基于STM8单片机的电锅炉控制器的设计

2020-11-25何金凤唐山工业职业技术学院

数码世界 2020年2期

何金凤唐山工业职业技术学院

关键字：单片机电锅炉控制器

一、引言

近几年，北方地区为了解决燃煤锅炉污染问题，采用电锅炉替代燃煤锅炉。电锅炉采暖原理是利用电能转化成热能实现取暖，但是存在高耗能的缺点。如何降低其能耗，成为急需解决的问题。笔者经过不断调研分析，设计了一款全新的电锅炉控制器，该控制器可以根据电锅炉的出水温度、运行时间等设置好的参数自动调节电锅炉的运行，有效降低了电锅炉的能耗。

二、电锅炉控制器的硬件电路图设计分析

该电锅炉控制器的硬件电路由微处理器外围电路、显示屏电路、温度传感器电路、水位传感器电路、按键电路、供电电路组成。

1.电锅炉微处理器的选型分析

该电锅炉控制器的微处理器作为控制核心，要求该微处理器具有稳定的工作可靠性和抗干扰能力，同时要求成本要低，根据以上要求，本项目采用了意法半导体生产的STM8单片机，其型号为STMS003K3。该型号单片机是8位单片机，自带AD转换功能，ADC分辨率为10位，具有32个输入输出端口，工作电源电压为5.5V，最大时钟频率为16MHZ ，完全满足该控制器的需求。

2.电锅炉显示屏显示设计分析

该电锅炉控制器的显示屏要求显示色彩明亮、内容简单易辨。要求其使用寿命长，适合环境潮湿、低温的要求。根据以上要求分析，选用一款LCD断码屏作为显示屏，LCD断码屏的显示内容可以由厂家根据用户需求进行设计，该显示屏需专用的驱动芯片进行驱动。该控制器的显示屏主要显示内容为：（1）电锅炉出水口温度：电锅炉的电加热管的启停主要根据出水口的温度进行调节。（2）电锅炉的加热管温度：电锅炉的加热管温度检测的是电加热管管体的温度，一旦该温度超过设定值，则加热管停止工作，否则容易烧毁加热管。（3）加热管的启动数量：该控制器可以控制4路电加热管，电加热管启动运行数量是根据出水口温度进行判断的。（4）“工作时段”显示：该电锅炉控制器有4个工作时段，通过设置工作时段，可以让电锅炉在用户要求的时间段内工作，有效的减少浪费。（5）自动手动转换显示：该控制器的自动运行状态是根据温度和时段进行运行控制。手动运行状态是人进行自主操作控制器的运行。（6）循环泵启停显示：循环泵具有促进供暖水管水流加速循环的功能。在电锅炉工作过程中，循环泵要一直保持运行，否则容易烧毁电加热管。

3.电锅炉控制器按键电路的设计分析

该电锅炉主要用于普通百姓家庭，对于普通用户而言，用电设备的操作越简单越好，越傻瓜式越好。本着操作简单的“极简”原则，该电锅炉控制器设置了四个按键，选用的是微动按键开关，该按键灵敏耐用，按键次数在30万次以上。该按键电路采用了“接地”的连接方式，当按键按下后，单片机收到低电平，认为按键按下。该按键电路结合程序的防抖算法，实现了操作灵敏，精准度高的目的。

4.温度传感器电路的设计分析

该电锅炉控制器具有2路温度传感器，采用的传感器是具有负温度系数的热敏电阻NTC。该控制器的单片机自带AD转换功能，省去了专用的AD转换芯片，因此该控制器的温度传感器电路设计比较简单[2]。该控制器温度传感器工作原理是单片机采集NTC上面的电压信号，经过单片机内部的AD转换变成数字信号，由单片机根据一定的算法得出实际温度，显示到断码屏上。

5.水位传感器电路的设计分析

电锅炉的电加热管工作时候，需要电热管内部保持有水，否则容易烧毁加热管。水位传感器可以有效检测到管内是否有水。该传感器电路采用的是水电极，当管内有水时，正负电极以水为导电介质导通，单片机接到高电平。当管内无水时，正负电极断开，单片机接到低电平。单片机以此为判断加热管内部是否有水，可以保证加热管的良好运行。

三、电锅炉控制器的工作原理分析

该电锅炉控制器在程序设计过程中，为了提高电锅炉控制器的可靠性和提升电锅炉的使用体验感，该控制器采用了手动工作模式和自动工作模式。（1）手动工作模式是由人为操控，当传感器损坏或者自动模式不能满足用户需求时候，可以转换到手动模式操作。（2）自动工作模式是电锅炉的电加热管的启停、循环泵的启停根据温度传感器的设定值、水位传感器的状态、时段的设定值进行工作。自动模式的运行逻辑是根据电锅炉的实际运行情况，编写科学的工作流程图，然后编写对应的单片机运行程序。该电锅炉控制器通过程序的控制，可以通过温度的反馈值对加热管的启停进行控制，可以使电加热管实现更科学的启停，降低电能损耗，并且实现了无人值守运行的目的。