CN108036517B - 燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统及方法 - Google Patents
燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制系统，包括恒功率补偿电路、风机控制电路、单片机电路、电源电路以及风机，其中所述电源电路向各个电路提供工作电压，所述单片机电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，所述风机控制电路的输出端与所述风机的输入端连接，所述风机的输出端与所述恒功率补偿电路的输入端连接，所述恒功率补偿电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，所述恒功率补偿电路用于检测所述风机的电压和电流，所述风机控制电路用于控制所述风机的功率，所述单片机电路用于计算所述风机的功率信号。本发明采用恒功率补偿电路对风机电路进行补偿，采用风机控制电路自动控制风机的功率，从而保持风机功率恒定不变。
Description
技术领域
本发明涉及燃气快速热水器技术领域，且更具体地涉及一种燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统及方法。
背景技术
国内现有的采用交流供电的全自动强制排气或智能恒温燃气快速热水器和壁挂炉，对于直流风机控制，一般采用固定电压进行工作，当风机的输入电压有变化或者烟道被堵塞，这时风机的输出功率会变小，不能按原来的输出功率输出，如果采用软件补偿输出功率，就会占用单片机的资源，并且补偿会延时，不能使之快速补偿。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制系统及方法，采用硬件电路对风机电路进行处理，通过硬件电路自动补偿风机的功率，从而保持风机功率恒定不变，克服了现有技术中风机的输入电压变化或者烟道被堵塞时，风机的输出功率会变小的技术弊端。
本发明采用以下技术方案：一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制系统，包括恒功率补偿电路、风机控制电路、单片机电路、电源电路以及风机，其中所述电源电路向各个电路提供工作电压，所述单片机电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，所述风机控制电路的输出端与所述风机的输入端连接，所述风机的输出端与所述恒功率补偿电路的输入端连接，所述恒功率补偿电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，其中所述恒功率补偿电路用于检测所述风机的电压和电流，所述风机控制电路用于控制所述风机的功率，所述单片机电路用于计算所述风机的功率信号。
作为本发明进一步的技术方案，所述单片机电路为基于STM32F103C8T6芯片的单片机电路。
作为本发明进一步的技术方案，所述电源电路包括进行电压变换的第一DC-DC电路，所述电源电路采用型号为LM2596S-ADJ的降压稳压器，所述降压稳压器将+24V的直流电压降低为+5V的直流电压。
作为本发明进一步的技术方案，所述风机控制电路包括基于N1控制芯片的第二DC-DC电路和风机，其中所述第二DC-DC电路的第五引脚连接+42V电压，所述第二DC-DC电路的第一引脚接地，所述第二DC-DC电路的第五引脚和第一引脚接地中间连接有第二滤波电容C2和与所述第二滤波电容C2并联连接的第二电解电容C4，所述第二DC-DC电路的第三引脚和第二引脚之间连接有第一稳压二极管V1和与所述第一稳压二极管V1串联连接的第三电阻R3，所述第一稳压二极管V1的正极通过第一电感L1连接有第一滤波电容C1和与所述第一滤波电容C1并联连接的第一电解电容C3，所述第一稳压二极管V1的负极、第一滤波电容C1的负极以及第一电解电容C3的负极共同接地，所述第一电解电容C3的正极与负极之间连接有分压电阻第一电阻R1和与所述第一电阻R1串联连接的分压电阻第四电阻R4，第一电阻R1与第四电阻R4之间通过滤波电阻第二电阻R2和滤波电容第五电容C5接地，在分压电阻第一电阻R1和第四电阻R4输出端两侧连接有风机和对风机的电流进行检测的第五电阻R5。
