專利名稱：脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微電腦控制器，特別是用于脈沖燃燒熱水爐的自動控制器。
脈沖燃燒熱水爐是一種利用國際上先進的脈沖燃燒技術(shù)設(shè)計的快速燃氣熱水爐。其燃燒原理是當(dāng)燃氣和空氣經(jīng)混合室混合后進入燃燒室，第一次用電火花點火，開始燃燒后，由于氣體膨脹，使單向進氣閥關(guān)閉，同時推動煙氣通過換熱管道后排出。由于慣性的作用，又使燃燒室內(nèi)形成負壓，于是又打開進氣閥，再次吸入混合氣體，并立刻被前次循環(huán)產(chǎn)生的熱量點燃，如此反復(fù)燃燒－－吸氣－－再燃燒，周期性地持續(xù)下去。此種燃燒爐，結(jié)構(gòu)簡單，燃燒強度大，耗氣少，而熱效率可達90％以上，除具有成本低的優(yōu)點外，還可減少對空氣的污染。
這樣一種先進的熱水爐必然需要一套先進的自動控制設(shè)備來控制其運行，以確保其使用的安全性、靈活性。
日本生產(chǎn)的控制器采用多個繼電器作開關(guān)控制，其核心部分被稱為“溫度調(diào)節(jié)計”，由它來控制繼電器觸點的開、合；溫度檢測采用昂貴的鉑電阻(pt100)。該控制器無水位檢測入口，也無溫度顯示，整個控制系統(tǒng)未帶電腦。
本實用新型的任務(wù)是設(shè)計一種脈沖燃燒熱水爐的自動控制器，在電腦的控制下實現(xiàn)對熱水爐的自動點火、自動供氣、自動供水、水溫檢測及水位、水溫的雙重控制。
本實用新型以及獨特的技術(shù)措施圓滿完成了上述任務(wù)，其具體結(jié)構(gòu)特點是該控制器由溫度傳感器及檢測電路、熄火檢測器及檢測電路、水位傳感器、報警電路、按鍵及復(fù)位電路、A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)顯電路、光電隔離器、驅(qū)動器、單片機、鎖存器及存貯器構(gòu)成，溫度檢測電路輸出信號饋給A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器、熄火檢測電路、鍵及復(fù)位電路和輸出信號分別送至單片機入口，單片機輸出口分別接報警電路，數(shù)顯電路，鎖存器、存貯器、A／D轉(zhuǎn)換器和顯示、控制口，光電隔離器連接于微機電源與繼電器電源之間，顯示口接顯示電路，控制器接光電隔離電路，驅(qū)動電路與點火器、進氣閥、進水閥、風(fēng)機等所對應(yīng)的各路繼電器開關(guān)以及狀態(tài)指示電路相連接。
本微電腦控制器器以單片機為核心，構(gòu)成一電腦控制器。下面，對其構(gòu)成的各硬件環(huán)節(jié)分述如下一、溫度檢測通道為了簡化控制器結(jié)構(gòu)，采用普通電阻與半導(dǎo)體測溫?zé)崦綦娮铇?gòu)成的簡單分壓電路作為溫度傳感器，其傳感信號饋給A轉(zhuǎn)換器作A／D變換，再將A／D變換值送入單片機處理。
二、水位信號通道采用磁控開關(guān)采集水位信號，磁鐵置于貯水箱的浮子上，開關(guān)放在水箱外壁，載磁鐵的浮子隨水位浮動，磁鐵接通或斷開磁控開關(guān)，微機據(jù)此即得到水位變化情況。
三、熄火檢測電路脈沖燃燒熱水爐燃燒原理獨特，不能用一般方法檢測燃燒情況，本實用新型設(shè)計了獨特的檢測手段，即將一只普通喇叭緊貼于爐壁，壁的振動將引起喇叭線圈的移動，產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電壓。將此信號放大，就可得到系列的脈沖信號。這些脈沖信號。這些脈沖直接觸發(fā)一個單穩(wěn)態(tài)電路，熱水爐工作時，單穩(wěn)保持暫態(tài)，停機時，振動消失，無觸發(fā)脈沖，單穩(wěn)回到其穩(wěn)態(tài)。微機據(jù)此即可判定是否停機。
四、輸出通道微機輸出主要是控制幾個中間繼電器。微機輸出信號送至控制器和顯示器，控制口經(jīng)光電隔離器接驅(qū)動器，驅(qū)動器接各繼電器，顯示口接數(shù)碼管。各繼電器的通斷信號由鎖存器鎖存。各繼電器上并有消反峰二極管，以保護驅(qū)動器，同時并有發(fā)光二極管作為繼電器狀態(tài)指示。光電隔離電路用于消除干擾。
五、報警電路出現(xiàn)緊急情況時，報警器發(fā)出報警聲，并拌有發(fā)光二極管閃光。它采用音頻間歇振蕩器，經(jīng)放大后推動揚聲器。
六、鍵盤及復(fù)位電路本控制器中所用的鍵只有三個啟動鍵、吹掃鍵及復(fù)位停機鍵。在待命狀態(tài)下，按動啟動鍵，熱水爐自動啟動，進入自動控制狀態(tài)；按動吹掃鍵，啟動風(fēng)機12秒，主要用于停機后吹掃盡燃燒室內(nèi)殘留的混合氣體和灰塵，吹掃完畢，控制器又回到待命狀態(tài)。在任何狀態(tài)下，按動停機鍵，熱水爐即停止工作，并處于待命狀態(tài)；此時各執(zhí)行機構(gòu)均不工作，但水溫顯示照常，操作者可再次選擇啟動或吹掃鍵，在熱水爐啟動運行后、除停機鍵外，其它鍵均不起作用。
