新型按摩浴缸控制系統的研制

陳光絨，李小琴

（寧波職業技術學院 電子信息工程系，浙江 寧波 315800）

隨著人們生活的提高，人們對洗澡或浴缸等潔浴產品提出了更高要求，人們開始把洗澡這種傳統意義上的生活行為逐步發展成為有內涵的，具有保健、養生、休閑等功能，進而提高了對現實生活的追求。雖然我們現在還只是處于一個相對簡單的認識狀態，但在國外，卻已經出現了越來越大的需求。根據外商調研，目前尚無此類產品在市場上出售，最多也是該整套設備中的局部部分。由于目前市場上尚無這種產品，經市場調研，綜合了國內外的潔浴市場，發現該產品前景廣闊。因此設計這樣一款新產品是十分有意義的，投入批量生產后，將帶來較大的社會效益和經濟效益。

1 系統功能及其工作原理

該系統具有以下功能：1）能產生溫度恒定、強度固定的熱氣流；2）能產生溫度恒定、強度周期性變化的熱氣流；3）配有臭氧發生器，能進行殺菌消毒。

工作原理：本控制器主要控制對象為電機、電熱絲、臭氧發生器電路，其中通過可控硅導通角的改變，實現對電機速度的控制；通過熱敏電阻的溫度檢測，控制電熱絲的通斷，實現氣體溫度低的自動調節；為了防止無水時電機空轉或電熱絲空燒，系統配有非接觸式水位檢測電路。

2 系統硬件設計

根據系統要實現的功能，硬件框圖如圖1所示：系統由PIC16F676[1]、防水手柄、溫度采樣、臭氧發生器、水位檢測電路等組成[2]。

圖1 硬件結構框圖Fig.1 Hardware block diagram

2.1 水位檢測電路

為防止電機在無水狀態下的空轉，電熱絲在無水狀態下空燒，這里設置了水位檢測電路。

一般的水位檢測電路采用接觸式檢測，其缺點是時間長久后探頭會逐漸被腐蝕導致無法工作，這里采用獨特的非接觸式水位檢測系統，具有性能可靠，壽命長的特點。電路如圖2[3]所示：其中U1A、U1B以及周圍元件組成振蕩電路；U1C及周圍元件組成感應電路，無水和有水時輸出不同占空比的脈沖，U1D是整形電路，D1、C2組成起到整流作用，將矩形波轉化成直流電壓；U2B及周邊電路組成窗口比較器，當有水時輸出高電平，最終通過Q1輸送到單片機。

圖2 水位檢測電路Fig.2 Level detection circuit

2.2 電機控制電路

電機調速可以采用PWM[4]方式，也可采用控制可控硅導通角的方法。這里采用后一種方法，為保證安全，采用光藕隔離技術，電路如圖3所示，當“來自RA1”的信號（即電機控制信號）為低時，光藕工作，可控硅導通，電機工作；反之，電機不工作，改變信號出現的“時刻”，即改變可控硅的導通角，就可以改變電機的速度。

圖3 電機控制電路Fig.3 Motor control circuit

2.3 電熱絲控制電路

為防止電機不工作時電熱絲“空燒”損壞塑料殼體，除了軟件上的進行“把關”外，還在硬件上進行安全保護，這樣雙保險使得系統更加安全。如圖4所示，控制信號有兩種[5]，其一是“來自RA1”的電機控制信號，其二是“來自RC2”的電熱絲控制信號。當電機工作時，即“來自RA1”有脈沖信號，整流二極管D1的正極約2.5 V，當“來自RC2”（電熱絲控制腳）為高電平時，則光藕工作，可控硅導通，電熱絲通電工作；反之，當電機不工作時，即“來自RA1”為高電平，整流二極管D1的負極為5 V，不管“來自RC2”（電熱絲控制腳）是什么狀態，光藕都不工作，電熱絲通電工作。

圖4 電熱絲控制電路Fig.4 Electrothermal wire control circuit

2.4 過零檢測電路

為有效控制電機的速度，關鍵是控制可控硅的導通角。零點檢測成為精確控制的關鍵。圖5是用三極管組成的零點檢測電路，當整流后過零點時，Q1輸出一個脈沖，作為中斷信號。

圖5 過零檢測電路Fig.5 Zero crossing detector circuit

2.5 臭氧發生器

選用臭氧發生器模塊，可以起到殺毒消菌的作用，單片機通過繼電器對其進行控制即可。

3 系統軟件設計

本系統按照功能要求，軟件部分包括主程序、中斷程序和鍵盤掃描等若干個子程序組成。

3.1 主程序設計

主程序主要完成寄存器初始?化：如端口工作狀態、定時器工作狀態、中斷設置等；內存單元初始化：如內部數據緩沖，計數單元初始等；子程序調用：如鍵盤程序調用，溫度采集與判斷子程序等。主程序的流程如圖6所示。

圖6 主程序流程圖Fig.6 Main program flowchart

3.2 外部中斷程序

通過零點檢測電路[7]，交流電過零點后出現下降沿實現中斷。中斷程序主要功能是根據設定參數啟動定時器并定時，以產生不同的導通角，由于外部中斷是每隔10 ms發生一起，因此進行時間累計可以實現指示燈閃爍燈任務，節約了定時器的開銷。中斷程序流程如圖7所示。

圖7 外部中斷程序Fig.7 External interrupt program

3.3 定時器TMR0中斷

當非外部中斷時，轉入定時器中斷處理，根據鍵盤設定的數據，產生相對應的導通角，如定時器產生160μs的時間，只要重復N次（由鍵盤決定），則產生N*160μs的時間，改變N即可改變總時間，即改變導通角。限于篇幅，流程圖略。

3.4 溫度采集與判斷子程序

利用芯片內部的A/D功能，讀取熱敏電阻所在管腳上的電壓，然后與設定的數據（設定溫度所對應得數據）進行比較，如果溫度超過設定的溫度，則關閉電熱絲；如溫度低于設定的溫度，則開啟電熱絲。限于篇幅，流程圖略。

4 結束語

新型浴缸根據市場需要來設計，在考慮功能的同時也考慮了系統的成本，經實際測試，各項功能滿足要求，電機的速度控制平滑且效果明顯，溫度的控制穩定性較好，監測與控制可靠無誤動作。系統在技術上具有一定的先進性，具有推廣應用價值。

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