作者/張鵬義，江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

節(jié)能型遙控電熱取暖器的設(shè)計(jì)

作者/張鵬義，江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

本文介紹的節(jié)能型遙控電熱取暖器是普及型電熱取暖器的升級(jí)換代產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)思路是在電熱器取暖時(shí)做到節(jié)能環(huán)保、安全可靠。該電熱取暖器電路主要由電源電路、主控電路、遙控發(fā)射電路、單閾值溫控電路、風(fēng)機(jī)與余熱消散保護(hù)電路等組成組成，其設(shè)計(jì)思路新穎，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，電路成本低、功能全，性能價(jià)格比高。

溫控系統(tǒng)；傳感器；比較電路；延時(shí)

目前大量使用的電熱取暖器為手動(dòng)控制，功率大，耗能高。本文介紹的節(jié)能型遙控電熱取暖器采用紅外遙控控制，按用戶要求設(shè)置了幾檔預(yù)置溫度值。當(dāng)加熱時(shí)的室溫達(dá)到預(yù)置溫度時(shí)自動(dòng)斷電，溫度下降后又自動(dòng)加熱，從而達(dá)到節(jié)能、舒適的效果?？刂葡到y(tǒng)由電源電路、主控電路、遙控發(fā)射電路、單閾值溫控電路、風(fēng)機(jī)與余熱消散保護(hù)電路等組成。

其整機(jī)電路如圖1所示。

1.電源電路

220V電源電壓經(jīng)過變壓器壓降后，由D1-D4橋式整流，C1濾波，產(chǎn)生大約19V左右的電壓，再經(jīng)過N3(7812)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到12V電壓，C2濾波，穩(wěn)壓二極管D20穩(wěn)壓值為5.6V，由于三極管V1的發(fā)射極與基級(jí)之間的電壓為0.6～0.7V左右，所以D5的陽(yáng)極與V1的發(fā)射極之間的電壓降為5V，經(jīng)過C3，C4的第一級(jí)濾波，R3，C5的第二級(jí)濾波供給主芯片N1，R4，C6的第二級(jí)濾波供給接收頭Z1。值得注意的是N1和Z1的5V供電均為懸浮供電，也就是說負(fù)極并不接到電源的地，而是負(fù)端2腳接7V，正端5腳接12V，壓差為5V，從而實(shí)現(xiàn)5V供電。

2.主控電路

該電路主要采用PT2128A-C31集成芯片進(jìn)行控制。C7、C8、X1、N1構(gòu)成455KHZ晶體振蕩器，產(chǎn)生芯片工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。接收頭Z1接收到紅外遙控發(fā)射器的信號(hào)，放大、解調(diào)、解碼后送到PT2128A-C31的1腳，根據(jù)紅外遙控信號(hào)中溫度預(yù)置值的信息，PT2128A-C31的16腳、17腳、18腳中必有一個(gè)腳是低電平，其余兩腳為高電平。當(dāng)18腳為低電平時(shí)，通過電阻R6，使三極管V3飽和導(dǎo)通，其飽和壓降為0.3V，二極管D10導(dǎo)通壓降為0.7V，所以D10負(fù)極電壓為11V,經(jīng)R9與R15分壓后送往LM324的同名端10腳。同理當(dāng)17腳為低電平時(shí)，同過電阻R7使三極管V4飽和導(dǎo)通，再經(jīng)過二極管D11壓降，經(jīng)R10和R15分壓送到LM324的10腳。當(dāng)16腳輸出低電平時(shí)，通過R8，使三極管V5飽和導(dǎo)通，經(jīng)二極管D12降壓，然后經(jīng)R11與R15分壓送往LM324的10腳。這三種電壓是溫度設(shè)置的基準(zhǔn)電壓。

圖1 整機(jī)電路圖

當(dāng)需要兩組加熱片一起加熱時(shí)，接收頭Z1接收紅外信號(hào)經(jīng)放大、解調(diào)、解碼送到集成塊PT2128A-C31的1腳，PT2128A-C31的10腳輸出低電平，經(jīng)R13使三極管V6飽和導(dǎo)通，繼電器J2吸合，PTC2通電加熱。

D6、D7、D8組成與門電路，只要有一個(gè)輸出的是低電平，V2就會(huì)導(dǎo)通，J3通有電流，開關(guān)閉合，風(fēng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，將處于加熱狀態(tài)的PTC加熱元件的熱量送出，吹出熱風(fēng)。

每當(dāng)PT2128A-C31的1腳接收到接收頭Z1發(fā)出的指令，其6腳輸出一個(gè)低電平，蜂鳴器L1就會(huì)“嘀”地響一聲。

3.遙控發(fā)射電路

紅外遙控發(fā)射器由PT2268集成電路構(gòu)成，發(fā)射的信號(hào)通過D2紅外發(fā)光二極管SE303發(fā)射編碼信號(hào)，每次發(fā)射兩次，其中一次是反相的，以防止接收器收到錯(cuò)誤編碼。紅外遙控發(fā)射器電路如圖2所示。

圖2 紅外遙控發(fā)射器電路圖

4.單閾值溫控電路

該電路主要由溫度取樣電路和比較控制電路組成。

溫度取樣電路主要由R16、R17構(gòu)成，其中R17為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，安裝在取暖器的進(jìn)風(fēng)口，對(duì)室內(nèi)的溫度取樣。

