銳凌小博士太陽能熱水器測控儀電路原理與維修

銳凌小博士太陽能微電腦全自動測控儀，以義隆電子公司制造的8位單片機(jī)EM78P156ELPJ-G為核心，集水位水溫傳感器、電磁閥驅(qū)動、溫度數(shù)碼顯示LED水位顯示于一身，使用戶更安全合理地對太陽能熱水器實(shí)施全自動管理，更加人性化，操作方便，顯示直觀?，F(xiàn)將本測控儀原理及維修整理成文，供大家參考。

一、電路組成

本測控儀電路由EM78P156單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、報(bào)警電路、電磁閥驅(qū)動電路、水位檢測電路、水溫檢測電路等組成，外觀如圖1所示，電路組成框圖如圖2所示。

二、各部分電路工作原理
1、EM78P156單片機(jī)

EM78P156E是8位單片機(jī)，具有低功耗、高速度等特點(diǎn)，內(nèi)部含有看門狗RAM、ROM、可編程計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器、內(nèi)外部中斷、SLEEP 模式及雙向三態(tài)I/O口等電路，其引腳功能見表1，主要參數(shù)和特點(diǎn)如下:
(1)工作電壓:2.5V~5.5V
(2)工作頻率范圍:采用晶振時(shí)為0~36MHz;采用RC振蕩器時(shí)為0~4MHz(5V)；
(3)低功耗:在5V/4MHz條件下的電流消耗為2mA，在SLEEP(低功耗模式)時(shí)為1uA;
(4)具有多種振蕩形式，帶有SLEEP省電模式;
(5)內(nèi)含14個特殊功能寄存器，含48X8bit內(nèi)部RAM;
(6)可由軟件控制雙向I/O口，以構(gòu)成上拉電阻、下拉電阻或集電極開路輸出。

電路中，15、16腳外接4MHz晶振，為單片機(jī)提供時(shí)鐘;④腳直接接5V電源，高電位復(fù)位;③腳定時(shí)端接5V電源⑥腳外接溫度傳感器，將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電位的變化，為單片機(jī)提供比較信號。①腳外接水位傳感器，將液位變化轉(zhuǎn)換為電位變化，控制指示電路和繼電器驅(qū)動電路。⑦腳外接靈敏度調(diào)節(jié)插座，提高控制靈敏度。
2、水位、水溫顯示電路
水位分缺水、20%、50%、80%、100%五擋，均用藍(lán)、綠、黃、紅發(fā)光二極管來指示。水溫測量范圍為0°C~99°C，用兩個八位LED數(shù)碼管顯示。LED顯示器是電流型控制器件，其工作電流為2mA~20mA，本電路中LED采用共陰極接法，并省去了限流電阻，由單片機(jī)控制，通過⑥~13腳輸出LED驅(qū)動信號，動態(tài)顯示實(shí)測的水溫和水位。
3.水位、水溫傳感器

本傳感器采用耐高溫耐腐蝕的導(dǎo)電硅膠與不銹鋼進(jìn)行擠壓成型，并將溫度傳感器置于水位傳感器的中間，雙重公共極，防止溢流，傳感器尾部接線采用插頭插接。

傳感器外形如圖3所示，結(jié)構(gòu)如圖4所示，內(nèi)部電路連接如圖5所示，其輸出一般是4條線，其中兩條是傳遞溫度信號的，另外兩條是傳遞水位信號的。用萬用表Rx1k擋測量，阻值在7kΩ~10kΩ的是溫度線，另外兩條就是水位線，水位線的阻值一般在60kΩ左右。

單片機(jī)內(nèi)置非對稱式多諧振蕩器電路，將水位傳感器的等效電阻大小轉(zhuǎn)換為振蕩信號頻率的高低，再由內(nèi)置的計(jì)數(shù)器對頻率計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)水位的測量。水位和溫度的檢測電路都是由電阻組成的，所以它沒有極性，接頭可以互調(diào)。傳感器通過CN3插座將水位和水溫信號傳送至單片機(jī)的①、⑥腳。
4、電磁閥驅(qū)動電路
電磁閥實(shí)物如圖6所示，額定電壓為直流DC12V，本電磁閥設(shè)有單向止回功能，并安裝有過濾網(wǎng)，工作時(shí)有微熱感及輕微震動現(xiàn)象。

傳感器通過水位探測或水溫檢測將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，經(jīng)內(nèi)部電路計(jì)算比較后從②腳輸出3.7V直流電壓，經(jīng)D5及R4限流后驅(qū)動Q1(TIP41 )飽和導(dǎo)通，如圖7所示，從而使電磁閥線圈中有電流通過，打開閥芯上水?？蛇x用有壓閥或無壓閥，有壓閥工作壓力為0.02MPa~0.8MPa，適用于直供水;無壓閥工作壓力為0.005MPa~0.8MPa，適用于水箱供水或低水壓供水。