由于采取了上述的包括單片機在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，將微機技術(shù)應(yīng)用于熱水爐的自動控制，使本控制器基本代替了人工操作，使脈沖燃燒熱水爐自動化程度較高，不但集成度高，可靠性強，而且體積，重量大為減小，性能價格比更加優(yōu)越，具有水溫超高、燃燒器熄火的聲光報警功能，突然熄火后能自行再啟動，除可顯示水溫、運行狀態(tài)外，控制器具有一下的自診斷能力，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會立即作出判斷，使熱水爐處于安全的停機待命狀態(tài)。
本控制器結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活方便，大大提高了熱水爐的自動化程度，它的投入使用，將在節(jié)約用氣，防止主機水箱結(jié)垢，經(jīng)濟使用熱水爐和延長其使用壽命方面發(fā)揮積極的作用。
以下結(jié)合附圖舉例說明本實用新型


圖1電路框圖圖2電原理圖本控制器以MCS－51系列的8031單片機U1為核心配以鎖存器U41程序存貯器U3組成微機控制器，其集成度高，可靠性好，體積小，重量輕。
溫度傳感器由RTF與RT組成，RTF為分壓電阻，RT為半導(dǎo)體測溫?zé)崦綦娮?，RTF的選取應(yīng)保證通過RT的電流足夠小，使電流引起的熱噪聲可忽略不計。
A／D轉(zhuǎn)換器采用通用的逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器0809，可直接與微機接口，而無須外加邏輯。由于其輸入阻抗很大，測溫電阻RT的高靈敏度使得送入A／D的分壓值已經(jīng)足夠，無須運放匹配，其精度就能滿足控制要求。找出A／D轉(zhuǎn)換值與溫度的函數(shù)關(guān)系，編程輸入單片機，由它計算出溫度值。
水位傳感器采用磁控開關(guān)，電源理圖中的RL1與水位上限開關(guān)相連，RL2與水位下限開關(guān)相連。上限水位和下限水位傳感信號分別送入單片機U1，微機根據(jù)磁控開關(guān)的閉合情況，即能得到水位變化情況。
熄火檢測電路由檢測器S1、二極運算放大器U13A、U13B、可觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)U14A及外圍電路構(gòu)成，U13A、U13B采用LM324，U14A采用74LS123。熄火檢測器利用一只普通喇叭，將紙盆緊貼爐壁，爐子燃燒時的震動使喇叭線圈移動，產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電壓，將此信號送至U13A、U13B進行放大，得到系列脈沖，這些脈沖直接觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)U14A，只要熱水爐工作，就有觸發(fā)脈沖使其保持在暫態(tài)上；當(dāng)熱水爐停機時，震動消失，觸發(fā)脈沖也消失，單穩(wěn)將回到其穩(wěn)態(tài)上，微機據(jù)此即可判定熱水爐處于熄火還是運行狀態(tài)。
按鍵及復(fù)位電路由按鍵KEY1～3、電阻RK1、RK2、RF1、RF2、電容CF構(gòu)成，三個按鍵分別為啟動鍵，吹掃鍵和復(fù)位停機鍵。啟動、吹掃鍵是利用8031單片機并口的某一位作鍵掃描。鍵按下是低電平，未按下是高電平，微機依此判斷該兩鍵是否按下。上電時，電容CF兩端電壓出現(xiàn)在瞬間充至＋5V電壓后放電的變化，此瞬間＋5V脈沖饋至微機RESET端，使微機上電復(fù)位。在程序執(zhí)行當(dāng)中，按下復(fù)位鍵，會使微機復(fù)位而立即終止程序的執(zhí)行，回到待命狀態(tài)，達到停機目的。
顯示單元使用兩位LED數(shù)碼管作溫度顯示，并配以發(fā)光二極管LX1～4分別輔助顯示各路繼電器的開關(guān)狀況。本控制器利用兩片鎖存器U6、U7外擴了兩個并口。微機只須將采樣溫度值的字模送入這兩并口即可完成顯示工作。
報警電路由具有施密特特性的四與非門U8、晶體管GBS、電容CGB、電阻RGB1、RA3、發(fā)光管LA和揚聲器S2構(gòu)成。該四與非門組成的音頻信號發(fā)生器能產(chǎn)生間歇音頻信號，該信號與微機P17端預(yù)置的信號相與后，經(jīng)三極管放大，即發(fā)出“迪…迪…”的報警聲。同時伴有發(fā)光二極管閃光。微機通過控制P17的電平即可控制報警單元。
脈沖電點火器點火、開關(guān)電磁閥、啟動風(fēng)機時產(chǎn)生的干擾很強烈。微機使用＋5V電源，繼電器使用＋24V電源。采用光電隔離器將兩電源隔離，能克服強烈的干擾。光電隔離器由OP1～4個光耦及外圍電路構(gòu)成，一端通過鎖存器U5與微機相接，一端與驅(qū)動器U9相連。U9采用MC1413，分別與各路繼電器開關(guān)電路相連。
