CN2555482Y - 智能电热水器控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能电热水器控制器，控制器包括两块相同的由微处理器、面板按键、LED指示灯和液晶显示屏及其输出电路组成的显示操作板；控制器包括一块由微处理器控制的具有两段自动量程转换的温度测量电路的、微处理器采用脉冲驱动电路驱动继电器的、具有实时时钟的主控制板，主控板上还具有独立于微处理器的包括温度传感器检测电路、继电器驱动电路的安全电路；控制器包括一块直流电源电路、电加热控制电路组成的直流电源及电加热控制板；主控板和显示操作板的接口电路使得主控板通过两根导线既能向显示操作板提供电源又能完成主控板与显示操作板之间的双向通讯。主控板和显示操作板的通讯协议使得通讯不影响显示操作板上微处理器的电源供应。当主控板上的微处理器发生故障时，微处理器脉冲驱动电路通过继电器断开电加热器与交流电源之间的连接。当安全电路检测到温度超过报警值、温度传感器短路、温度传感器断路故障时，安全电路通过继电器断开电加热器与交流电源之间的连接。本实用新型使用两块完全相同的显示操作板，方便安装调试与维护。

Description

智能电热水器控制器

                       技术领域

本实用新型涉及一种智能电热水器控制器，以下简称控制器。

                       发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：

1、如果电热热水器的显示和操作在热水器本体和另外的线控器上进行，使用两块相同的由微处理器、面板按键、LED指示灯和液晶显示屏及其输出电路组成的显示操作板，将简化显示操作板的生产工艺，方便安装调试与维护。

2、主控板和两块显示操作板之间各使用两根导线相连接。两根导线既向显示操作板提供电源，又完成主控板与显示操作板之间的双向通讯。

3、当主控板上的微处理器不能正常工作时，电加热器与交流电源断开。

4、当主控板上的温度传感器不能正常工作时，电加热器与交流电源断开。

5、控制器使用微处理器内部的比较器电路来构成两路A/D转换器。

6、解决温度传感器热敏电阻非线性较大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

1、使用两块相同的由微处理器、面板按键、LED指示灯和液晶显示屏及其输出电路组成的显示操作板来操作控制器。

2、主控板和显示操作板的接口电路使得通过两根导线既能提供电源又能完成主控板和显示操作板之间的双向通讯。主控板和显示操作板的通讯协议使得双方的通讯不影响显示操作板上微处理器的电源供应。

3、主控板上的微处理器通过脉冲驱动电路驱动输出继电器。当微处理器发生故障，其输出引脚不能输出符合要求的脉冲信号时，脉冲驱动电路不能使输出继电器吸合，从而断开电加热器与交流电源之间的连接。

4、主控板上具有独立于微处理器的安全电路。安全电路包括温度传感器检测电路、继电器驱动电路。当安全电路检测到温度超过报警值、温度传感器短路、温度传感器断路故障时，安全电路通过继电器驱动电路来驱动电加热控制输出电路的常闭型继电器，常闭型继电器动作，断开电加热器与交流电源之间的连接。

5、主控板上的微处理器通过内部的比较器电路来构成两路A/D转换器。

6、微处理器通过两段自动量程转换的AD采样温度测量电路来解决温度传感器热敏电阻非线性较大的问题。

                       附图说明

图1是本实用新型的具体实施方式的原理框图。

图2是本实用新型的具体实施方式的主控制板的原理框图。

图3是本实用新型的具体实施方式的显示操作板的原理框图。

图4是本实用新型的具体实施方式的直流电源及电加热控制板的原理框图。

图5是本实用新型的具体实施方式的具有两段自动量程转换的AD采样温度测量电路原理图。

图6是本实用新型的具体实施方式的微处理器控制的继电器脉冲驱动电路原理图。

图7是本实用新型的具体实施方式的由温度传感器检测电路、继电器驱动电路构成的安全电路原理图。

图8是本实用新型的具体实施方式的显示操作板的电路原理图。

图9是本实用新型的具体实施方式的直流电源的电路原理图。

图10是本实用新型的具体实施方式的电加热控制电路原理图。

图11是本实用新型的具体实施方式的主控板微处理器、上电掉电电路、电源电路的原理图。

                       具体实施方式

如图1所示，本实施例由一块主控制电路板、两块完全相同显示操作电路板、一块直流电源及电加热控制电路板构成。

如图2所示，本实施例主控制电路板由微处理器控制的具有两段自动量程转换的AD采样温度测量电路、微处理器控制的继电器脉冲驱动电路、独立于微处理器控制电路的含有温度传感器检测电路、继电器驱动电路的安全电路构成。

