CN2195736Y - 脉冲燃烧热水炉微电脑控制器 - Google Patents

Abstract

本控制器由单片机***、温度检测电路、熄灭检 测电路、水位传感器、数显电路、按键及复位电路、报 警电路、A/D转换器、光电隔离及驱动电路和多路 继电器构成。独特之处是温度传感器为简单分压电 路，结构简单，精度高；熄火传感器以普通喇叭为传感 器，将燃烧时产生的振动转换成脉冲信号，触发单稳 态，得到热水炉正常燃烧与否的信号。微机通过接 收、处理各种传感信号，发出控制指令，控制热水炉的 运行，大大地提高了脉冲燃烧热水炉的自动化程度， 使其安全、方便、实用。

Description

本实用新型涉及一种微电脑控制器，特别是用于脉冲燃烧热水炉的自动控制器。

脉冲燃烧热水炉是一种利用国际上先进的脉冲燃烧技术设计的快速燃气热水炉。其燃烧原理是：当燃气和空气经混合室混合后进入燃烧室，第一次用电火花点火，开始燃烧后，由于气体膨胀，使单向进气阀关闭，同时推动烟气通过换热管道后排出。由于惯性的作用，又使燃烧室内形成负压，于是又打开进气阀，再次吸入混合气体，并立刻被前次循环产生的热量点燃，如此反复燃烧－－吸气－－再燃烧，周期性地持续下去。此种燃烧炉，结构简单，燃烧强度大，耗气少，而热效率可达90％以上，除具有成本低的优点外，还可减少对空气的污染。

这样一种先进的热水炉必然需要一套先进的自动控制设备来控制其运行，以确保其使用的安全性、灵活性。

日本生产的控制器采用多个继电器作开关控制，其核心部分被称为“温度调节计”，由它来控制继电器触点的开、合；温度检测采用昂贵的铂电阻（pt100）。该控制器无水位检测入口，也无温度显示，整个控制***未带电脑。

本实用新型的任务是设计一种脉冲燃烧热水炉的自动控制器，在电脑的控制下实现对热水炉的自动点火、自动供气、自动供水、水温检测及水位、水温的双重控制。

本实用新型以及独特的技术措施圆满完成了上述任务，其具体结构特点是：该控制器由温度传感器及检测电路、熄火检测器及检测电路、水位传感器、报警电路、按键及复位电路、A／D转换器、数显电路、光电隔离器、驱动器、单片机、锁存器及存贮器构成，温度检测电路输出信号馈给A／D转换器，A／D转换器、熄火检测电路、键及复位电路和输出信号分别送至单片机入口，单片机输出口分别接报警电路，数显电路，锁存器、存贮器、A／D转换器和显示、控制口，光电隔离器连接于微机电源与继电器电源之间，显示口接显示电路，控制器接光电隔离电路，驱动电路与点火器、进气阀、进水阀、风机等所对应的各路继电器开关以及状态指示电路相连接。

本微电脑控制器器以单片机为核心，构成一电脑控制器。下面，对其构成的各硬件环节分述如下：

一、温度检测通道：为了简化控制器结构，采用普通电阻与半导体测温热敏电阻构成的简单分压电路作为温度传感器，其传感信号馈给A转换器作A／D变换，再将A／D变换值送入单片机处理。

二、水位信号通道：采用磁控开关采集水位信号，磁铁置于贮水箱的浮子上，开关放在水箱外壁，载磁铁的浮子随水位浮动，磁铁接通或断开磁控开关，微机据此即得到水位变化情况。

三、熄火检测电路：脉冲燃烧热水炉燃烧原理独特，不能用一般方法检测燃烧情况，本实用新型设计了独特的检测手段，即将一只普通喇叭紧贴于炉壁，壁的振动将引起喇叭线圈的移动，产生微弱的感应电压。将此信号放大，就可得到系列的脉冲信号。这些脉冲信号。这些脉冲直接触发一个单稳态电路，热水炉工作时，单稳保持暂态，停机时，振动消失，无触发脉冲，单稳回到其稳态。微机据此即可判定是否停机。

四、输出通道：微机输出主要是控制几个中间继电器。微机输出信号送至控制器和显示器，控制口经光电隔离器接驱动器，驱动器接各继电器，显示口接数码管。各继电器的通断信号由锁存器锁存。各继电器上并有消反峰二极管，以保护驱动器，同时并有发光二极管作为继电器状态指示。光电隔离电路用于消除干扰。

五、报警电路：出现紧急情况时，报警器发出报警声，并拌有发光二极管闪光。它采用音频间歇振荡器，经放大后推动扬声器。

六、键盘及复位电路：本控制器中所用的键只有三个：启动键、吹扫键及复位停机键。在待命状态下，按动启动键，热水炉自动启动，进入自动控制状态；按动吹扫键，启动风机12秒，主要用于停机后吹扫尽燃烧室内残留的混合气体和灰尘，吹扫完毕，控制器又回到待命状态。在任何状态下，按动停机键，热水炉即停止工作，并处于待命状态；此时各执行机构均不工作，但水温显示照常，操作者可再次选择启动或吹扫键，在热水炉启动运行后、除停机键外，其它键均不起作用。

由于采取了上述的包括单片机在内的结构，将微机技术应用于热水炉的自动控制，使本控制器基本代替了人工操作，使脉冲燃烧热水炉自动化程度较高，不但集成度高，可靠性强，而且体积，重量大为减小，性能价格比更加优越，具有水温超高、燃烧器熄火的声光报警功能，突然熄火后能自行再启动，除可显示水温、运行状态外，控制器具有一下的自诊断能力，一旦***出现故障，会立即作出判断，使热水炉处于安全的停机待命状态。

