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太陽能控制器電路圖（一）

一、電路結(jié)構(gòu)

電路如圖所示。雙電壓比較器LM393兩個反相輸入端②腳和⑥腳連接在一起，并由穩(wěn)壓管ZD1提供6.2V的基準(zhǔn)電壓做比較電壓，兩個輸出端①腳和⑦腳分別接反饋電阻，將部分輸出信號反饋到同相輸入端③腳和⑤腳，這樣就把雙電壓比較器變成了雙遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點附近不會產(chǎn)生振蕩。R1、RP1、C1、A1、Q1、Q2和J1組成過充電壓檢測比較控制電路；R3、RP2、C2、A2、Q3、Q4和J2組成過放電壓檢測比較控制電路。電位器RP1和RP2起調(diào)節(jié)設(shè)定過充、過放電壓的作用。可調(diào)三端穩(wěn)壓器LM371提供給LM393穩(wěn)定的８Ｖ工作電壓。被充電電池為12V65Ah全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽電池用一塊40W硅太陽電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)光照下輸出17V、2.3A左右的直流工作電壓和電流；D1是防反充二極管，防止硅太陽電池在太陽光較弱時成為耗電器。

二、工作原理

當(dāng)太陽光照射的時候，硅太陽電池組件產(chǎn)生的直流電流經(jīng)過Ｊ１－１常閉觸點和Ｒ１，使ＬＥＤ１發(fā)光，等待對蓄電池進(jìn)行充電；Ｋ閉合，三端穩(wěn)壓器輸出８Ｖ電壓，電路開始工作，過充電壓檢測比較控制電路和過放電壓檢測比較控制電路同時對蓄電池端電壓進(jìn)行檢測比較。當(dāng)蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時，Ａ１的⑥腳電位高于⑤腳電位，⑦腳輸出低電位使Ｑ１截止，Ｑ２導(dǎo)通，ＬＥＤ２發(fā)光指示充電，Ｊ１動作，其接點Ｊ１－１轉(zhuǎn)換位置，硅太陽電池組件通過Ｄ１對蓄電池充電。蓄電池逐漸被充滿，當(dāng)其端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時，Ａ１的⑥腳電位低于⑤腳電位，⑦腳輸出高電位使Ｑ１導(dǎo)通，Ｑ２截止，ＬＥＤ２熄滅，Ｊ１釋放，Ｊ１－１斷開充電回路，ＬＥＤ１發(fā)光，指示停止充電。

當(dāng)蓄電池端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時，Ａ２的③腳電位高于②腳電位，①腳輸出高電位使Ｑ３導(dǎo)通，Ｑ４截止，ＬＥＤ３熄滅，Ｊ２釋放。其常閉觸點Ｊ２－１閉合，ＬＥＤ４發(fā)光，指示負(fù)載工作正常；蓄電池對負(fù)載放電時端電壓會逐漸降低，當(dāng)端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時，Ａ２的③腳電位低于②腳電位，①腳輸出低電位使Ｑ３截止，Ｑ４導(dǎo)通，ＬＥＤ３發(fā)光指示過放電，Ｊ２動作，其接點Ｊ２－１斷開，正常指示燈ＬＥＤ４熄滅。另一常閉接點Ｊ２－２（圖中未繪出）也斷開，切斷負(fù)載回路，避免蓄電池繼續(xù)放電。閉合Ｋ，蓄電池又充電。

太陽能控制器電路圖（二）

12V 20A 太陽能充電控制器電路圖

IC1 TLC2272Cp

IC2 CD4013BE CMOS

Q1 2N3904

Q2 IRF4905

Q3 2N3905

D1 1N4148

D2 20L15T

ZD1 1N5242 12V 穩(wěn)壓二極管

LED1 紅/綠雙色

TZ1 V7270 or V727 瞬態(tài)電壓抑制器

TM1 2.0K（25℃） NTC 熱敏電阻

F1 20A 保險

VR1 100K

所有電阻 1/4w

R1 270K

R2 470K

R3 75K

R4 180K

R5，R7，R8，R9，R10，R11 100K

R6 200K

R12，R16，R17，R18， 330Ω

R13，R14 2.2K

R15 10K

C1 220μf 35V

C8 10nf

c2-c7，c9-c12 100nf

燃?xì)怆娮涌刂破麟娐穲D（一）

一款自吸閥安全型燃?xì)鉅t具脈沖控制器（如附圖所示，其中K1、K2分別為左、右爐開關(guān)。本文以左爐為例介紹）。本控制器功能齊全，電路典型，市場占有率較大，可作為維修人員維修其他自吸閥安全型爐具脈沖控制器的參考。

