基于合泰HT67F40單片機的壁掛爐溫度控制器的硬件設計

王敬輝 于海清 宋光坤

引言：壁掛爐是燃氣壁掛式采暖爐的簡稱。它可以外接室內溫控器，以實現個性化溫度調節和節能的目的。使用室內溫度控制器可以節能20～28%的燃氣費用。本系統旨在通過對壁掛爐溫度控制器的設計，為國內的廠家提供有益的參考和借鑒。

引言

溫度控制是一種過程控制，其控制效果直接影響著產品的質量甚至是生產安全。常用的控制電路根據應用場合和所要求的性能指標有所不同，本文給出了一種成本較低且安全實用的溫度控制器設計。

一、系統框圖和概要設計

為了節約成本，此溫控器使用段式液晶顯示，需要內部實時時鐘，屬于成本敏感型設備，為簡化設計、節約成本我們采用合泰HT67F40單片機作為主控制芯片，使用定制段式液晶作為顯示單元，使用熱敏電阻作為溫度傳感器。

按鍵包括開關鍵、功能鍵、休眠鍵以及上調、下調鍵，系統可以在睡眠、外出、采暖等模式間自由切換。熱敏電阻使用負溫NTC熱敏電阻，通過對熱敏電阻和固定電阻分壓可得到隨熱敏電阻變化的電壓值，然后通過單片機內部自帶的ADC可以采樣出電壓值，之后再通過查表的方式可得到溫度值。單片機對加熱部分電路（220V AC）的控制通過光耦和雙向可控硅來實現。系統框圖如圖1所示。

二、硬件電路

HT67F40是一款A/D型具有8位高性能精簡指令集并且帶有LCD驅動器的Flash單片機，專門為需要A/D轉換和LCD顯示的產品而設計。該系列單片機具有一系列功能和特性，其Flash存儲器可多次編程的特性給用戶提供了極大的方便。存儲器方面，還包含了一個RAM數據存儲器和一個可用于存儲序號、校準數據等非易失性數據的EEPROM存儲器。

在模擬特性方面，此系列單片機包含一個多通道12位A/D轉換器和雙比較器功能。還帶有多個使用靈活的定時器模塊，可提供定時功能、脈沖產生功能及PWM產生功能。內建完整的SPI和I2C功能，為設計者提供了一個易與外部硬件通信的接口。內部看門狗定時器、低電壓復位和低電壓檢測等內部保護特性，外加優秀的抗干擾和ESD保護性能，確保單片機在惡劣的電磁干擾環境下可靠地運行。

1、單片機部分電路原理圖

單片機部分原理圖如下圖2和圖3所示，K1，K2，K3，K4，K5對應5個按鍵。分別為開機鍵，休眠鍵，功能/確認鍵，以及數字增和數字減鍵。這5個按鍵連接到單片機的PA口。同時啟用PA口的喚醒功能，這樣在按鍵按下時即可喚醒單片機。

在開關鍵按下時，單片機依據當前的工作狀態作狀態切換，若當前處于工作模式，則調用編譯器自帶的休眠函數_halt（）進入休眠，若已經處于休眠模式，則單片機將退出休眠，繼續執行程序。要注意的是在調試階段，電路圖中的R8和R9要更換為電位器，調節VLCD使得對比度合適后，再更換為固定電阻。

2、溫控器溫度采集電路

圖4為溫度采集電路，其中R11為熱敏電阻。當熱敏電阻值發生變化時，流經該電阻的電流也隨之變化，因此R14電阻上分得的電壓必然也發生變化。使用HT67F40內置的ADC采集這個電壓值，并根據所使用的熱敏電阻的阻值變化表制作一個表格，存入單片機內部，依據ADC采集到的電壓值，以查表方式即可確定當前的溫度。

若當前溫度高于設定溫度，則單片機控制加熱電路斷開，反之則控制加熱電路導通。加熱電路的執行部分控制220V交流電壓的通斷。通過光耦以及雙向可控硅完成。

3、液晶顯示器

此款LCD共有14個Segment，4個COM端，如上圖4所示，此界面中一共可顯示4位數字，每一位數字由兩個Segment控制。每位數字的低段中的最低位分別對應P1，P2，P3和P4。在對顯示數字進行操作前，最好先暫存這些符號，修改完數字后再進行恢復。

電路圖中S0～S13連接段式LCD的14個Segment，COM0～COM3為LCD的公共端。HT67F40數據存儲器中有一部分區域是專門為LCD的顯示數據而保留，即顯示存儲區。單片機內部顯示驅動電路會自動讀取任何寫入此處的數據并據此產生LCD或LED驅動信號。因此任何寫入LCD存儲器的數據，會立即映射到連接單片機的LCD顯示器上。顯存示意圖如圖5所示。如需要點亮某一個顯示單元，則對存儲區中對應的地址對應的位置1即可實現。系統的模式切換、狀態切換以及溫度顯示等，在LCD上實質就是對界面的清空和改寫。

三、軟件流程

程序流程圖見下圖6所示，初始化中完成了系統的時鐘初始化、端口初始化、ADC初始化以及定時器初始化，并且清空LCD顯存區。之后系統將進入休眠，并等待開關信號的到來。

因為只有一個開關鍵，其每次按下時所代表的操作是相反的。當開關鍵按下時，開關狀態標志位將翻轉。系統據此判斷要執行上電操作還是斷電操作（LCD）。在休眠狀態下，CPU處于暫停模式，但系統時鐘和一些寄存器仍然處于運行狀態。如此工作模式的配置和當前時鐘的設置得以保存。開機后，系統將在主循環中輪訓按鍵狀態，并對不同的按鍵進行不同的處理?？傮w來說就是對顯示界面的修改和對當前溫度的修改。如用戶可以通過組合按鍵分別對溫度閾值和當前時間進行設置、查詢。

五、結語

實踐證明本系統具有個性化溫度調節功能，能實現節能的目的。該溫控器操作簡便易行，顯示界面美觀大方且更人性化，溫度控制精準且高效。

參考文獻

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（作者單位：天津現代職業技術學院）