燃气电磁阀驱动模块，所述MCU分别与水泵驱动模块、鼓风机驱动模块、三通阀驱动模块、燃气电磁阀驱动模块相连接。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点：
（1）本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过输入电源检测模块、火焰检测模块、过热保护模块对控制电路进行电源电压、电源频率、火焰和过热检测，保证了控制器的安全性和可靠性。
（2）本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过高压点火控制模块反复进行高压脉冲放电，且根据采样模块的采集信号MCU实时控制驱动模块的输出，保证了燃气采暖热水炉的稳定性。
（3）本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过燃气调制阀体控制模块以稳定输出给燃气调制阀的电流，鼓风机控制模块以稳定输出给鼓风机的转速，可根据实际使用情况智能调整燃气和空气的混合比，燃烧更完全，使得能耗很低。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
附图说明
图1为本实用新型燃气采暖热水炉控制器的结构示意图。
图2为本实用新型中AC/DC电源转换模块的结构示意图。
图3为本实用新型中DC/DC电源转换模块的结构示意图。
图4为本实用新型中输入电源检测模块的结构示意图。
图5为本实用新型中火焰检测模块的结构示意图。
图6为本实用新型中高压点火控制模块的结构示意图。
图7为本实用新型中温度采样模块的结构示意图。
图8为本实用新型中水压采样模块和水流量采样模块的结构示意图。
图9为本实用新型中定时器开关检测模块的结构示意图。
图10为本实用新型中水泵、鼓风机、三通阀和燃气电磁阀驱动模块的结构示意图。
图11为本实用新型中燃气电磁阀驱动保护模块的结构示意图。
图12为本实用新型中过热保护模块的结构示意图。
图13为本实用新型中鼓风机控制模块的结构示意图。
图14为本实用新型中水泵控制模块的结构示意图。
图15为本实用新型中室内温控器模块的结构示意图。
图16为本实用新型中MCU的结构示意图。
图17为本实用新型中燃气调制阀体控制模块的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器，包括MCU、电源转换模块、输入电源检测模块、火焰检测模块、高压点火控制模块、驱动模块、燃气电磁阀驱动保护模块、过热保护模块、采样模块、定时器开关检测模块、鼓风机控制模块、水泵控制模块、通信模块和室内温控器模块；所述MCU分别与电源转换模块、输入电源检测模块、火焰检测模块、高压点火控制模块、驱动模块、燃气电磁阀驱动保护模块、过热保护模块、采样模块、定时器开关检测模块、鼓风机控制模块、水泵控制模块相连接，所述MCU通过通信模块与室内温控器模块相连接，MCU与室内温控器之间相互传输信号；
所述电源转换模块为MCU和其它模块提供电源；所述输入电源检测模块用于检测电源的电压和频率，并将检测到的信号传输至MCU；所述火焰检测模块用于对电源的火焰检测，并将检测到的信号传输至MCU；所述高压点火控制模块用于MCU对高压点火的控制；所述采样模块用于对信号的采集，并将采集到的信号传输至MCU；所述定时器开关检测模块用于MCU对定时器开关通断的检测来控制采暖的工作状态；所述驱动模块用于MCU对各输出模块的驱动；所述燃气电磁阀驱动保护模块用于MCU对燃气电磁阀的驱动保护；所述过热保护模块用于MCU对电路的过热检测；所述鼓风机控制模块用于MCU对鼓风机转速的控制和检测；所述水泵控制模块用于MCU对水泵运行的控制和检测。
所述电源转换模块包括AC/DC电源转换模块和DC/DC电源转换模块，所述AC/DC电源转换模块的输出端与DC/DC电源转换模块的输入端相连接。