1．電磁閥啟動電路原理

在圖中，當(dāng)開關(guān)K1閉合后，C19通過R29和V10基極充電，V10導(dǎo)通，V11飽和，啟動線圈L1得電，電磁閥吸合，燃?xì)馔ㄟ^電磁閥到達(dá)爐頭。當(dāng)C19充電約0．5秒后，C19負(fù)端電壓小于0．5V，V10、V11截止，電磁閥吸合過程結(jié)束。

2．點火電路工作原理

（1）當(dāng)K1閉合時，由于左爐火焰探針（A點）檢測不到火焰，加上比較器IC1-A有上拉電阻R5的偏置作用，IC1—A的第⑨腳為高電平，IC1-A第14腳輸出也為高電平，C4繹過R10開始充電。開始充電時IC1-B第④腳電壓高過IC1-B第⑤腳電壓，Ic1—B第②腳輸出為低電平，振蕩管V2基極得電起振，線圈T1次級感應(yīng)的交流電壓經(jīng)過D8半波整流對C8充電，可控硅V4觸發(fā)極電流經(jīng)過D9、R14、V3的c—e極，使得V4導(dǎo)通。C8通過GYB1初級和V4放電。同時在GYB1次級感應(yīng)一個高于12kV的高壓脈沖。由于V7基極無電流，V7截止，V5沒有觸發(fā)電流，V5截止，GYB2初級沒有電流通路，GYB2次級無感應(yīng)高壓脈沖。

（2）當(dāng)C4充電約8秒后，IC1-B第④腳電壓小于IC1—B第⑤腳電壓，LM339第②腳輸出為高電壓，V1、V3截止，T1次級無感應(yīng)電壓，停止點火。

（3）在脈沖有放電高壓時，V12基極通過R32、D6得電而飽和，維持線圈L2得電而維持電磁閥開通。如果脈沖控制器在點火時間（8秒）內(nèi)，火焰探針檢測不到火焰（即點不看火），Ic1—B第②腳輸出為高電壓，V12沒有工作電流而截止。維持線圈L2沒有電流，電磁閥關(guān)閉，煤氣不能通過電磁閥到達(dá)爐頭。

3．火焰檢測電路工作原理

（1）煤氣燃燒時，火焰可在探針上產(chǎn)生一個負(fù)電勢（對地），此負(fù)電勢可以旁路掉R3、C1流過來的正電流，此負(fù)電勢大小與探針溫度（即火的大小）成正比。

（2）在點火時間（8秒）內(nèi)，探針檢測到火焰時，R3、C1流過的正電流被旁路到地。IC1-A第⑨腳為負(fù)電壓（對地約-200mV）。IC1-A第14腳輸出為低電平，D4鎖住C4正極電壓值為0．5V，IC1—B第④腳為低電平，IC1-B第②腳輸出為高電平，D7、V2截止，點火停止；D6、V12截止。R24通過V15向V2基極提供一小電流，T1和V2組成的振蕩電路小幅起振（平均振蕩電流8mA），以保持火焰檢刪電路所需的交流信號。同時因為IC1-B第14腳輸出為低電平，故V8截止，V9、V12飽和，維持線圈L2得電，電磁閥維持住，燃?xì)饪赏ㄟ^電磁閥到達(dá)爐頭。整機(jī)正常工作。

