硬件電路設(shè)計(jì) - 基于單片機(jī)的自適應(yīng)電開(kāi)水機(jī)設(shè)計(jì)

　　圖2硬件電路結(jié)構(gòu)圖，硬件電路以微控制器為核心，包括兩個(gè)水位傳感器、兩個(gè)加熱管、一個(gè)進(jìn)水閥、一個(gè)連接閥、一個(gè)排水閥和一個(gè)出水閥，還有一個(gè)直流電源、一個(gè)人機(jī)交換裝置和一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。水位傳感器采用高溫投入式液位傳感器，如果為了降低成本，可以自制分級(jí)的液位開(kāi)關(guān)替代，進(jìn)水和排水閥用高溫電磁閥，顯示屏使用帶漢字庫(kù)的12864型液晶屏，如果考慮成本，還可使用數(shù)碼管或簡(jiǎn)易液晶屏。

　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用SD2058芯片，該芯片是一種具有標(biāo)準(zhǔn)IIC接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，CPU可使用該接口通過(guò)6位地址尋址來(lái)讀寫(xiě)片內(nèi)64字節(jié)寄存器的數(shù)據(jù)。SD2058內(nèi)置單路定時(shí)/報(bào)警中斷輸出，報(bào)警中斷時(shí)間最長(zhǎng)可設(shè)至100年;內(nèi)置時(shí)鐘精度數(shù)字調(diào)整功能，可以在很寬的范圍內(nèi)校正時(shí)鐘的偏差(-189ppm～+189ppm，分辨率3.05ppm)，并且通過(guò)外置的溫度傳感器可設(shè)定適應(yīng)溫度變化的調(diào)整值，實(shí)現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計(jì)時(shí)功能;該芯片還具有獨(dú)立的32768Hz方波脈沖輸出腳。

　　在本系統(tǒng)中，微控制器的主要任務(wù)是記錄各個(gè)單位時(shí)間的用水量，并總結(jié)用水規(guī)律，確定下階段燒水量和燒水時(shí)間，因此在選型時(shí)主要考慮微控制器的存儲(chǔ)器空間。本系統(tǒng)選用宏晶科技有限公司最新產(chǎn)品STC12C5A16S2，該芯片具有16k Flash程序存儲(chǔ)器，1280字節(jié)SRAM，45k的EEPROM，有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，LQFP44封裝，只需人民幣5元。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　微控制器每十分鐘記錄一次用水量，每天需要144個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)用水量，STC12C5A16S2單片機(jī)具有45k的EEPROM，約可記錄3個(gè)月每個(gè)時(shí)間段的用水量。

　　系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)，始終保持儲(chǔ)水箱2內(nèi)有充足的開(kāi)水。當(dāng)運(yùn)行至第二天時(shí)，控制系統(tǒng)首先根據(jù)前一天的用水情況，初步確定當(dāng)日的燒水情況，當(dāng)系統(tǒng)已運(yùn)行多日時(shí)，控制琴根據(jù)前階段每日的用水曲線(xiàn)，結(jié)合前一日的用水情況確定燒水時(shí)間和燒水量。系統(tǒng)嘗試以周為周期總結(jié)用水規(guī)律。為應(yīng)對(duì)用戶(hù)突然增加時(shí)的用水量，系統(tǒng)儲(chǔ)水保有一定余量，該余量可以自適應(yīng)生產(chǎn)，也可以人為設(shè)定，余量應(yīng)適中，過(guò)大會(huì)造成開(kāi)水浪費(fèi)。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了手動(dòng)強(qiáng)制燒水，用于特殊情況時(shí)的應(yīng)對(duì)，該情況的用水量也計(jì)入自適應(yīng)采樣數(shù)據(jù)。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本系統(tǒng)運(yùn)行初期可能會(huì)留有較大的用水余量，造成較大的水資源浪費(fèi)，運(yùn)行穩(wěn)定后，浪費(fèi)將減小到較低限度。本系統(tǒng)在規(guī)律性越強(qiáng)的場(chǎng)所使用效果越好，在突變性較大的場(chǎng)所會(huì)有一定的資源浪費(fèi)，但同樣具有健康與節(jié)能的效果。