如图2所示，所述AC/DC电源转换模块中CN1为交流电源输入端口。电流保险丝F1、F2为电路负载出现过流、过载时提供安全保护；为了防止电路受到异常浪涌、瞬态电压而损坏，由压敏电阻ZNR1为电路提供安全保护；电容C1、C2、C3（R18、R19组成C3的安全放电电阻）和共模滤波器T1组成EMC滤波电路；桥式整流管DB1对AC输入进行整流，C26对AC输入进行滤波。IC1是高精度电流模式PWM控制IC，将振荡器、误差放大器和多模式控制电路、启动和保护电路以及高压功率MOSFET驱动电路全部集成到了一个单片IC中。电源变压器T2的一端连接到高压总线，另一端连接到FET1的漏极(D)引脚；R68、R69为IC1的SENSE逐周期限流采样电阻，输出电压的变化通过U3采样并通过U1送至IC1反馈(FB)引脚阈值进行比较来调整输出。正常工作后，变压器T2的辅助绕组为IC1提供工作电压VDD，当电压超过限制电压时会被钳位，以保护FET1在VDD电压过高时不会因栅极过压造成损坏；当电压低于IC1设定的电压时电路输出被关断（FET1也关断），系统会被重新启动。IC1工作的PWM占空比由SENSE采样电流和FB电压共同决定，当输出过载或短路时，FB的电压升高并达到IC1设定值时，IC1关断MOSFET驱动信号输出并进入保护状态，若故障解除则重新启动，否则进入打嗝式保护模式。当FB反馈开环时，IC1进入功率限制保护模式，故障解除则重新启动。
如图3所示，所述DC/DC电源转换模块中IC4是高效的DC-DC开关电源芯片，包括一个内部温度补偿基准电压发生器，比较器，占空比可控的振荡器，R-S触发器，电流限制电路和大电流输出开关电路。由IC4输出的高频开关电压经过L1储能电感、D9续流二极管、CL1储能电容后得到稳定的电压。R70、R70A、R70B为限流采样电阻，当发生过载情况时IC4检测到电阻上的电压超过300mV时，内部的电流限制电路开始工作，减少充电时间和输出开关管的导通时间，使得输出开关管的关闭时间延长。R81、R127、ZD4组成输出电压反馈电路，输出电压经由R81和R127分压送至IC4的比较器向输入端，与IC4的比较器正向基准电压1.25V进行比较，从而控制IC4内部开关管的开关状态，以实现输出电压稳定。当R81开路时ZD4可以和R127为IC4提供一个参考反馈电压，这样会将输出电压限定在6V以内，确保在R81失效时后面的用电器件不会由于过高的电压而工作异常或损坏。
如图4所示，所述输入电源检测模块中ICS1是一个8bit CPU，内置10位ADC，8位和16位定时器的单片机。RE4和CE1为ICS1的复位电路；变压器T2的辅助绕组通过RE9限流，DE1整流， CE6、CE4、CE2滤波和ZD1稳压后为ICS1提供稳定的工作电源；输入交流电源电压的经过DB1整流后经J2、RE8、RE11和RE6分压后的电压送至ICS1的ADC通道进行检测，电源的频率信号通过RE2、RE1、CE8分压后送至ICS1的定时器进行检测，ICS1将检测到的数据通过光电藕合器UE1送至主单片机IC5进行数据处理。
如图5所示，所述火焰检测模块中PT5为火焰探测针，PT1、PT2、PT3、PT4为电源的PE接地端，也是火焰检测回路的接地端。输入的交流电源电压经R102、R107、108、R109组成的分压网络后为火焰离子信号处理电路提供所需的交流电压，当PT5探测针悬空或与保护地短路时，QP2基极电压与发射极电压相同，QP2的VBE为0，没有IB电流QP2截止，QN9的VBE为0，没有IB电流QP9也截止，光电藕合器U4输入端光敏二极管无电流所以输出端的晶体管截止，电压信号经过C42滤波后送到主单片机IC5，此时检测到高电平作为没有火焰进行处理；当PT5探测针检测到有火焰时，由于火焰具有单向导电特性，QP2基极电压开始降低，QP2的VBE开始升高，当有足够的IB电流后QP2导通，为QN9提供了足够的IB电流，QN9也导通，U4输入端光敏二极管有足够的电流所以输出端的晶体管导通，电压信号经过C42、C44滤波后送到主单片机IC5，此时检测到低电平会作为有火焰进行处理。
如图6所示，所述高压点火控制模块中输入的交流电源电压由K6控制，当有点火需要时主单片机IC5的I/O通道输出高电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管导通，给继电器K6线圈供电，继电器K6常开触点接通，交流电源电压经D17整流, R111限流后给C50充电，当充电电压达到TISP1的VBO后，TISP1导通，C50储存的电压通过TISP1加至HV1的初级侧，HV1的次级侧升压成高压进行放电；当C50两端的电压降到TISP1的VDRM以下时，TISP1关断HV1无电压停止放电，电源重新给C50充电，如此反复进行高压脉冲放电。
如图7和图8所示，所述采样模块包括温度采样模块、水压采样模块和水流量采样模块；所述温度采样模块包括采暖出水温度传感器、热水出水温度传感器、采暖回水温度传感器和排烟温度传感器；所述MCU分别与采暖出水温度传感器、热水出水温度传感器、采暖回水温度传感器、排烟温度传感器相连接；所述水压采样模块包括采暖水压传感器，采暖水压传感器与MCU相连接；所述水流量采样模块包括热水水流量传感器，热水水流量传感器与MCU相连接。