本控制器结构简单、操作灵活方便，大大提高了热水炉的自动化程度，它的投入使用，将在节约用气，防止主机水箱结垢，经济使用热水炉和延长其使用寿命方面发挥积极的作用。

下面结合附图举例说明本实用新型：

图1    电路框图

图2    电原理图

本控制器以MCS－51系列的8031单片机U1为核心配以锁存器U41程序存贮器U3组成微机控制器，其集成度高，可靠性好，体积小，重量轻。

温度传感器由RTF与RT组成，RTF为分压电阻，RT为半导体测温热敏电阻，RTF的选取应保证通过RT的电流足够小，使电流引起的热噪声可忽略不计。

A／D转换器采用通用的逐次比较式A／D转换器0809，可直接与微机接口，而无须外加逻辑。由于其输入阻抗很大，测温电阻RT的高灵敏度使得送入A／D的分压值已经足够，无须运放匹配，其精度就能满足控制要求。找出A／D转换值与温度的函数关系，编程输入单片机，由它计算出温度值。

水位传感器采用磁控开关，电源理图中的RL1与水位上限开关相连，RL2与水位下限开关相连。上限水位和下限水位传感信号分别送入单片机U1，微机根据磁控开关的闭合情况，即能得到水位变化情况。

熄火检测电路由检测器S1、二极运算放大器U13A、U13B、可触发的单稳态U14A及***电路构成，U13A、U13B采用LM324，U14A采用74LS123。熄火检测器利用一只普通喇叭，将纸盆紧贴炉壁，炉子燃烧时的震动使喇叭线圈移动，产生微弱的感应电压，将此信号送至U13A、U13B进行放大，得到系列脉冲，这些脉冲直接触发单稳态U14A，只要热水炉工作，就有触发脉冲使其保持在暂态上；当热水炉停机时，震动消失，触发脉冲也消失，单稳将回到其稳态上，微机据此即可判定热水炉处于熄火还是运行状态。

按键及复位电路由按键KEY1～3、电阻RK1、RK2、RF1、RF2、电容CF构成，三个按键分别为启动键，吹扫键和复位停机键。启动、吹扫键是利用8031单片机并口的某一位作键扫描。键按下是低电平，未按下是高电平，微机依此判断该两键是否按下。上电时，电容CF两端电压出现在瞬间充至＋5V电压后放电的变化，此瞬间＋5V脉冲馈至微机RESET端，使微机上电复位。在程序执行当中，按下复位键，会使微机复位而立即终止程序的执行，回到待命状态，达到停机目的。

显示单元使用两位LED数码管作温度显示，并配以发光二极管LX1～4分别辅助显示各路继电器的开关状况。本控制器利用两片锁存器U6、U7外扩了两个并口。微机只须将采样温度值的字模送入这两并口即可完成显示工作。

报警电路由具有施密特特性的四与非门U8、晶体管GBS、电容CGB、电阻RGB1、RA3、发光管LA和扬声器S2构成。该四与非门组成的音频信号发生器能产生间歇音频信号，该信号与微机P17端预置的信号相与后，经三极管放大，即发出“迪…迪…”的报警声。同时伴有发光二极管闪光。微机通过控制P17的电平即可控制报警单元。

脉冲电点火器点火、开关电磁阀、启动风机时产生的干扰很强烈。微机使用＋5V电源，继电器使用＋24V电源。采用光电隔离器将两电源隔离，能克服强烈的干扰。光电隔离器由OP1～4个光耦及***电路构成，一端通过锁存器U5与微机相接，一端与驱动器U9相连。U9采用MC1413，分别与各路继电器开关电路相连。

锁存器U5和或非门U11、U12为微机外扩控制口，U5采用74LS273，U11、U12采用74LS02。微机根据实际运行状况，给出各个继电器的通断信号，由273锁存，经光电隔离器隔离，驱动器驱动后使继电器动作。继电器上并联的二极管DO1～4为消反峰二极管，可保护驱动器MC1413不被绕组的反压损坏。

本控制器的安装方法十分简单，只须用一条随机配置的专用连接电缆将热水炉的连接端与控制器的连接端接好即可。

Claims (10)

1、脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，包括温度传感器及温度检测电路、熄火检测器及熄火检测电路、水位传感器、熄火报警电路、按键及复位电路、数显电路及多路继电器，其特征是采用了单片机、A/D转换器、显示口、控制口及光电隔离器，温度检测输出信号送至AD转换器，A/D转换器、熄火检测电路、按键及复位电路的输出信号端接单片机入口，单片机输出口分别接报警电路、锁存器存贮器、显示口、控制口及A/D转换器，光电隔离电路连接于微机电源与继电器电源之间，驱动电路与点火器、进气阀、进水阀、风机等各路继电器开关以及状态指示电路相连。

2、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是温度传感器为一简单的电阻分压电路。

3、按照权利要求2所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是熄火检测器是一普通喇叭。

4、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是状态指示电路是在各继电器上并联一只消反峰二极管和一只发光二极管。

5、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是熄火检测电路由两级单端运算放大器和一个可重复触发的单稳态构成，第一级运放输入端接熄火检测器－－喇叭的线圈。

6、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是水位传感器为磁控开关，磁铁置于贮水箱的浮子上，开关置于水箱外壁，与单片机相连。

7、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是单片机采用8031芯片。

8、按照权利要求7所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是报警电路采用具有施密特性的四与非门集成电路74LS132。

9、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是在光电隔离电路输出端与多路继电器电路之间连接了驱动电路。

10、按照权利要求1所述的脉冲燃烧热水炉微电脑控制器，其特征是数显电路由两位LED数码管与两个数据锁存器构成，锁存器的输入端均接单片机数据总线，输出端分别接在LED数码管的高、低位。

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