摘要：世界上许多先进国家的燃气热水器的发展已进入了多功能、大容量、智能化的时代。由单片机宋代替复杂的硬件电路控制，己显示出技术上的先进性和经济性。本文介绍了广东省石油气用具发展有限公司成功地引用MOTOROLA公司的MC6805R2单片机，加少量外围元件，以自动调燃气热水器耗气量、出热水量的原理，实现了热水器出热水温度自动恒温，温度显示、水量指示、耗气量指示、自动点火、熄火保护、过热保护等功能的控制系统。
一、概述： 燃气快速热水器经历功能简单，出水量小到目前的自动点火，自动恒温，出水量大，各种保护功能齐全的过程，但各种控制电路保护电路也越来越复杂，硬件成本及故障也相应较高。以软件控制方式来代替复杂的硬件线控制已成趋势。用结构紧凑、控制灵活、集软件、硬件与一身的单片机来做主控制器是最为理想的选择。
我公司科技人员通过几年的探索，成功地应MOTOROLA公司的MC6805R2单片机，研制出JSYD8-D系列电脑全自动燃气快速热水器。其结构如图1所示。
二、基本工作原理 电脑全自动燃气热水器工作过程分别为出水温度，水量设定；自动点火，熄火保护；出水温度自动恒温、其工作原理框图如图2所示。
(一)出水温度、水量设定
接通电源后，温度显示器显示当前水温，水量指示器指示的水量为上次洗澡结束时的出水量，同时单片机不断查询功能键，当水温设定键按下时，最初显示初始化时设定水温42℃，接着显示器显示当前设定值，当用户松开设定键，单片机记录最后显示值，作为设定值。同样用户根据水量指示器指示的水量，来设定自己所需的水量。在自动恒温过程中，若调节燃气量达不到恒温时，单片机就通过调节出水量来达到恒温要求，此时实际出水量可能会偏离设定值。单片机的软件还规定了用设定水温不得高于65℃，若高于65℃，则以65℃作水温设定值，最低水温不得低于当时环境水温，否则不能启动热水器。水量设定值最大为八段指示器全亮，最小为一段指示器亮。
(二)自动点火和熄火保护控制
用户设定好水温、水量后，开通水阀，水动开关接通，单片机控制电脉冲器自动点火，1秒后打开燃气电磁阀，火焰检测器检知燃烧器点燃后，点亮燃烧指示灯，关掉电脉冲点火器，进入自动恒温控制程序。如点火10秒后，燃烧器还没有点燃，则关掉电磁阀，电脉冲点火器，发出警告信号(燃烧指示灯闪烁)，提醒用户燃气是否用完或打开等。此时要关掉水阀或按RESET按键才能重新点火。在热水器整个工作中，燃烧器意外熄火，都会关掉电磁阀，实行熄火保护，以策安全。
(三)出水温度自动控制
当热水器进入自动恒温控制程序时，单片机通过采样电路，取得当前的水温，水量、耗气量等数据，根据控制软件和用户设定值，先调节燃气耗量，即在实测水温低于设定值是，接通气量调节电机正转，增加热水器的热负荷，使出水温度上升，在热负荷达到最大值。出水温度还达不到设定值时，接通水量调节电机反转，减小出水量，使出水温度达到设定值。当实测水温高于设定值时，先接通气量调节电机反转，降低热水器的热负荷，使出水温度下降，在热负荷调节到最小，出水温度还高于设定值时，接通水量调节电机正转，增大出水量使水温降到设定值，单片机就是通过反复调节热水器的热负荷和出水量，实现出水温度自动控制
三、硬件设计 (一)水温、水量、气量采样、设定电路
电路原理如图2所示，IC1为集成温度传感器，用于检出水水温，IC2为集成运算放大器，用于放大IC1输出的温度信号，W2、W3分别为水量、耗气量反馈电位器，通过检测水阀和气阀的开阀位置来间接测量热水器出水量和耗气量。通过对PD端口DO、D1、D2脚输入电压的A/D转换，单片机可以取得当前的出水温度、水量及耗气量。SW1、SW2为水温设定的上升键和下降键，SW3、SW4为水量设定的上升键和下降键，单片机的AO～A4接收它们的设定信号。SW1被按下时，水温显示器1℃/S的速度向上升温，而SW2按下时，则以1℃/S的速度向下降温，松开时，显示器的最终显示温度即为设定值。SW3被按下时，水量调节电机带动水阀和水量指示电位器正转，水量逐渐增大，对应的指示灯逐个点亮。水量最大时，八段全亮。SW4被按下时，水量调节电机带动水阀和水量指示电位器反转，水量逐渐减小，对应的水量指示灯逐个熄灭，水量最小时，即使不松开按键电机也自动停止转动，而拄键松开时的水量印为设定水量，操作方便简单。
