基于合泰HT67F40单片机的壁挂炉温度控制器的硬件设计

王敬辉 于海清 宋光坤

引言：壁挂炉是燃气壁挂式采暖炉的简称。它可以外接室内温控器，以实现个性化温度调节和节能的目的。使用室内温度控制器可以节能20～28%的燃气费用。本系统旨在通过对壁挂炉温度控制器的设计，为国内的厂家提供有益的参考和借鉴。

引言

温度控制是一种过程控制，其控制效果直接影响着产品的质量甚至是生产安全。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，本文给出了一种成本较低且安全实用的温度控制器设计。

一、系统框图和概要设计

为了节约成本，此温控器使用段式液晶显示，需要内部实时时钟，属于成本敏感型设备，为简化设计、节约成本我们采用合泰HT67F40单片机作为主控制芯片，使用定制段式液晶作为显示单元，使用热敏电阻作为温度传感器。

按键包括开关键、功能键、休眠键以及上调、下调键，系统可以在睡眠、外出、采暖等模式间自由切换。热敏电阻使用负温NTC热敏电阻，通过对热敏电阻和固定电阻分压可得到随热敏电阻变化的电压值，然后通过单片机内部自带的ADC可以采样出电压值，之后再通过查表的方式可得到温度值。单片机对加热部分电路（220V AC）的控制通过光耦和双向可控硅来实现。系统框图如图1所示。

二、硬件电路

HT67F40是一款A/D型具有8位高性能精简指令集并且带有LCD驱动器的Flash单片机，专门为需要A/D转换和LCD显示的产品而设计。该系列单片机具有一系列功能和特性，其Flash存储器可多次编程的特性给用户提供了极大的方便。存储器方面，还包含了一个RAM数据存储器和一个可用于存储序号、校准数据等非易失性数据的EEPROM存储器。

在模拟特性方面，此系列单片机包含一个多通道12位A/D转换器和双比较器功能。还带有多个使用灵活的定时器模块，可提供定时功能、脉冲产生功能及PWM产生功能。内建完整的SPI和I2C功能，为设计者提供了一个易与外部硬件通信的接口。内部看门狗定时器、低电压复位和低电压检测等内部保护特性，外加优秀的抗干扰和ESD保护性能，确保单片机在恶劣的电磁干扰环境下可靠地运行。

1、单片机部分电路原理图

单片机部分原理图如下图2和图3所示，K1，K2，K3，K4，K5对应5个按键。分别为开机键，休眠键，功能/确认键，以及数字增和数字减键。这5个按键连接到单片机的PA口。同时启用PA口的唤醒功能，这样在按键按下时即可唤醒单片机。

在开关键按下时，单片机依据当前的工作状态作状态切换，若当前处于工作模式，则调用编译器自带的休眠函数_halt（）进入休眠，若已经处于休眠模式，则单片机将退出休眠，继续执行程序。要注意的是在调试阶段，电路图中的R8和R9要更换为电位器，调节VLCD使得对比度合适后，再更换为固定电阻。

2、温控器温度采集电路

图4为温度采集电路，其中R11为热敏电阻。当热敏电阻值发生变化时，流经该电阻的电流也随之变化，因此R14电阻上分得的电压必然也发生变化。使用HT67F40内置的ADC采集这个电压值，并根据所使用的热敏电阻的阻值变化表制作一个表格，存入单片机内部，依据ADC采集到的电压值，以查表方式即可确定当前的温度。

若当前温度高于设定温度，则单片机控制加热电路断开，反之则控制加热电路导通。加热电路的执行部分控制220V交流电压的通断。通过光耦以及双向可控硅完成。

3、液晶显示器

此款LCD共有14个Segment，4个COM端，如上图4所示，此界面中一共可显示4位数字，每一位数字由两个Segment控制。每位数字的低段中的最低位分别对应P1，P2，P3和P4。在对显示数字进行操作前，最好先暂存这些符号，修改完数字后再进行恢复。

电路图中S0～S13连接段式LCD的14个Segment，COM0～COM3为LCD的公共端。HT67F40数据存储器中有一部分区域是专门为LCD的显示数据而保留，即显示存储区。单片机内部显示驱动电路会自动读取任何写入此处的数据并据此产生LCD或LED驱动信号。因此任何写入LCD存储器的数据，会立即映射到连接单片机的LCD显示器上。显存示意图如图5所示。如需要点亮某一个显示单元，则对存储区中对应的地址对应的位置1即可实现。系统的模式切换、状态切换以及温度显示等，在LCD上实质就是对界面的清空和改写。

三、软件流程

程序流程图见下图6所示，初始化中完成了系统的时钟初始化、端口初始化、ADC初始化以及定时器初始化，并且清空LCD显存区。之后系统将进入休眠，并等待开关信号的到来。

因为只有一个开关键，其每次按下时所代表的操作是相反的。当开关键按下时，开关状态标志位将翻转。系统据此判断要执行上电操作还是断电操作（LCD）。在休眠状态下，CPU处于暂停模式，但系统时钟和一些寄存器仍然处于运行状态。如此工作模式的配置和当前时钟的设置得以保存。开机后，系统将在主循环中轮训按键状态，并对不同的按键进行不同的处理。总体来说就是对显示界面的修改和对当前温度的修改。如用户可以通过组合按键分别对温度阈值和当前时间进行设置、查询。

五、结语

实践证明本系统具有个性化温度调节功能，能实现节能的目的。该温控器操作简便易行，显示界面美观大方且更人性化，温度控制精准且高效。

参考文献

[1]朱奕丹，倪浩如.基于单片机控制的高精度多点温度检测显示系统[J].自动化仪表，2008，29（8）：58-61，64.

[2]纪友芳，李大海，林美娜.智能温度控制仪的设计与实现[J].计算机工程与设计，2007，28（17）：4200-4202.

[3]奚建荣.基于单片机的壁挂炉采暖控制系统设计[J].甘肃科技，2008，24（16）：24-26.

（作者单位：天津现代职业技术学院）