所述温度采样模块中CN3连接采暖出水、热水出水、采暖回水、排烟温度传感器，各传感器分别与电阻R90、R91、R92、R93对+5V电压进行分压，经C14、C15、C16、C17电容滤波后，送至主单片机IC5的ADC通道进行检测。
所述水压采样模块和水流量采样模块中CN12连接采暖水压传感器和热水水流量传感器，输出到传感器的电压为+5V。采暖水压传感器送出电压信号经电容C23滤波、电阻R22分压后，送至主单片机的ADC通道进行电压检测。热水水流量传感器送出的方波信号经电容C42滤波后，送至主单片机的定时器进行频率检测。当有热水需求时检测到方波信号的频率高于热水启动预设值时，系统启动进入热水工作；在工作过程中检测到方波信号的频率低于热水关闭预设值时，系统关闭热水工作。
如图9所示，所述定时器开关检测模块中CN8连接采暖定时器开关。 +5V电压通过电阻R95和定时器开关分压，经电容C21滤波送至主单片机IC5的ADC通道进行电压检测。当定时器开关断开时，ADC通道的电压为5V，此时系统终止采暖工作进入待机；当定时器开关闭合时，ADC通道的电压为0V，此时系统启动进入采暖工作。
所述驱动模块包括水泵驱动模块、鼓风机驱动模块、三通阀驱动模块和燃气电磁阀驱动模块，所述MCU分别与水泵驱动模块、鼓风机驱动模块、三通阀驱动模块、燃气电磁阀驱动模块相连接。如图10所示，CN9连接外置水泵，CN13连接三通阀，CN10连接水泵，鼓风机，燃气电磁阀。当有采暖工作请求时，主单片机IC5的三通阀I/O通道输出高电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管导通，给继电器K5线圈供电，继电器K5常开触点接通，给三通阀取暖侧线圈供电；关机或有热水工作请求时，主单片机IC5的三通阀I/O通道输出低电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管截止，继电器K5线圈没有电流，继电器K5常开触点断开切换到常闭触点，给三通阀热水侧线圈供电。当有加热需求时，主单片机IC5的水泵、外置水泵（在热水工作时不运行）和鼓风机I/O通道输出高电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管导通，给继电器K4、K7、K3线圈供电，继电器K4、K7、K3常开触点接通，给水泵、外置水泵及鼓风机供电。鼓风机前清扫结束后开始高压点火，延时500mS主单片机IC5的第一路燃气电磁阀I/O通道输出高电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管导通，给继电器K2线圈供电，继电器K2常开触点接通，电源的AC L与燃气电磁阀一端接通；同时主单片机IC5的第二路燃气电磁阀I/O通道输出方波信号给“燃气电磁阀驱动保护模块”进行检测，方波信号正常则输出高电平给达林顿晶体管阵列集成电路IC3，IC3内部相应通道的晶体管导通，给继电器K1线圈供电，继电器K1常开触点接通，电源的AC N与燃气电磁阀一端接通，燃气电磁阀打开。电流保险丝F3为电磁阀线圈出现过流、过载时提供安全保护；为了防止电路受到电磁阀线圈的瞬态电压而损坏，由压敏电阻ZNR2为电路提供安全保护；电磁阀电压经电阻R63、R103限流，D12整流给光电藕合器U2的输入端光敏二极管提供电流，U2输出端的晶体管导通，电压信号经过C28、C22滤波后送到主单片机IC5，此时检测到低电平会作为电磁阀有电压进行处理。
如图11所示，所示燃气电磁阀驱动保护模块中ICE1是一个8bit CPU，内置10位ADC，8位和16位定时器的单片机。RS4和CS1为ICE1的复位电路；+5V电源通过RP1，CL2、CS3、CS2滤波后为ICES1提供稳定的工作电源；主单片机送出燃气电磁阀的方波信号一路直接送至ICE1的定时器进行频率检测，另一路由RS5和RS2分压，CS6滤波后送至ICE1的ADC通道进行电压检测。ICE1输出的62KHz方波信号经由RS2、CS4、DS1、DS2、CS5、RS7组成的滤波电路转成高电平，送至IC3用以控制继电器K1接通燃气电磁阀电源。
如图12所示，所述过热保护模块中CN9连接过热开关，过热熔断器。过热开关TS的电压经电阻R36和R39分压，二极管D21电阻R40限流，电容C20滤波送至主单片机IC5的I/O通道进行检测，当检测到低电平时则作为过热开关动作处理。过热熔断器BURN的电压经电阻R35和R67分压，二极管D18电阻R37限流，电容C18滤波送至主单片机IC5的I/O通道进行检测，当检测到低电平时则作为过热熔断器动作处理。