作为本发明进一步的技术方案，所述恒功率补偿电路为基于比较器N3A和乘法器N2A的补偿电路，所述风机输出电压侧的一端连接乘法器N2A的第二引脚，所述电阻R2分压后的一端连接所述乘法器N2A的第三引脚，所述乘法器N2A的第八引脚连接+5V电压，所述乘法器N2A的第四引脚连接接地，所述乘法器N2A的第一引脚连接所述比较器N3A的第三引脚，所述比较器N3A的第二引脚通过滤波电容第六电容C6接地、通过第六电阻R6连接单片机电路控制信号，所述比较器N3A的第八引脚连接+5V电压，所述比较器N3A的第四引脚接地，所述比较器N3A的第一引脚连接N1控制芯片的第二引脚。
一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制方法，所述方法如下：
(S1)采用单片机电路设定风机功率；
(S2)采用恒功率补偿电路检测风机电压、风机电流，将检测到的风机电压和风机电流经过硬件乘法电路相乘得到风机实际功率信号；
(S3)恒功率补偿电路通过比较器电路将风机实际功率信号和单片机设定的风机控制功率信号相比较，
(S4)判断：当风机实际功率信号比风机控制功率信号小时，风机控制电路自动增加输出电压，当风机实际功率信号比风机控制功率信号大，则风机控制电路自动减少输出电压；
(S5)实现风机控制：根据步骤(S4)的判断结果，所述风机控制电路通过控制电路中的直流电压改变、控制风机功率。
进一步地，所述硬件乘法电路为基于乘法器N2A芯片的乘法电路，所述比较器电路为基于比较器N3A芯片的比较器电路。
积极有益效果：
相对于市场上现有的交流供电的全自动强制排气或智能恒温燃气快速热水器和壁挂炉，本发明采用恒功率补偿电路对风机电路进行补偿，采用风机控制电路自动控制风机的功率，从而保持风机功率恒定不变，使热水器能够持续正常工作，不会发生熄火现象，克服了现有技术中当风机的输入电压有变化或者烟道被堵塞时，风机的输出功率会变小，不能按原来的输出功率输出导致热水器熄火或者不能正常工作的技术缺陷，大大地便利了人们的生活，使得热水器更好地为人类服务，从而提高了人们的生活品质。
附图说明
图1为本发明的系统原理结构框图；
图2为本发明中电源电路示意图；
图3为本发明中的单片机电路示意图；
图4为本发明中的风机控制电路和恒功率补偿电路图；
图5为本发明方法中风机恒功率自动控制方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制系统，包括恒功率补偿电路、风机控制电路、单片机电路、电源电路以及风机，其中所述电源电路向各个电路提供工作电压，所述单片机电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，所述风机控制电路的输出端与所述风机的输入端连接，所述风机的输出端与所述恒功率补偿电路的输入端连接，所述恒功率补偿电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，其中所述恒功率补偿电路用于检测所述风机的电压和电流，所述风机控制电路用于控制所述风机的功率，所述单片机电路用于计算所述风机的功率信号。
如图2所示，所述单片机电路为基于STM32F103C8T6芯片的单片机电路。
如图3所示，所述电源电路包括进行电压变换的第一DC-DC电路，所述电源电路采用型号为LM2596S-ADJ的降压稳压器，所述降压稳压器将+24V的直流电压降低为+5V的直流电压。
在该电源电路中，型号为LM2596S-ADJ的降压稳压器第一引脚连接+24V电压，第三引脚接地，第一引脚和第三引脚之间连接有第三电解电容第C11，与所述第三电解电容第C11并联连接有滤波电容C12，降压稳压器的第五引脚与第三引脚连接，共同接地，第二电感L2通过电容C11接地，降压稳压器的第二引脚还通过第二稳压二极管V2接地，第二稳压二极管V2与第二电感L2和电容C11并联，电容C11还并联有第四电解电容C9，第四电解电容C9正极输出+5V电压、负极接地，+5V电压输出端还连接有分压电阻R7和R9，其输出连接降压稳压器的第四引脚。
