高霏霏 (宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程系,安徽宣城 242000)

基于HT46R47的智能感溫變色花灑設(shè)計

高霏霏 (宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程系,安徽宣城 242000)

設(shè)計了一套基于單片機(jī)HT46R47的智能感溫變色花灑。感溫變色花灑是以單片機(jī)HT46R47作為主控制芯片,供電系統(tǒng)、溫度檢測、水流檢測、弱電檢測、LED彩燈、弱電提示等6個部分組成?；⒌母袦叵到y(tǒng)配合單片機(jī)HT46R47的程序控制LED彩燈根據(jù)不同的溫度顯示綠、藍(lán)、紅3組不同顏色,讓使用者可以不通過觸覺去感覺水的溫度,而是通過視覺去辨別水溫,方便實用、靈敏準(zhǔn)確。另外,花灑內(nèi)有獨立的水流發(fā)電系統(tǒng)為整個電路系統(tǒng)提供電源,當(dāng)供電系統(tǒng)電壓不足時還給出弱電提示。設(shè)計的花灑具有安全性和節(jié)能性,是目前市場上各種淋浴花灑的理想替代品。

花灑;HT46R47;單片機(jī);傳感器;LED;水流發(fā)電機(jī)

現(xiàn)在市面上傳統(tǒng)花灑的作用僅僅是分散水流,對水流溫度無法識別。隨著人們生活水平的提高,市場上傳統(tǒng)的花灑顯然滿足不了人們對家居生活必需品的要求,為提高人們沐浴質(zhì)量,筆者設(shè)計了一款以單片機(jī)HT46R47[1]為核心芯片、運(yùn)用水壓驅(qū)動自行發(fā)電技術(shù)研制而成的一種讓生活充滿色彩的新型LED感溫變色花灑。這款花灑能感知水溫,同時在不同的溫度顯示不同的顏色,不僅能滿足功能上的多樣化,還要同時滿足美觀和樂趣。

1 控制電路總體設(shè)計方案

智能感溫變色花灑是以單片機(jī)HT46R47作為主控制芯片,由供電系統(tǒng)、溫度檢測、水流檢測、弱電檢測、LED彩燈、弱電提示等6個部分組成。水流發(fā)電機(jī)為整個控制電路提供穩(wěn)定的電壓源;水流檢測電路檢測花灑通過的水量大小,當(dāng)沒水流通過時,水流檢測電路控制單片機(jī)HT46R47處于休眠狀態(tài),并給出相應(yīng)的弱電提示;溫度傳感器將感知的溫度變化信號傳遞單片機(jī)HT46R47,再通過單片機(jī)HT46R47控制LED彩燈顯示不同顏色?？刂齐娐吩矸娇驁D如圖1所示。

使用者打開水閥開始淋浴,實際上相當(dāng)于打開電源開關(guān),電源開關(guān)打開后,水流發(fā)電機(jī)開始工作,產(chǎn)生的電流給內(nèi)置的充電電池充電,由充電電池向整個電路系統(tǒng)供電,當(dāng)電池電滿時,水流發(fā)電機(jī)停止工作;當(dāng)充電電池不滿時,水流發(fā)電機(jī)工作,給充電電池充電;如果水流減弱不能讓水流發(fā)電機(jī)工作時,且電池電量不足時,弱電系統(tǒng)給出提示。在充電電池能提供穩(wěn)定的工作狀態(tài)下,并且水流檢測器檢測到有水流的時候,單片機(jī)開始工作:此時溫度傳感器將溫度的變化信號轉(zhuǎn)為電壓變化信號傳給單片機(jī)HT46R47的輸入引腳,再通過程序控制單片機(jī)的三個輸出引腳分別給出輸出高電平。當(dāng)溫度≤30℃時,單片機(jī)的第4引腳給出高電平,LED藍(lán)光亮;水溫在31～42℃時,單片機(jī)的第3引腳給出高電平, LED綠光亮;水溫≥42℃時,單片機(jī)的第2引腳給出高電平,LED紅光亮。使用者即能體會到五彩繽紛的色彩感受,還能通過不同的顏色判定水溫。

圖1 控制電路原理方框圖

2 硬件電路設(shè)計

2.1 供電電路

供電電路原理圖如圖2所示。主要是由水流發(fā)電機(jī)[2]M1產(chǎn)生電壓與整流二極管D2連接,整流二極管D2的輸出端還外掛接有濾波電容C4與穩(wěn)壓二極管ZD1作為直流電的輸出端,其作用是將水流發(fā)電機(jī)M1產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。該直流電的輸出端外接有濾波電容C2,使得輸出端經(jīng)電容C2濾波后產(chǎn)生初級電壓VCC為LED彩燈提供+6V的電壓源。初級電壓VCC輸出端再與電壓調(diào)整器U1相連接,輸出的電壓經(jīng)濾波電容C3濾波后產(chǎn)生+5V的電壓源VDD。