(二)、温度显示，水量、耗气量指示电路
电路原理图如图4所示，LED1、LED2分别为水量、耗气量指示器，采用单排八段数码管指示水量、耗气量。与水阀芯、气阀芯联动的反馈电位器，间接的反应了水量和耗气量，单片机采样反馈值后，输出相应数据给LED1和LED2，指示当前水量、耗气量。单片机从温度采样电路中输入当前的出水温度，其数据经处理后，一方面从PB端口BO～B7端将数据输出给LED3显示当前水温：另-方面与设定水温值进行比较运算，运算结果从PA端口的A4～A7端输出，控制水量、气量调节电路，实现出水温度的自动恒温控制。图中的Q1～Q4四只开关三极管由单片机的PC端口CO～C3控制，用于实现LED1、LED2、LED3的动态显示，节省了单片机的有限资源，降低生产成本。
(三)、自动恒温执行电路
电路原理如图5所示，图中M1、M2分别为水量调节电机和气量调节电机。正转时水量、气量增大，反之则降低。单片机通过PA端口的A4～A7控制M1、M2电机正反转，来调节水量、气量实现自动恒温功能。SSR1～SSR4四只固态继电器，作M1、M2电机的换相开关，因其具有过零开关和光电隔离功能，所以在电机换相时，对单片机的干扰很小，保证了单片机工作安全可靠。
(四)、自动点火、熄火保护电路
电路原理如图6所示，燃气电磁阀的两组线圈LA、LB，其中LA为吸动线圈，LB为维持线圈，燃气电磁阀安装在热水器进气侧，控制燃气的通断。热水器水阀打开时，水动开关SW1接通，单片机的PD端口D3检知后，向PC端口C7输出点火信号，GI电脉冲点火器发出点火脉冲，同时点火指示灯点亮，1秒钟后向PC瑞口C4端输出一个0.3秒宽的低电平脉冲，启动燃气电磁阀，同时PC端口的C7端变为低电平，维持该阀在开阔状态，向燃烧器供燃气，当IC1检测到火焰信号时，单片机停止点火脉冲，PC端C5端输出低电平，LED1发出燃烧器燃烧指示。若持续点火10秒后，IC1还没有检测到火焰信号，则按点火失败处理，关断燃气电磁阀、电脉冲点火器。燃烧器中途意外熄火也作同样处理，并使LED1发出闪烁警告信号，提醒用户是否燃气供应中断或其它安全问题。这种情况下，只有按下RESBT键才能重新启动热水器工作。
四、软件设计 主控制程序流程如图7所示，接通电源后，单片机从RESET进入住控制程序，初始化后，对水量、耗气量、水温进行采样，在线控器上显示当前水温、指示水量、耗气量。
当线控器上的功能键被按下时，软件立刻调用功能键处理程序，进行相应的键功能处理。是否启动燃气热水器完全依靠水动开关的通断决定，无论何时只要水动开关断开，就停止热水器的工作，该功能类似水控热水器。启动热水器时程序设定了先点火后开气的原则，这是防止热水器爆燃的措施之一，点燃燃烧器后，立即关掉电脉冲点火器，进入自动恒温程序，若10秒后还没有点燃热水器，则作中途意外熄火处理，停止热水器工作，发出警告信号，把功能键处理程序作为一个子程序，放在主程序流程中，既简化了主程序结构，又使用户在任何时侯都可以使用功能键修改设定值，极大的方便了用户的使用。采用定时器中断方式采获得1秒和10秒的延时，有定时精确，占用CPU处理时间少等优点。
五、抗干扰措施 (一).电源抗干扰措施
本控制系统中的电脉冲点火器，执行电机及电磁阀都是较强的干扰源，为防止共电源的相互干扰，我们为电脉冲器，电动机及电磁阀设置各自独立的电源变压器，变压器选用隔离变压器，并在220V进线侧接入RLC网络滤波电路，以消除来自电网的尖峰干扰，在单片机工作电源的直流侧，采用稳压前后的多级电容滤波。
(二).接口抗干扰措施
在单片机与有较强干扰的执行元件接口中，都采用了光电隔离技术，如电脉冲点火器、水量、气量调节电机等接口中。
(三).软件抗干扰措施
在软件中我们采用了对采样数据的数字滤波，软件防"飞"等措施。
正是因为本系统采用较严格的抗干扰措施，使得电脑全自动燃气热水器在较强的干扰环境中也能正常工作。
六、结束语 单片机在燃气热水器上的应用，对我们来说还是初次，国内外在这方面的咨料很少。没有这方面现成的产品。现在，我们正继续研究，不断完善该类型产品，向新的更高的目标进军。