如图4所示，所述风机控制电路包括基于N1控制芯片的第二DC-DC电路和风机，其中所述第二DC-DC电路的第五引脚连接+42V电压，所述第二DC-DC电路的第一引脚接地，所述第二DC-DC电路的第五引脚和第一引脚接地中间连接有第二滤波电容C2和与所述第二滤波电容C2并联连接的第二电解电容C4，所述第二DC-DC电路的第三引脚和第二引脚之间连接有第一稳压二极管V1和与所述第一稳压二极管V1串联连接的第三电阻R3，所述第一稳压二极管V1的正极通过第一电感L1连接有第一滤波电容C1和与所述第一滤波电容C1并联连接的第一电解电容C3，所述第一稳压二极管V1的负极、第一滤波电容C1的负极以及第一电解电容C3的负极共同接地，所述第一电解电容C3的正极与负极之间连接有分压电阻第一电阻R1和与所述第一电阻R1串联连接的分压电阻第四电阻R4，第一电阻R1与第四电阻R4之间通过滤波电阻第二电阻R2和滤波电容第五电容C5接地，在分压电阻第一电阻R1和第四电阻R4输出端两侧连接有风机和对风机的电流进行检测的第五电阻R5。
在具体实施例中，所述恒功率补偿电路为基于比较器N3A和乘法器N2A的补偿电路，所述风机输出电压侧的一端连接乘法器N2A的第二引脚，所述电阻R2分压后的一端连接所述乘法器N2A的第三引脚，所述乘法器N2A的第八引脚连接+5V电压，所述乘法器N2A的第四引脚连接接地，所述乘法器N2A的第一引脚连接所述比较器N3A的第三引脚，所述比较器N3A的第二引脚通过滤波电容第六电容C6接地、通过第六电阻R6连接单片机电路控制信号，所述比较器N3A的第八引脚连接+5V电压，所述比较器N3A的第四引脚接地，所述比较器N3A的第一引脚连接N1控制芯片的第二引脚。
结合上述实施例，下面对本发明做进一步的描述。
如图5所示，一种燃气快速热水器直流风机恒功率自动控制方法，其中所述方法如下：
(S1)采用单片机电路设定风机功率；
在该步骤中，主要根据燃气快速热水器(壁挂炉)的不同热负荷查风机功率表得到对应的风机功率。风机功率表是在开发热水器(壁挂炉)时，根据不同热负荷测试烟气指标得出的最佳对应风机功率。即对热水器(壁挂炉)的不同热负荷查风机功率表得到对应的风机功率输出一个功率信号给风机控制电路。
(S2)采用恒功率补偿电路检测风机电压、风机电流，将检测到的风机电压和风机电流经过硬件乘法电路相乘得到风机实际功率信号；
(S3)恒功率补偿电路通过比较器电路将风机实际功率信号和单片机设定的风机控制功率信号相比较，
(S4)判断：当风机实际功率信号比风机控制功率信号小时，风机控制电路自动增加输出电压，当风机实际功率信号比风机控制功率信号大，则风机控制电路自动减少输出电压；
在步骤(S2)、(S3)、(S4)中，恒功率补偿电路由比较器N3A和乘法器N2A构成。乘法器N2A电路把风机的电流和电压相乘得到风机实际功率信号，然后把风机实际功率信号送给比较器N3A的第三引脚。比较器N3A的第二引脚为单片机电路给的风机控制功率信号。比较器N3A把单片机电路给的功率控制信号和风机实际功率信号进行比较，若风机实际功率信号比风机控制功率信号小，则比较器N3A电路输出低电平，此时第二DC-DC电路中的N1控制芯片开始增加电压输出；若风机实际功率信号比风机控制功率信号大，则比较器N3A电路输出高电平，此时N1控制芯片开始减少电压输出，通过控制电压的大小而控制风机功率变化。
(S5)实现风机控制：根据步骤(S4)的判断结果，所述风机控制电路通过控制电路中的直流电压改变、控制风机功率。
在风机控制电流中，由N1控制芯片组成的DC-DC电源转换电路，其输出直接控制风机。第一电阻R1和第四电阻R4对输出电压分压，第二电阻R2和第五电容C5对分压电压滤波，然后把分压电压送给乘法器N2A。第五电阻R5对风机的电流进行检测，把风机电流送给乘法器N2A。N1控制芯片的第二引脚为DC-DC控制端，控制此脚可以控制输出电压，在具体实施例中，可以控制输出电压0-42V变化。
根据上述实施例，因此，整个补偿由硬件控制，不受单片机干扰，补偿速度快且误差小，能达到快速稳定风机功率。
综上所述，相对于市场上现有的交流供电的全自动强制排气或智能恒温燃气快速热水器和壁挂炉，本发明采用恒功率补偿电路对风机电路进行补偿，使得风机控制电路自动控制风机的功率，从而保持风机功率恒定不变，使热水器能够持续正常工作，不会发生熄火现象，克服了现有技术中当风机的输入电压有变化或者烟道被堵塞时，风机的输出功率会变小，不能按原来的输出功率输出导致热水器熄火或者不能正常工作的技术缺陷，大大地便利了人们的生活，使得热水器更好地为人类服务，从而提高了人们的生活品质。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (5)
