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【摘 要】本文研究的电加热饮水机控制系统正是针对我国在电加热饮水机上所存在的巨大的能源消耗而开发出的新型节能控制系统。
【关键词】节能控制 软起动
【ABSTRACT】We study the electric heating water machine control system is aimed at our country on the electric heating water dispenser of huge energy consumption and develop new energy-saving control system
【KeyWords】 Energy-saving and contorling Soft Start
由于本次的设计是一个单片机的小型系统，在这次设计中需要注意的问题有： （1）注意硬件方案的结合；（2）电路的抗干扰性能；（3）对元器件的保护能力，要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制。
硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。
根据任务书的要求，分析出需要的功能有：具备感温功能、温度调节的调节、按键控制功能等。
基于以上功能要求，我们决定使用AT89C51芯片，显示器件选用数码管（4个），通过电阻驱动，驱动数码管的显示。数码管采用动态显示。
电加热饮水机的硬件部分由智能控制器和功率变换单元组成。其中功率变换单元由电力电子功率器件、触发控制器、信号检测与处理器等组成。智能控制系统硬件主要由温度传感器、信号变送器、微处理器、AM和D/A转换器等组成。
硬件系统的工作原理为：温度信号通过温度传感器转变成模拟信号，经变送器输入至A/D转换器，实现系统的开启和关闭。把温度转变成电信号，通过模糊算法实时进行处理判断开或关，实现节能控制。其系统框图如图1-1所示。
图1-1 硬件结构图
一、温度信号的采集与检测设计
温度检测其实就是利用了一个温度传感器。所谓温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。它的物理基础是热效应，而热效应是指物质系统在物理的或化学的等温过程中只做膨胀功的时所吸收或放出的热量。它在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。
在本系统的设计过程中，热源检测用于整套系统的开启和关闭，因此只需要通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位，开始温度感应。开机后系统内部自定义关闭温度为100度，为了更好的节省资源（电力）。
整个系统可以分为传感器、智能控制器、可变电抗器三个部分。
硬件系统的工作原理为：温度传感器将温度信号转变成模拟电信号，通过A/D轉换后送入智能控制器，实现系统的开启和关闭，实现节能控制。
二、智能控制器总体设计
智能控制器硬件主要由温度传感器、信号调节与转换电路和微处理器组成，其工作原理为：温度传感器实时检测电加热饮水机内温度，并将其转变成模拟电信号，经A/D转换送入CPU，实现系统的开启和关闭，实现节能控制。现场控制设备功能的实现是软硬件的结合。
系统硬件结构图如图1-2所示。
图1-2 系统硬件结构图
整个系统分为上下位机，上位机主要功能是人机交互设备，其控制器CPU选择的是PHILIPS公司的P89LPC2589；下位机主要用于对晶闸管同步触发控制，通过单片机89S52调整晶闸管调压控制电路。上下位机因为都是单片机通讯而且距离非常的近，因为在同一个设备里面，所以我们选择订L电平直接串行口通讯。
P89LPC2589是一款单片封装的微控制器，含有多种低成本的封装形式。
它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件P89LPC2589集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。
P89LPC2589的主要特性有：
（1）8KB字节可擦除Flash程序存储器，具有1KB扇区和64字节页。单字节擦除特性使得任何字节都可用于非易失性数据存储。
（2）256字节RAM数据存储器。512字节附加片内RAM。
（3）512字节片内用户数据EEPROM存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等。
P89LPC2589的其他特性：
（1）当操作频率为18MHz时，除乘法和除法指令外，高速80C51CPU的指令执行时间为1llns～222ns。同一时钟频率下，其速度为标准80C51器件的6倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这样无疑降低了功耗和EMI。
（2）串行Flash在电路编程（ICP）可通过商用EPROM编程器实现简单的编程。Flash保密位可防止程序被读出。
