CN202661906U - 一种热水壶的精确控温电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热水壶的精确控温电路，其除包括单片机、发热丝和热敏电阻外，还包括过零检测单元和功率控制单元，该功率控制单元包括继电器控制模块和可控硅控制模块。采用该热水壶的精确控温电路，在水体温度较低时使用继电器导通加热，发热丝以全功率加热，迅速加热水体；继电器吸合后具有压降小，自身发热量小的特性，使得热水壶具有升温快，控制板发热量小的特点。在接近设定温度时采用可控硅控制用小功率加热，壶内水体温升平缓、均匀，单片机可精确测量到并加以控制，实测可以做到±0.5℃，控温精确；另外，热水壶每次工作继电器只需动作一次，控温和保温阶段由无使用次数限制的可控硅完成，使热水壶的使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种热水壶的精确控温电路。
背景技术
电热水壶以其使用方便、烧开即停的特点深受消费者的喜爱，普及率迅速上升，市场巨大。电热水壶控制方式有两种：蒸汽开关式和电子式。蒸汽开关控制是利用水沸腾后产生的蒸汽加热双金属片开关动作断开电源。电子式通过热敏电阻探测壶内水温，再经单片机处理控制加热体的通断实现控温。蒸汽开关式只能实现单一的烧开功能，电子式则可以实现烧开、加热到设定温度和保温等功能。电热水壶为了在短时间内将水加热到需要温度，普遍是大功率，小水量设计，以实现快速加热。这样的设计对实现精确控温是一个不易解决的问题，因为温度的采集、处理总是存在一定的滞后，难以实时反应出壶内水体的真实温度，加上控制电路断开后加热盘的余热传递到水体会继续升高水温，都会导致控温精度不理想。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种热水壶的精确控温电路，在实际温度点和设定温度点差值不同时采用两种控制模式：在水温较低时启用继电器回路全功率加热，在水温接近设定温度时启用可控硅控制回路以小功率加热，分阶段用不同的硬件通断控制电路和软件算法，实现快速加热和精确控温。
为实现上述目的，所述热水壶的精确控温电路，包括单片机，以及与所述单片机通讯连接的发热丝和热敏电阻，热敏电阻置于热水壶的壶体内，热敏电阻的温度数据输入至单片机的AD0端口；其特点是，所述热水壶的精确控温电路还包括，过零检测单元，所述过零检测单元包括第二电阻、第三电阻、第一三极管和第一二极管；其中，市电火线端经第二电阻连接第一三极管的基极，市电零线端经第三电阻连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的集电极还连接单片机的I/O1端口，第一三极管的发射极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极连接第一三极管的基极；以及，功率控制单元，所述功率控制 单元包括继电器控制模块和可控硅控制模块；其中，所述继电器控制模块包括继电器、第二二极管、第二三极管、第五电阻和第六电阻，发热丝的第一端连接市电火线端，发热丝的第二端连接继电器的触点，触点的另一端连接市电零线端；所述继电器的驱动线圈的一端同时接低压直流电和第二二极管的正极，继电器的驱动线圈的另一端同时连接第二二极管的负极和第二三极管的集电极，连接+5直流电的第二三极管的发射极经第六电阻连接单片机的I/O3端口，第二三极管的基极经第五电阻连接单片机的I/O3端口；并且，所述可控硅控制模块包括可控硅和第四电阻，其中，所述可控硅并联在发热丝的第二端与市电零线端之间，且所述可控硅的控制端经第四电阻连接单片机的I/O2端口。
优选的是，所述热水壶的精确控温电路还包括用于提供工作电源的电源提供模块，所述电源提供模块包括电压转换单元、第一滤波电容、稳压集成电路、第二滤波电容和放电用的第一电阻；其中，市电火线端和市电零线端分别连接电压转换单元的输入端，由所述电压转换单元转换为低压+12V直流电，以作为所述继电器的工作电源；并且，所述第一滤波电容和稳压集成电路顺次并联于所述电压转换单元的输出端和市电零线端之间，所述第二滤波电容和放电电阻分别并联于稳压集成电路的输出端和市电零线端之间，使该低压+12V直流电经第一滤波电容、稳压集成电路、第二滤波电容和放电电阻的作用后转换为+5V直流电。
优选的是，所述热敏电阻并联在一接插件的输入端，该接插件的输出端经第八电阻连接单片机的AD0端口，一第二瓷片电容和一第七电阻分别并联于所述接插件的输出端和地之间。
本实用新型的有益效果在于，
a)控温精确：在接近设定温度时采用可控硅控制用小功率加热，壶内水体温升平缓、均匀，单片机可以精确的测量到并加以控制，实测可以做到±0.5℃：
b)升温快，控制板发热量小：在水体温度较低时使用继电器导通加热，发热丝以全功率加热，迅速加热水体；继电器吸合后具有压降小，自身发热量小的特性；
c)使用寿命长：每次工作继电器只需动作一次，控温和保温阶段由无使用次数限制的可控硅完成。
附图说明
图1示出了本实用新型所述的热水壶的精确控温电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明：