如图13所示，所述鼓风机控制模块中CN2连接鼓风机控制端口。供电电源为+24V，输出的PWM控制信号为1KHz，检测的转速为方波信号（占空比约为50%）。主单片机输出的PWM信号经电阻R8、R9、晶体管QN2、电阻R1、R2组成的信号转换电路，将0-5V的信号转换成0-24V的信号送至鼓风机。鼓风机送来的转速信号经电阻R3、R10、晶体管QN3、电阻R4、R5、组成的信号转换电路，将0-24V的信号转换成0-5V的信号，经电容C5滤波后送到主单片机IC5进行转速检测。当检测到没有转速信号或转速超出系统预设的调节范围时，则作为风机转速异常故障处理。
如图14所示，所述水泵控制模块中CN6连接水泵控制端口。输出的PWM控制信号为1KHz，检测的PWM运行状态信号为75Hz。+24V电源经电阻R87、R88限流，稳压二极管ZD2稳压至10V，电阻R97限流后送至水泵；主单片机输出的PWM信号经电阻R86、R7、晶体管QN1组成的信号转换电路，将0-5V的信号转换成0-10V的信号送至水泵。水泵送来的运行状态信号由电阻R89提供电压，经R6限流后送到主单片机IC5进行状态检测。运行过程中当检测到水泵运行信号异常时，则作为水泵运转异常故障处理。
如图15所示，所述室内温控器模块中CN3连接室内温控器开关和预留的室外温度传感器。室内温控器开关一端连接GND，另一端连接到主单片机IC5输出1KHz方波信号端。当室内温度高于温控器的设定值后，室内温控器开关为断开状态，主单片机输出方波信号经电阻R46、R47、R104、R105、R10、R85、晶体管QN7、QP4组成的自动限定输出电流的电平转换电路，将0-5V的信号转换成0-24V的信号送出到室内温控器开关接口；同时由电容C7、C9、稳压二极管ZD3、电阻R44、R45、R48、R49、晶体管QN8组成的电平转换电路，将0-24V的信号转换成0-5V的信号送至主单片机IC5定时器进行检测，系统会作为室内温控器开关断开处理（没有采暖需求），停止采暖工作。当室内温度低于温控器的设定值后，室内温控器开关为闭合状态，此时主单片机输出的方波信号经过电平转换电路后被室温开关短接到了GND，晶体管QN8没有驱动电流所以为截止状态，5V高电平信号送至主单片机IC5定时器, 系统会作为室内温控器开关闭合处理（有采暖需求），启动进入采暖工作。
如图16所示，所述MCU采用IC5芯片，IC5是一个16bit CPU，内置1%精度的高速振荡器，内置4KB数据闪存空间，内置多路8/10位ADC，12位/16位定时器的单片机。+5V电源经过电感RL、CP3、CP2、CP1组成的滤波电路为IC5提供稳定的工作电源，ISP PORT1为IC5的串行编程接口，电阻RES1和电容CES1是IC5的上电复位电路，CE5是IC5内部工作的稳压器输出稳定电容器。
如图17所示，所述燃气采暖热水炉控制器还包括燃气调制阀体控制模块，所述MCU与燃气调制阀体控制模块相连接。CN14连接预留的燃气调制阀。MCU通过高频PWM信号和电流采样及反馈信号实现对燃气调制阀的恒流控制，以满足系统对燃烧火力的大小精准稳定的调节。电阻R122、R123为电流采样电阻，采样的电压信号通过电阻R64和电容C25滤波后，送至主单片机IC5的ADC通道；晶体管QN6、QP3、电阻R53、R54、R55、R96、二极管D16组成燃气阀驱动电路，主单片机IC5根据检测到的反馈信号和系统的需求自动调整输出的PWM信号，以稳定输出给燃气调制阀的电流，保证燃气供应稳定。
综上所述，本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过输入电源检测模块、火焰检测模块、过热保护模块对控制电路进行电源电压、电源频率、火焰和过热检测，保证了控制器的安全性和可靠性；本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过高压点火控制模块反复进行高压脉冲放电，且根据采样模块的采集信号MCU实时控制驱动模块的输出，保证了燃气采暖热水炉的稳定性；本实用新型基于单片机的全预混冷凝型燃气采暖热水炉控制器通过燃气调制阀体控制模块以稳定输出给燃气调制阀的电流，鼓风机控制模块以稳定输出给鼓风机的转速，可根据实际使用情况智能调整燃气和空气的混合比，燃烧更完全，使得能耗很低。