（3）串行Flash在系统编程（ISP）可实现已固定在最终应用上的器件的编程。
（4）Flash程序存储器可实现在应用中编程（脚）。这允许在程序运行时改变代码。
（5）看门狗定时器具有片内独立振荡器，无需外接元件。
（6）空闲和两种不同的掉电节电模式。提供从掉电模式中唤醒功能（低电平中断输入唤醒）。典型的掉电电流为l衅（比较器关闭时的完全掉电状态）。
（7）低电压复位（掉电检测）可在电源故障时使系统安全关闭。该功能也可配置为一个中断。
（8）低电平复位。使用片内上电复位时不需要外接元件。复位计数器和复位干扰抑制电路可防止虚假和不完全的复位。另外还提供软件复位功能。
（9）可配置的片内振荡器，其频率可通过用户可编程Flash配置位进行选择。RC振荡器选项支持的频率范围为20l（Hz～18MHz。
（10）振荡器失效检测。看门狗定时器具有独立的片内振荡器，因此它可用于振荡器的失效检测。
三、结束语
本文通过系统构建与方案设计、系统硬件设计、软件设计以及控制策略，证明所设计的智能路灯节能控制系统是可行的。通过对本课题的研究与设计可以得出以下结论：
（一）电加热饮水机的自动控制系统的起动、调压效果是明显的，电压能从零连续起调，可以做到无过流，起动力矩也大，对电网冲击小。与此同时控制系统能够很好的控制电加热饮水机的电压大小，将起动过程对电加热饮水机损害降到更小、显著延长电加热饮水机设备的使用寿命。
（二）对系统的仿真进行了研究，对可变电抗器的仿真与建模可以得证晶闸管随着角度的增大，相当于是一个可变阻抗。这样，改变晶闸管控制角的增大，可以改变可变电抗器的等效阻抗。
（三）电加热饮水机自动控制系统使用方便，制造成本合理，维护较容易。从经济角度与技术角度综合来看，具有广阔的应用前景。用一套装置可以同时控制路灯的起动和停止，且重复性好。
参考文献：
[1]陈坚.电力电子学一电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2001.34～39
[2]89S52单片机使用指南.ATM
[3]田瑞利.过零触发电路的应用与研究.电子设计，微计算机信息，2006（12）：42～
[4]朱琦.可变电抗式智能固态软起动控制器研究：【硕士学位论文】.武汉：武汉理工大学自动化学院，2007
[5]苏行.电子软起动器的研究：[硕士学位论文].杭州：浙江大学，2004.43—44.
[6]陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术（第二版）.武汉：华中理工大学出版社，1999.4第2版：22"-，29
[7]李士勇.工程模糊数学及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2004
【关键词】节能控制 软起动
【ABSTRACT】We study the electric heating water machine control system is aimed at our country on the electric heating water dispenser of huge energy consumption and develop new energy-saving control system
【KeyWords】 Energy-saving and contorling Soft Start
由于本次的设计是一个单片机的小型系统，在这次设计中需要注意的问题有： （1）注意硬件方案的结合；（2）电路的抗干扰性能；（3）对元器件的保护能力，要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制。
硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。
根据任务书的要求，分析出需要的功能有：具备感温功能、温度调节的调节、按键控制功能等。
基于以上功能要求，我们决定使用AT89C51芯片，显示器件选用数码管（4个），通过电阻驱动，驱动数码管的显示。数码管采用动态显示。
电加热饮水机的硬件部分由智能控制器和功率变换单元组成。其中功率变换单元由电力电子功率器件、触发控制器、信号检测与处理器等组成。智能控制系统硬件主要由温度传感器、信号变送器、微处理器、AM和D/A转换器等组成。
硬件系统的工作原理为：温度信号通过温度传感器转变成模拟信号，经变送器输入至A/D转换器，实现系统的开启和关闭。把温度转变成电信号，通过模糊算法实时进行处理判断开或关，实现节能控制。其系统框图如图1-1所示。
图1-1 硬件结构图
一、温度信号的采集与检测设计
温度检测其实就是利用了一个温度传感器。所谓温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。它的物理基础是热效应，而热效应是指物质系统在物理的或化学的等温过程中只做膨胀功的时所吸收或放出的热量。它在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。
在本系统的设计过程中，热源检测用于整套系统的开启和关闭，因此只需要通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位，开始温度感应。开机后系统内部自定义关闭温度为100度，为了更好的节省资源（电力）。