如图3所示，本实施例显示操作电路板由微处理器、按键及其输入电路、LED指示灯及其驱动电路、液晶显示屏和蜂鸣器及其驱动电路、电源以及通讯电路构成。

如图4所示，本实施例电源及热水器加热控制电路板由直流电源电路、电加热控制电路构成。

如图5所示，AD采样电路和两段自动量程转换的温度采样测量电路由第一路电阻R1、R2、R3，电容C1、第二路电阻R4、R5、R6、电容C2以及R7、电容C3和温度传感器RT1构成，大约在50℃时自动发生量程转换。R1、R2和RT1构成一路分压电路，R4、R5和RT1构成另一路分压电路；R3、C1形成一路低通滤波电路，R6、C2形成另一路低通滤波电路。以一路为例，其AD采样电路工作原理为：微处理器MES1端输出标准测量电压，经R1、R2和RT1构成的分压电路得到(与被测温度相一致的)测量电压，该测量电压经R3、C1形成的低通滤波电路滤波后，输入到CPU内部比较器的正向端CIN1B，微处理器的CRFE端输出脉冲占空比可调的电压脉冲给电容C3充电，在电容C3端形成直流电压值随脉冲占空比变化的比较电压，微处理器改变输出脉冲占空比，使得比较电压等于测量电压，此时的占空比就表示测量电压的AD值。由于R1、R2和RT1构成的分压电路与R4、R5和RT1构成的另一路分压电路选取不同的参数，微处理器分别使MES1端或MES2端输出标准测量电压，可以得到不同量程的AD值，从而使量程转换。

如图6所示，微处理器控制的继电器脉冲驱动电路由电阻R8～R11，电解电容器C4～C7，二极管D1～D4构成。来自CPU的用于继电器输出的信号脉冲串经U1：A驱动两路完全相同的继电器脉冲驱动电路。以一路为例，用于继电器输出的信号脉冲串经电解电容器C4隔直，二极管D2整流，向电解电容器C5充电，使得U1：B的输入端为高电平，从而驱动继电器J1吸合。一旦信号脉冲串消失，电解电容器C5上的直流电压经电阻R9放电，使得U1：B的输入端为低电平，从而使继电器J1释放。二极管D1为保护二极管。R8为上拉电阻。本电路可以防止CPU误操作驱动继电器吸合，加强可靠性。

如图7所示，安全电路的温度传感器检测电路由传感器RT2，电阻R12～R17、集成电路U2构成，安全电路的继电器驱动电路由集成电路U1：E、U1：F和二极管D5、D6构成。

电源电压经电阻R13、R14分压形成固定的参考电压VL加在集成电路U2：B的同相端，电源电压经电阻R15、R16分压形成固定的参考电压VH加在集成电路U2：A的反相端，电源电压经电阻R12、温度传感器RT2分压，产生比较电压VR加在集成电路U2：B反相端的和集成电路U2：A的同相端。当比较电压VR值小于参考电压VL时，集成电路U2：B输出高电平，驱动安全电路的继电器驱动电路，使得电加热控制电路的常闭型继电器动作，断开电加热器与交流电源之间的连接。同时U2：B输出报警信息通过U1：D送给微处理器U5；当比较电压值大于参考电压VH时，集成电路U2：A输出高电平，驱动安全电路的继电器驱动电路，使得电加热控制电路的常闭型继电器动作，断开电加热器与交流电源之间的连接，同时U2：A输出报警信息通过D7送给微处理器U5。

如图8所示，在显示操作电路板上，按键开关电路由七个直接与微处理器相连的手动按键K1～K7构成。液晶显示屏、蜂鸣器BEL及其驱动电路由液晶显示屏、蜂鸣片、二极管D8，电解电容器C9构成。LED指示灯L1、L2经过电阻R18、R19与微处理器相连。电源电路由二极管D9，电解电容器C10、独石电容器C11构成。来自主控板的通讯信号直接加在微处理器U3的第13脚上。液晶显示屏、蜂鸣器及其驱动电路受控于微处理器U3，安规定的程序显示信息和鸣音，电解电容器C9为液晶显示屏、蜂鸣器BEL及其驱动电路提供电源能量。按键开关电路将手动操作信息送给微处理器U3，微处理器U3根据规定的程序做相应的处理，以及在液晶显示屏上显示相应的操作信息和使蜂鸣器BEL发出鸣音提示。LED指示灯电路受控于微处理器U3，指示操作板的电源开关状态和热水器的温度是否超过报警值。来自于主控板电源通讯线直接与微处理器的通讯管脚相连，电源电路的电解电容器C10、独石电容器C11通过二极管D9与来自于主控板电源通讯线相连。电解电容器C10在主控板与显示操作板通讯期间提供电源能量。独石电容器C11起高频滤波作用。

如图9所示，直流电源电路由变压器、二极管D10～D14、C12电解电容器，C13独石电容器，三端稳压器U4构成。220V交流电压经变压器降压、整流，电解电容器、独石电容器滤波，为继电器和三端稳压器提供直流电源，三端稳压器将直流电源稳压后，提供稳定的直流电源电压。