1.一种燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统，包括恒功率补偿电路、风机控制电路、单片机电路、电源电路以及风机，其特征在于，所述电源电路向各个电路提供工作电压，所述单片机电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，所述风机控制电路的输出端与所述风机的输入端连接，所述风机的输出端与所述恒功率补偿电路的输入端连接，所述恒功率补偿电路的输出端与所述风机控制电路的输入端连接，其中所述恒功率补偿电路用于检测所述风机的电压和电流，所述风机控制电路用于控制所述风机的功率，所述单片机电路用于计算所述风机的功率信号；
所述风机控制电路包括基于N1控制芯片的第二DC-DC电路和风机，其中所述第二DC-DC电路的第五引脚连接+42V电压，所述第二DC-DC电路的第一引脚接地，所述第二DC-DC电路的第五引脚和第一引脚接地中间连接有第二滤波电容C2和与所述第二滤波电容C2并联连接的第二电解电容C4，所述第二DC-DC电路的第三引脚和第二引脚之间连接有第一稳压二极管V1和与所述第一稳压二极管V1串联连接的第三电阻R3，所述第一稳压二极管V1的正极通过第一电感L1连接有第一滤波电容C1和与所述第一滤波电容C1并联连接的第一电解电容C3，所述第一稳压二极管V1的负极、第一滤波电容C1的负极以及第一电解电容C3的负极共同接地，所述第一电解电容C3的正极与负极之间连接有分压电阻第一电阻R1和与所述第一电阻R1串联连接的分压电阻第四电阻R4，第一电阻R1与第四电阻R4之间通过滤波电阻第二电阻R2和滤波电容第五电容C5接地，在分压电阻第一电阻R1和第四电阻R4输出端两侧连接有风机和对风机的电流进行检测的第五电阻R5；
所述恒功率补偿电路为基于比较器N3A和乘法器N2A的补偿电路，所述风机输出电压侧的一端连接乘法器N2A的第二引脚，所述第二电阻R2分压后的一端连接所述乘法器N2A的第三引脚，所述乘法器N2A的第八引脚连接+5V电压，所述乘法器N2A的第四引脚接地，所述乘法器N2A的第一引脚连接所述比较器N3A的第三引脚，所述比较器N3A的第二引脚通过滤波电容第六电容C6接地、通过第六电阻R6连接单片机电路控制信号，所述比较器N3A的第八引脚连接+5V电压，所述比较器N3A的第四引脚接地，所述比较器N3A的第一引脚连接N1控制芯片的第二引脚。
2.根据权利要求1所述的一种燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统，其特征在于，所述单片机电路为基于STM32F103C8T6芯片的单片机电路。
3.根据权利要求1所述的一种燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统，其特征在于，所述电源电路包括进行电压变换的第一DC-DC电路，所述电源电路采用型号为LM2596S-ADJ的降压稳压器，所述降压稳压器将+24V的直流电压降低为+5V的直流电压。
4.一种基于上述权利要求1-3中任一项所述的燃气快速热水器风机恒功率自动控制系统实现的燃气快速热水器风机恒功率自动控制方法，所述方法如下：
（S1）采用单片机电路设定风机功率；
（S2）采用恒功率补偿电路检测风机电压、风机电流，将检测到的风机电压和风机电流经过硬件乘法电路相乘得到风机实际功率信号；
（S3）恒功率补偿电路通过比较器电路将风机实际功率信号和单片机设定的风机控制功率信号相比较，
（S4）判断：当风机实际功率信号比风机控制功率信号小时，风机控制电路自动增加输出电压，当风机实际功率信号比风机控制功率信号大，则风机控制电路自动减少输出电压；
（S5）实现风机控制：根据步骤（S4）的判断结果，所述风机控制电路通过控制电路中的直流电压改变、控制风机功率。
5.根据权利要求4所述的一种燃气快速热水器风机恒功率自动控制方法，其特征在于，所述硬件乘法电路为基于乘法器N2A芯片的乘法电路，所述比较器电路为基于比较器N3A芯片的比较器电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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