整个系统可以分为传感器、智能控制器、可变电抗器三个部分。
硬件系统的工作原理为：温度传感器将温度信号转变成模拟电信号，通过A/D轉换后送入智能控制器，实现系统的开启和关闭，实现节能控制。
二、智能控制器总体设计
智能控制器硬件主要由温度传感器、信号调节与转换电路和微处理器组成，其工作原理为：温度传感器实时检测电加热饮水机内温度，并将其转变成模拟电信号，经A/D转换送入CPU，实现系统的开启和关闭，实现节能控制。现场控制设备功能的实现是软硬件的结合。
系统硬件结构图如图1-2所示。
图1-2 系统硬件结构图
整个系统分为上下位机，上位机主要功能是人机交互设备，其控制器CPU选择的是PHILIPS公司的P89LPC2589；下位机主要用于对晶闸管同步触发控制，通过单片机89S52调整晶闸管调压控制电路。上下位机因为都是单片机通讯而且距离非常的近，因为在同一个设备里面，所以我们选择订L电平直接串行口通讯。
P89LPC2589是一款单片封装的微控制器，含有多种低成本的封装形式。
它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件P89LPC2589集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。
P89LPC2589的主要特性有：
（1）8KB字节可擦除Flash程序存储器，具有1KB扇区和64字节页。单字节擦除特性使得任何字节都可用于非易失性数据存储。
（2）256字节RAM数据存储器。512字节附加片内RAM。
（3）512字节片内用户数据EEPROM存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等。
P89LPC2589的其他特性：
（1）当操作频率为18MHz时，除乘法和除法指令外，高速80C51CPU的指令执行时间为1llns～222ns。同一时钟频率下，其速度为标准80C51器件的6倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这样无疑降低了功耗和EMI。
（2）串行Flash在电路编程（ICP）可通过商用EPROM编程器实现简单的编程。Flash保密位可防止程序被读出。
（3）串行Flash在系统编程（ISP）可实现已固定在最终应用上的器件的编程。
（4）Flash程序存储器可实现在应用中编程（脚）。这允许在程序运行时改变代码。
（5）看门狗定时器具有片内独立振荡器，无需外接元件。
（6）空闲和两种不同的掉电节电模式。提供从掉电模式中唤醒功能（低电平中断输入唤醒）。典型的掉电电流为l衅（比较器关闭时的完全掉电状态）。
（7）低电压复位（掉电检测）可在电源故障时使系统安全关闭。该功能也可配置为一个中断。
（8）低电平复位。使用片内上电复位时不需要外接元件。复位计数器和复位干扰抑制电路可防止虚假和不完全的复位。另外还提供软件复位功能。
（9）可配置的片内振荡器，其频率可通过用户可编程Flash配置位进行选择。RC振荡器选项支持的频率范围为20l（Hz～18MHz。
（10）振荡器失效检测。看门狗定时器具有独立的片内振荡器，因此它可用于振荡器的失效检测。
三、结束语
本文通过系统构建与方案设计、系统硬件设计、软件设计以及控制策略，证明所设计的智能路灯节能控制系统是可行的。通过对本课题的研究与设计可以得出以下结论：
（一）电加热饮水机的自动控制系统的起动、调压效果是明显的，电压能从零连续起调，可以做到无过流，起动力矩也大，对电网冲击小。与此同时控制系统能够很好的控制电加热饮水机的电压大小，将起动过程对电加热饮水机损害降到更小、显著延长电加热饮水机设备的使用寿命。
（二）对系统的仿真进行了研究，对可变电抗器的仿真与建模可以得证晶闸管随着角度的增大，相当于是一个可变阻抗。这样，改变晶闸管控制角的增大，可以改变可变电抗器的等效阻抗。
（三）电加热饮水机自动控制系统使用方便，制造成本合理，维护较容易。从经济角度与技术角度综合来看，具有广阔的应用前景。用一套装置可以同时控制路灯的起动和停止，且重复性好。
参考文献：
[1]陈坚.电力电子学一电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2001.34～39
[2]89S52单片机使用指南.ATM
[3]田瑞利.过零触发电路的应用与研究.电子设计，微计算机信息，2006（12）：42～
[4]朱琦.可变电抗式智能固态软起动控制器研究：【硕士学位论文】.武汉：武汉理工大学自动化学院，2007
[5]苏行.电子软起动器的研究：[硕士学位论文].杭州：浙江大学，2004.43—44.
[6]陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术（第二版）.武汉：华中理工大学出版社，1999.4第2版：22"-，29
[7]李士勇.工程模糊数学及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2004