比較電路由LM324構(gòu)成，給取暖器設(shè)定了室內(nèi)預(yù)置溫度后，LM324的10腳也就相應(yīng)的設(shè)定了一個(gè)基準(zhǔn)電壓。取樣電路所產(chǎn)生的取樣電壓送至LM324的9腳，當(dāng)室內(nèi)溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，LM324的10腳電壓大于9腳電壓，所以8腳輸出高電平，5腳、3腳輸出固定電平5.5V，所以7腳輸出低電平，1腳輸出高電平。第4個(gè)運(yùn)放器接成射極跟隨器，所以14腳也輸出高電平。此時(shí)三極管V7導(dǎo)通，繼電器J1吸合，加熱片開始加熱。而當(dāng)室內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定溫度后，此時(shí)LM324的10腳電壓小于9腳電壓，14腳輸出低電平，三極管V7截止，繼電器斷開，加熱片就停止加熱?？僧?dāng)溫度稍有下降一點(diǎn)后，比較器翻轉(zhuǎn)，繼電器吸合，加熱片重新開始加熱，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定溫度后，比較器再次翻轉(zhuǎn)，繼電器斷開，加熱片停止加熱。如此短時(shí)間內(nèi)繼電器不停的跳動(dòng)，容易損壞。為此，設(shè)置了由R20和C9組成的RC延時(shí)電路，先通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試出房間內(nèi)溫度下降2度所需的時(shí)間，然后根據(jù)時(shí)間的大小，選擇電阻和電容，設(shè)計(jì)出RC延時(shí)電路。把對(duì)溫度的控制轉(zhuǎn)換成了對(duì)時(shí)間的控制，這樣當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度2度后，比較器才翻轉(zhuǎn)，繼電器才開始跳到，從而減小了繼電器跳到的頻率，保證了繼電器的工作壽命，實(shí)現(xiàn)了單閾值溫度控制。

5.風(fēng)機(jī)與余熱消散保護(hù)電路

當(dāng)接收頭接收到開機(jī)信號(hào)后，主芯片16、17、18腳中就有一個(gè)腳由高電平轉(zhuǎn)換成低電平，通過與門電路，三極管V2基極低電平，V2飽和導(dǎo)通，繼電器吸合，從而使風(fēng)機(jī)開始工作。當(dāng)接頭接收到關(guān)機(jī)信號(hào)后，主芯片16、17、18腳均為高電平，通過與門電路使三極管V2基極高電平，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器斷開，風(fēng)機(jī)停止工作。

二極管D6、D7、D8和電阻R5組成與門電路，使取暖器運(yùn)行在低、中、高三個(gè)溫度中任一檔時(shí)，與門電路均輸出低電平，以保證風(fēng)機(jī)電路的正確運(yùn)行與工作。二極管D9是為了保護(hù)三極管V2的，因?yàn)楫?dāng)三極管V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速由最大值減小為零，由于電流的突變，線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，與電源電壓疊加后在三極管V2的C、E兩級(jí)間，這樣可能使三極管擊穿，并聯(lián)上二極管D9后，可將線圈的自感電動(dòng)勢(shì)鉗位于二極管的正向?qū)妷海瑥亩苊鈸舸┒O管。

余熱消散保護(hù)電路用RC延時(shí)電路來(lái)延遲風(fēng)機(jī)的關(guān)閉，使取暖器在關(guān)閉后，風(fēng)機(jī)仍能繼續(xù)工作一段時(shí)間，給取暖器的加熱片及其附近的塑料器進(jìn)行散熱，防止它們由于過熱而損壞。當(dāng)接收頭接收到關(guān)機(jī)信號(hào)后，主芯片16、17、18三個(gè)腳都由低電平轉(zhuǎn)為高電平，而C10由于兩端電壓不能突變，認(rèn)為低電平，所以三極管V2的基極仍是低電平，三極管V2仍導(dǎo)通，這樣繼電器J3仍然吸合，風(fēng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而給取暖器的加熱片散熱。此時(shí)，三級(jí)管的發(fā)射極的12V電壓通過三極管V2的E、B極和電阻R22給C10充電，當(dāng)電容C10充電飽和后，三極管V2截止，繼電器斷開，風(fēng)機(jī)停止工作。風(fēng)機(jī)延時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)短由電阻R22和電容C10的時(shí)間常數(shù)決定，改變電容C10活電阻R22的數(shù)值可以改變延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，加大電容C10和電阻R22的數(shù)值，延時(shí)時(shí)間變長(zhǎng)，反之延時(shí)時(shí)間變短。

6.結(jié)論

節(jié)能型遙控電熱取暖器設(shè)計(jì)了溫度自動(dòng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，適用于普通型電熱取暖器的升級(jí)換代。溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)由遙控發(fā)射器設(shè)定控制溫度，傳感器采樣并與設(shè)置值比較、分析、判定取暖器的工作狀態(tài)，與傳統(tǒng)的雙閾值控制電路不一樣。該系統(tǒng)采用單閾值判定及溫度時(shí)間轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化、簡(jiǎn)化了電路，保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)自動(dòng)延時(shí)保護(hù)功能設(shè)計(jì)思路新穎、簡(jiǎn)潔、方便，整機(jī)成本低、功能全，性能價(jià)格比高，有很高的實(shí)用價(jià)值。

* [1]崔金輝．家用電器與維修技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年．

* [2]鮮大武．觸摸式取暖器的設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011年11月．