如图10所示，电加热控制电路由D14～D17、J1-J4四个继电器构成。J1、J3是触点为常开触点的常开型继电器。J2、J4是触点为常闭触点的常闭型继电器。J2的常闭触点与J1的常开触点串联连接构成交流电火线控制电路，J3的常闭触点与J4的常开触点串联连接构成交流电零线控制电路。J2、J4受控于主控板的安全电路，J1、J3受控于主控板的继电器脉冲驱动电路。当主控板的安全电路处于安全状态时，J2、J4不吸合，J2、J4的触点闭合，J1、J3受控于主控板的继电器脉冲驱动电路，根据微处理器的指令驱动电加热器工作，当主控板的安全电路处于非安全状态时(热水器超高温、传感器短路或开路)，J2、J4吸合，J2、J4的触点断开，电加热器停止加热。二极管D14～D17为继电器J1-J4的线圈的续流二极管，它防止J1-J4的线圈失电时产生瞬时高电压。

如图11所示，主控板上的掉电、上电检测电路由电阻R23、R24、集成电路U1：G构成；电源电路由二极管D18、D19、独石电容器C16、C15、高容量电容器C14构成。时钟电路由时钟芯片U6，晶振OSC、电阻R22构成。当来自直流电源电路的直流电压存在时，该电压经二极管D19向高容量电容器C14充电，同时掉电、上电检测电路使微处理器U5的第8脚为低电平；当来自直流电源电路的直流电压不存在时，掉电、上电检测电路使微处理器U5的第8脚为高电平，由高容量电容器C14向微处理器U5以及时钟电路U6提供电源能量，维持时钟电路U6正常工作和微处理器内部数据的保持。时钟电路U6向微处理器U5提供时间基准。

Claims (5)

1、一种智能电热水器控制器，其特征在于：

A、它包括两块相同的由微处理器、按键及其输入电路、LED指示灯及其驱动电路、液晶显示屏和蜂鸣器及其驱动电路、电源以及通讯电路构成的显示操作板，一块安装在热水器本体上，一块作为线控器通过较长的电缆线单独安装，也可以根据需要只安装其中一块显示操作板；按键开关作为输入电路直接与微处理器相连，LED指示灯通过其驱动电路与微处理器相连，液晶显示屏和蜂鸣器通过其驱动电路与微处理器相连，来自于主控板的电源通讯线直接与微处理器的通讯管脚相连，电源电路的电解电容器C10、独石电容器C11通过二极管D9与来自于主控板电源通讯线相连；

B、它包括由微处理器控制的具有两段自动量程转换的温度测量电路的、微处理器采用脉冲驱动电路驱动继电器的、具有实时时钟的主控制板，主控制板还具有独立于微处理器控制电路的含有温度传感器上下限检测电路、继电器驱动电路的安全电路。由第一路电阻R1、R2、R3，电容C1、第二路电阻R4、R5、R6、电容C2以及电阻R7、电容C3和温度传感器RT1构成两段自动量程转换的温度测量电路，由微处理器控制大约在50℃时自动发生量程转换。继电器脉冲驱动电路由电阻R8～R11，电解电容器C4～C7，二极管D1～D4构成，它通过反相器U1：A与微处理器相连，通过U1：B、U1：C输出到直流电源及电加热控制板。U6为实时时钟芯片，它直接与微处理器相连，微处理器通过它取得实时时钟信息。安全电路的温度传感器检测电路由传感器RT2，电阻R12～R17、集成电路U2构成，安全电路的继电器驱动电路由集成电路U1：E、U1：F和二极管D5、D6构成，由继电器驱动电路输出到直流电源及电加热控制板；

C、它包括由直流电源电路、电加热控制电路组成的直流电源及电加热控制板。直流电源电路由变压器、二极管D10～D14、C12电解电容器，C13独石电容器，三端稳压器U4构成。电加热控制电路由D14～D17、J1-J4四个继电器构成；J1、J3是触点为常开触点的常开型继电器。J2、J4是触点为常闭触点的常闭型继电器。J2的常闭触点与J1的常开触点串联连接构成交流电火线控制电路，J3的常闭触点与J4的常开触点串联连接构成交流电零线控制电路。J2、J4受控于主控板的安全电路，J1、J3受控于主控板的继电器脉冲驱动电路。

2、如权利要求1所述的智能控制器其特征还在于：主控板与各显示操作板之间各只用两根导线连接。主控板通过两根导线向这两根导线所连接的显示操作板提供电源并完成主控板与所连接的显示操作板之间的通讯。

3、如权利要求1所述的智能控制器其特征还在于：主控板上的微处理器通过脉冲驱动电路驱动输出继电器，当微处理器发生故障，其输出引脚不能输出符合要求的脉冲信号时，输出继电器断开电加热器与交流电源之间的连接。

4、如权利要求1所述的智能控制器其特征还在于：主控板上的微处理器通过内部的比较器电路来构成两路A/D转换器，微处理器通过两段自动量程转换的AD采样温度测量电路来解决温度传感器热敏电阻非线性较大的问题。

5、如权利要求1所述的智能控制器其特征还在于：独立于微处理器控制电路的含有温度传感器上下限检测电路、继电器驱动电路的安全电路检测到温度超过报警值、温度传感器短路、温度传感器断路故障时，安全电路通过自身继电器驱动电路来驱动电加热控制输出电路的常闭型继电器，常闭型继电器动作，断开电加热器与交流电源之间的连接。

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