一種掉電自動開閥的采暖室溫控制器電路設計

摘要：交流低壓供電的采暖溫控器設計，可以通過M-Bus總線實現溫度數據上報，利用法拉電容加分立H橋結合可實現掉電自動開閥，保證供暖正常進行。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/197923.htm

關鍵詞：室溫控制器；采暖控制器；掉電開閥；MSP430；H橋

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.019

整個產品的框圖大體如圖1所示，電源部分支持12～24V交流/直流輸入，MCU采用TI的低功耗單片機MSP430，M-BUS通訊芯片采用TI的TSS721A，并做光電隔離。電機驅動采用分立的H橋方案，測溫則選用市場上常見的NTC熱敏電阻。

電源是基礎，為了能實現交直流兼容，適應不同的工程電壓總線的需要（常見的有DC12V，DC24C，AC12V，AC24V等），則在電源的輸入位置（標識L，N），加入整流橋電路，將輸入的電源全部變成直流；電源的輸入位置也引入保險絲，防止工作時產生過流。

由于本產品輸入電源可以是12～24V的交/直流供電，而單片機實際需要的工作電壓低，則前后壓差大，因此為了讓單片機系統正常工作，本設計先將經過橋路整流過的電源，輸入到DC/DC轉換電路后，再經過一個LDO，轉成單片機所需的3.0V電壓。

D C / D C芯片，這里推薦使用利爾達的DC/DC芯片LSD2DC-6401ADJ，輸出電壓可調，根據VOUT=1.23*（1+R0/R11），這里Vpower輸出大約在6V左右，這個電壓主要給后端閥門工作使用。

LDO選擇：對MSP430而言，工作電壓只需要3.0V ，Vpower有6V，不能直接輸入，故在Vpower后端通過一個LDO降壓成MSP430所需要的電壓，這里選HT7530-1，HT7530-1是盛群的一款低功耗的LDO，性價比也不錯，其特性足以滿足溫控器的需求，具體應用電路如圖3所示。

本方案以MSP430F4152為例（也可以選用其他的MCU），利用其內部的硬件UART與M-BUS電路通訊，軟件通訊協議，市場上在供熱計量領域應用最多的是CJ/T188-2004規約與EN13757規約，可以根據自身的需要添加，復位電路采用普通的RC組合方式即可。

暖通領域里面，為了與熱量表系統能兼容，大多數工程采用M-Bus通訊，所以，本設計里面有線遠傳通訊里面也采用此方案，具體電路如圖6所示，在M-Bus總線輸入端，加入TVS管保護；M-Bus通訊芯片采用TI的TSS721A方案；TSS721A與單片機MSP430之間的通訊用光耦隔離，由于TSS721A通訊時數據有反射，這里硬件沒有做處理，反射的數據會直接進入MSP430，因此在對MSP430進行通訊操作時，需對這些反射數據進行處理，以便保證數據通訊的正確性。

本設計選用的閥門采用的是市場常見的5V電動球閥，球閥驅動采用的是分立器件搭成的H橋驅動，如圖7所示。H橋分為兩個半橋并分開接不同的電源，Q60的E極與Vmotor相接，Q61的E極與Vpower相接；Vmotor與Vpower用一個二極管1N4007相接。C13為1F的超級電容，用于存儲掉電開閥所需的能量。

系統供電正常情況下，閥門動作完畢后，MCU控制閥門的控制口MOTOR_OPEN與MOTOR_CLOSE都處于低電平狀態，兩個半橋橋路都不導通，電機保持之前的狀態；當系統掉電時，Vpower電壓下降接近0V，Vmotor由于有超級電容C13而繼續存在，此時Q10會導通，從而使得Q60、Q63、Q65導通，電動球閥則開始執行自動開閥的動作，C13存儲的能量足以維持進行一次的開閥動作的時間，整個掉電自動開閥的電路不需要MCU參與，從硬件實現自動開閥。

市場上常用來控制閥門驅動的H橋電路的電源是合在一塊的，即Vmotor與Vpower連接在一起，而本設計將其分開，因為實際的操作過程中也有可能出現閥門正在關閥的時候掉電，此時如果H橋的電源連在一塊，則勢必會浪費存儲在C13上的能量去完成一次關閥操作，然后再執行開閥，這樣會造成能量的浪費，因此本設計將H橋分開供電，使系統有足夠的能量保證閥門的正常自動開閥。