鎖存器U5和或非門U11、U12為微機外擴控制口，U5采用74LS273，U11、U12采用74LS02。微機根據(jù)實際運行狀況，給出各個繼電器的通斷信號，由273鎖存，經(jīng)光電隔離器隔離，驅(qū)動器驅(qū)動后使繼電器動作。繼電器上并聯(lián)的二極管DO1～4為消反峰二極管，可保護驅(qū)動器MC1413不被繞組的反壓損壞。
本控制器的安裝方法十分簡單，只須用一條隨機配置的專用連接電纜將熱水爐的連接端與控制器的連接端接好即可。
權(quán)利要求1.脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，包括溫度傳感器及溫度檢測電路、熄火檢測器及熄火檢測電路、水位傳感器、熄火報警電路、按鍵及復(fù)位電路、數(shù)顯電路及多路繼電器，其特征是采用了單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示口、控制口及光電隔離器，溫度檢測輸出信號送至AD轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器、熄火檢測電路、按鍵及復(fù)位電路的輸出信號端接單片機入口，單片機輸出口分別接報警電路、鎖存器存貯器、顯示口、控制口及A/D轉(zhuǎn)換器，光電隔離電路連接于微機電源與繼電器電源之間，驅(qū)動電路與點火器、進氣閥、進水閥、風(fēng)機等各路繼電器開關(guān)以及狀態(tài)指示電路相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是溫度傳感器為一簡單的電阻分壓電路。
3.按照權(quán)利要求2所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是熄火檢測器是一普通喇叭。
4.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是狀態(tài)指示電路是在各繼電器上并聯(lián)一只消反峰二極管和一只發(fā)光二極管。
5.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是熄火檢測電路由兩級單端運算放大器和一個可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)構(gòu)成，第一級運放輸入端接熄火檢測器－－喇叭的線圈。
6.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是水位傳感器為磁控開關(guān)，磁鐵置于貯水箱的浮子上，開關(guān)置于水箱外壁，與單片機相連。
7.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是單片機采用8031芯片。
8.按照權(quán)利要求7所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是報警電路采用具有施密特性的四與非門集成電路74LS132。
9.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是在光電隔離電路輸出端與多路繼電器電路之間連接了驅(qū)動電路。
10.按照權(quán)利要求1所述的脈沖燃燒熱水爐微電腦控制器，其特征是數(shù)顯電路由兩位LED數(shù)碼管與兩個數(shù)據(jù)鎖存器構(gòu)成，鎖存器的輸入端均接單片機數(shù)據(jù)總線，輸出端分別接在LED數(shù)碼管的高、低位。
專利摘要本控制器由單片機系統(tǒng)、溫度檢測電路、熄滅檢測電路、水位傳感器、數(shù)顯電路、按鍵及復(fù)位電路、報警電路、A/D轉(zhuǎn)換器、光電隔離及驅(qū)動電路和多路繼電器構(gòu)成。獨特之處是溫度傳感器為簡單分壓電路，結(jié)構(gòu)簡單，精度高；熄火傳感器以普通喇叭為傳感器，將燃燒時產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)換成脈沖信號，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，得到熱水爐正常燃燒與否的信號。微機通過接收、處理各種傳感信號，發(fā)出控制指令，控制熱水爐的運行，大大地提高了脈沖燃燒熱水爐的自動化程度，使其安全、方便、實用。
文檔編號F24H9/20GK2195736SQ9423696
公開日1995年4月26日 申請日期1994年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月10日
發(fā)明者張健, 元永泰, 徐建成 申請人:成都市城市煤氣規(guī)劃設(shè)計院