圖2 供電電路原理圖

為進(jìn)一步完善供電電路的設(shè)計,在供電電路上還連接有峰值電壓為+6V的充電電池BT1,充電電池接入開關(guān)SW1的輸入端,使得開關(guān)SW1對充電電池BT1總體控制。在水流發(fā)電機(jī)M1不工作時,充電電池BT1亦可作為后備電源為LED彩燈及控制電路總成供電;而BT1電量不足時,工作的水流發(fā)電機(jī)M1也可為電池BT1充電。另外,在供電電路的連接上還可接收與初級電壓VCC等值的電源插頭JK1,即外接電源的電壓為+ 6V,電源插頭JK1的接入點在穩(wěn)壓管ZD1與充電電池BT1之間,在充電電池電量不足時,外接電源同樣可對充電電池BT1充電。

圖3 花灑總體控制電路

2.2 總體控制電路

花灑總體控制電路如圖3所示,圖中U2即設(shè)計中核心元件單片機(jī)HT46R47,外圍電路是HT46R47工作的核心保障。外圍電路主要包括水溫檢測電路、水位檢測電路、LED顯示和弱電檢測與提示電路等。

1)水溫檢測電路 溫度傳感器RT1和分壓電阻R1連接,將采集的溫度信號傳遞給微處理器U2的第8引腳PB0/AN0[3]。

2)水位檢測電路 水位檢測器SWSK與三極管Q4的基極連接,通過三極管Q4控制微處理器U2的第7引腳,水位檢測器SWSK不導(dǎo)通,單片機(jī)U2處于休眠狀態(tài);當(dāng)有水流通過水位檢測器SWSK的時候,三極管Q4導(dǎo)通,單片機(jī)U2處于工作狀態(tài)。

3)LED顯示 LED彩燈有3組,分別為紅、綠、藍(lán)3組顏色。每組彩燈可以根據(jù)花灑的需要設(shè)計若干個彩燈,最多每組可設(shè)置13個LED彩燈。3組彩燈分別連接單片機(jī)U2的第2、第3、第4引腳。與第2引腳連接的為紅色燈;與第3引腳連接的為綠色燈;與第4引腳連接的為藍(lán)色燈。

4)弱電檢測與提示電路 電路中通過電阻R2、R4A、R4B對初級電壓VCC實現(xiàn)分壓,再通過濾波電容C7輸入到單片機(jī)U2的第6引腳(PB2/AN2)[4]。通過單片機(jī)處理使弱電時U2的第1引腳PA3/PFD所連接的LED14(警告顯示燈)閃爍紅色。

3 電路的軟件設(shè)計

程序運(yùn)行的環(huán)境是HT-IDE3000開發(fā)系統(tǒng)[5]。它是一個具有高效能,用于設(shè)計盛群8位單片機(jī)應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。這部分所要實現(xiàn)的功能,首先是根據(jù)是PB1的輸入信號控制單片機(jī)工作或休眠;再根據(jù)PB0的輸入信號給出弱電提示;在單片機(jī)正常工作狀態(tài)下,把PB2口輸入進(jìn)來的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,得到一個數(shù)字量,對該數(shù)字量進(jìn)行換算,得到當(dāng)前的溫度值,再設(shè)定2個標(biāo)準(zhǔn)的溫度值,最后進(jìn)行判斷:如果當(dāng)前溫度值低于等于30℃, PA0輸出高電平;若高于30℃低于等于42℃,PA1輸出高電平;若高于42℃,PA2輸出高電平。程序流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語

筆者設(shè)計的花灑具有安全性和節(jié)能性,是目前市場上各種淋浴花灑的理想替代品,可廣泛應(yīng)用于溫馨家庭、酒店賓館、百貨商場以及公共娛樂場所。

圖4 程序流程圖

[1]楊紅科,劉春生.HT46 R47在電熱水壺中的應(yīng)用[J].微計算機(jī)信息,2004(11):20-22.

[2]萬江龍,司占博,劉暢,等.自發(fā)電的遠(yuǎn)傳水表[J].電力電子,2012(2):53-55.

[3]楊斌.HT46xx A/D型MCU在廚房小家電中的應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[4]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[5]馬倩婷,楊公源.基于HT46R47的溫度控制系統(tǒng)[J].儀器儀表用戶,2008(5):29-30.

[編輯] 張濤

TP273

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2014-04-14

高霏霏(1983-),女,碩士,講師,現(xiàn)主要從事嵌入式系統(tǒng)方面的教學(xué)與研究工作。