图1示出了本实用新型所述的热水壶的精确控温电路的电路图，如图1所示，市电火线端ACL分为三路：第一路连接到发热丝3的第一端31；第二路和市电零线端ACN共同进入电压转换单元1转换为供继电器4使用的低压+12V直流电，第一滤波EC1起滤波作用，此电源再经稳压集成电路7稳压、第二滤波电容EC2滤波产生供单片机2等电路使用的+5V直流电，第一电阻R1是放电电阻；第三路经第二电阻R2加到第一三极管Q1的基极，由市电火线端ACL输入的电压位于正半周时，第一三极管Q1导通，其集电极输出低电平，由市电火线端ACL输入的电压位于负半周时，第一三极管Q1截止，其集电极被第三电阻R3拉高，第一三极管Q1的集电极电平高低转换时就是市电的过零点，单片机的I/O1端口检测到过零点作为可控硅T1调角的延时基准点。第一二极管D1在市电火线端ACL输入的电压位于负半周时放电用，防止负压过高损坏第一三极管Q1。
装在壶体内的热敏电阻5通过接插件6与单片机2控制板连接，热敏电阻5的一端接+5V直流电，另一端和第七电阻R7串联到地，两者的中点电压由热敏电阻5的阻值和第七电阻R7的阻值比例决定，此电压经第二瓷片电容CC2滤波再经第八电阻R8连接到单片机2的AD0端口读入，由单片机2完成数模转换、数字滤波等处理得出热敏电阻5的温度值。单片机2根据检测的热敏电阻5温度再结合当前的工作状态来控制水壶发热丝3。具体分为三种状态：
一种情况：当检测到的热敏电阻5的实际温度低于设定温度8度以上时，单片机2的I/O2端口输出高电平，经第四电阻R4关断可控硅T1，单片机2的I/O3端口输出低电平经第五电阻R5让PNP型第二三极管Q2导通，继电器4通电吸合，市电零线端ACN经继电器4吸合触点加到发热丝3的第二端32，发热丝3以全功率加热。
第二种情况：当检测到的热敏电阻5的实际温度小于设定温度+0.5度且大于设定温 度-8度时，这一阶段单片机2的I/O3端口输出高电平关闭继电器4，根据温度差值的高低、大小和之前加热的温升状况求出当前需要加热功率，单片机2的I/O1端口检测到过零点后在I/O2端口延迟输出低电平经第四电阻R4让可控硅T1导通，发热丝3按设定小功率加热。
第三种情况：当检测到的热敏电阻5的实际温度高于设定温度0.5度以上或没开机时，单片机2的I/O2端口和I/O3端口均输出连续的高电平，继电器4和可控硅T1均断开，发热丝3的第二端32和市电零线端ACN无法连通，发热丝3停止工作。
另外，第二二极管D2是为消除继电器4线圈的反峰电压用的，第六电阻R6和第一瓷片电容CC1的作用是防止电路受到强干扰时出现误动作。
综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。
Claims (3)
1.一种热水壶的精确控温电路，包括单片机，以及与所述单片机通讯连接的发热丝和热敏电阻，热敏电阻置于热水壶的壶体内，热敏电阻的温度数据输入至单片机的AD0端口；其特征在于：所述热水壶的精确控温电路还包括，
过零检测单元，所述过零检测单元包括第二电阻、第三电阻、第一三极管和第一二极管；其中，市电火线端经第二电阻连接第一三极管的基极，市电零线端经第三电阻连接第一三极管的集电极，所述第一三极管的集电极还连接单片机的I/O1端口，第一三极管的发射极连接第一二极管的正极，第一二极管的负极连接第一三极管的基极；以及，
功率控制单元，所述功率控制单元包括继电器控制模块和可控硅控制模块；其中，
所述继电器控制模块包括继电器、第二二极管、第二三极管、第五电阻和第六电阻，发热丝的第一端连接市电火线端，发热丝的第二端连接继电器的触点，触点的另一端连接市电零线端；所述继电器的驱动线圈的一端同时接低压直流电和第二二极管的正极，继电器的驱动线圈的另一端同时连接第二二极管的负极和第二三极管的集电极，连接+5V直流电的第二三极管的发射极经第六电阻连接单片机的I/O3端口，第二三极管的基极经第五电阻连接单片机的I/O3端口；并且，
所述可控硅控制模块包括可控硅和第四电阻，其中，所述可控硅并联在发热丝的第二端与市电零线端之间，且所述可控硅的控制端经第四电阻连接单片机的I/O2端口。
2.根据权利要求1所述的热水壶的精确控温电路，其特征在于：所述热水壶的精确控温电路还包括用于提供工作电源的电源提供模块，所述电源提供模块包括电压转换单元、第一滤波电容、稳压集成电路、第二滤波电容和放电用的第一电阻；其中，市电火线端和市电零线端分别连接电压转换单元的输入端，由所述电压转换单元转换为低压+12V直流电，以作为所述继电器的工作电源；并且，所述第一滤波电容和稳压集成电路顺次并联于所述电压转换单元的输出端和市电零线端之间，所述第二滤波电容和放电电阻分别并联于稳压集成电路的输出端和市电零线端之间，使该低压+12V直流电经第一滤波电容、稳压集成电路、第二滤波电容和放电电阻的作用后转换为+5V直流电。
3.根据权利要求1或2所述的热水壶的精确控温电路，其特征在于：所述热敏电阻并联在一接插件的输入端，该接插件的输出端经第八电阻连接单片机的AD0端口，一第二瓷片电容和一第七电阻分别并联于所述接插件的输出端和地之间。
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