5.報(bào)警電路
報(bào)警電路的核心元件是蜂鳴器，測控儀檢測水箱中的狀態(tài)后發(fā)出報(bào)警信號由⑧腳輸出驅(qū)動信號，經(jīng)R7限流后使蜂鳴器發(fā)聲，提醒用戶進(jìn)行操作。
6.鍵盤電路
與單片機(jī)⑨腳相連的按鍵SW2是用于手動上水，與⑧腳連接的按鍵SW1用于水位設(shè)置。當(dāng)按一下sW1時(shí)， 20%水位指示燈亮，表明要上水到20%;當(dāng)按兩下水位設(shè)置鍵時(shí)， 50%水位指使燈亮，表明要。上水到50%;當(dāng)按三下水位設(shè)置鍵時(shí)，80%水位指示燈亮，表明要上水到80%;當(dāng)按四下水位設(shè)置鍵時(shí)，預(yù)置水位為100%，表明要上水到100%。
7.電源電路
本測控儀電源采用12V變壓器降壓，經(jīng)D1~D4橋式整流，C2濾波，輸出12.6V直流電壓，一路直接送到電磁閥驅(qū)動電路，另一路經(jīng)R1降壓，U1(LM7805 )穩(wěn)壓后輸出+5V直流電壓，供給單片機(jī)及蜂鳴器。
8.整機(jī)工作原理
接通電源后，單片機(jī)首先完成復(fù)位，利用熱敏電阻和液位傳感器檢測水溫和水位，并加以顯示，然后根據(jù)水溫水位情況進(jìn)行控制。圖中R17、R19為熱敏電阻，用來補(bǔ)償因元件參數(shù)變化而產(chǎn)生的誤差。當(dāng)處于缺水狀態(tài)時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，缺水指示燈亮，延時(shí)15分鐘，若溫度不超過90°C，自動上水至預(yù)置水位;若溫度高于100°C(以免空曬后上水造成炸管)，不上水。
太陽照射，水溫上升，當(dāng)溫度超過609C且水未滿時(shí)，打開電池閥上水至50°C;防止出現(xiàn)低水量、高水溫的不合理現(xiàn)象。晚上，若熱水已用完，延時(shí)15分鐘后上水;若熱水未用完，不上水，以保證熱水充分利用;第二天太陽出來后，利用溫控上水。在上水的過程中，若水壓過低或出現(xiàn)停水情況，智能儀會自動進(jìn)入低水壓上水模式，這時(shí)聲光報(bào)警，并間隔30分鐘啟動上水，若30分鐘內(nèi)不能使水位上升一擋，則停止30分鐘，然后再啟動，反復(fù)循環(huán)，以免電池閥長時(shí)間通電而燒毀。
三、常見故障維修
故障現(xiàn)象1:開機(jī)能自檢，水溫顯示65°C，水位顯示20%。按上水鍵后，上水指示燈亮，20%水位指示燈閃爍，但5分鐘后水溫不下降，水位指示燈不變化。分析檢修:測控儀開機(jī)能自檢，水溫顯示65°C，水位顯示20%，按上水鍵功能顯示正常，說明單片機(jī)復(fù)位及初始化正常，水溫水位傳感器正常，線路正常，電源正常。根據(jù)水溫不下降來看，應(yīng)是熱水器水箱中沒有加入冷水所致。在加水狀態(tài)下，手摸電磁閥外殼無溫度，拆開電磁閥上蓋，測線圈兩端電壓為0V。打開測控儀，接好電磁閥線圈的連線，在加水狀態(tài)下測驅(qū)動管Q1基極電壓為4.5V，這說明Q1的b-e結(jié)已開路，用BU406代換后重新加水，Q1基極電壓為0.7V，進(jìn)入飽和狀態(tài)，電磁閥在加水開始時(shí)有吸合聲，管道中有明顯的水流聲，1分鐘后水溫降至61°C，加水功能恢復(fù)。

故障現(xiàn)象2:開機(jī)不能自檢，水溫、水位均不顯示，無法加水。分析檢修:測電源插座處有AC220V交流電。拆開機(jī)殼，測變壓器次級12V電壓正常，三端穩(wěn)壓器U1③腳輸出的+5V電壓正常，表明電源正常。檢查MCU正常工作的三個條件:+5V工作電壓正常;因復(fù)位腳直接與+5V相連，則復(fù)位也應(yīng)正常;晶振兩端電壓分別為0.6V和0.3V。試用一只4MHz晶振代換原晶振后開機(jī)，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，故障排除。眾