4．意外熄火保護(hù)功能

當(dāng)爐具正常工作發(fā)生意外熄火故障時，探針檢測不到火焰，C1、R3流過的正電流不能被旁路到地，由于有偏置電阻R5的作用，IC1-A第⑨腳為高電平，IC1—A第14腳輸出為高電平，C14開始充電，LM339第②腳輸出為低電平，脈沖控制器進(jìn)行第二次點火。在二次點火時間內(nèi)，V12飽和，維持線圈L2得電，電磁閥仍維持。若在二次點火完畢探針仍檢刪不到火焰，IC1—A第14腳輸出仍為高電平，IC1-B第④腳為低電壓，LM339第②腳輸出為高電平，脈沖控制器點火完畢。V8飽和，V9、D6、V12截止，維持線圈L2因無電流，電磁閥關(guān)閉。燃?xì)獠荒艿竭_(dá)爐頭。

5．意外熄火報警電路

當(dāng)K1已經(jīng)閉合，電磁閥維持線圈L2無電流時，V13截止，V14飽和，蜂鳴器F1得電而發(fā)出報警聲。提示用戶燃?xì)庠罹咭呀?jīng)意外熄火。［Page］

6．自鎖功能

當(dāng)K1閉合，在火焰探針（A）檢測不到火焰信號時，IC1-A第⑨腳和第14腳為高電平。V6基極經(jīng)R7、D4、R9得電而飽和。若在此時K2閉合，由于V6鎖住IC1-A第⑥腳電壓為零，IC1-D第①腳為高電壓。V2、V7、V12均截止。K2控制的電路不工作。

7．附注

1）LM339為四電壓比較器；2）點火頻率調(diào)整電阻：R14；3）點火電流調(diào)整電阻：R25；4）點火時間調(diào)整電阻：R10（K1左爐）；R21（K2右爐）；5）電磁閥吸合時間調(diào)整電阻：R29；6）產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)，額定工作電壓：DC3V；工作電壓范圍：DC2．1～3.3V；點火頻率：8～15Hz／s（DC3V）≥3Hz／s（DC2．1V）；點火時間：7—10s；點火電流≤150mA；點火高壓：≥12kV；點火距離：≥4mm；點火火花顏色（形狀）：彎火弧形（藍(lán)白色）；電磁閥吸合時間：0．25s～0．75s；使用次數(shù)：≥50000次；反饋電阻：≥3．3M。

燃?xì)怆娮涌刂破麟娐穲D（二）

基于EN298：2003安全標(biāo)準(zhǔn)的自動燃?xì)饪刂破髟O(shè)計

由于能源的稀缺，如何使燃料資源利用更高效、更合理，已成為備受關(guān)注的民生大事。同時，燃?xì)獍踩[患問題也亟待解決。隨著技術(shù)的進(jìn)步，相關(guān)研究人員逐漸將控制理論應(yīng)用于燃燒過程控制領(lǐng)域中。目前，西方發(fā)達(dá)國家燃燒控制技術(shù)發(fā)展比較成熟，但產(chǎn)品成本較高;我國燃燒控制技術(shù)相對落后，生產(chǎn)燃燒器以及燃燒控制設(shè)備沒有明確的質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)，故歐盟燃燒控制安全標(biāo)準(zhǔn)的引入具有重大意義。

1、設(shè)計規(guī)范

本設(shè)計符合EN298：2003安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鼓風(fēng)或非鼓風(fēng)燃?xì)馊紵骱腿細(xì)庥镁叩淖詣尤紵刂葡到y(tǒng)、程序控制裝置和與之相連接的火焰檢測裝置結(jié)構(gòu)、功能、測試方法和標(biāo)志要求。

2、關(guān)鍵技術(shù)

2.1、光電耦合器隔離高低壓技術(shù)

光電耦合器是一種把發(fā)光源、受光器及信號處理電路封裝在同一密閉殼體內(nèi)的器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作時輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管，使其發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收，產(chǎn)生光電流，經(jīng)進(jìn)一步放大后，將電信號直接輸出，即實了“電→光→電”的轉(zhuǎn)換及輸出。把光作為信號傳輸媒介，輸入端和輸出端在電氣特性上絕緣，這樣就實現(xiàn)了“電隔離”。

2.2、基于STC單片機(jī)ID的芯片加密技術(shù)

如果解密后的結(jié)果和EEPROM中的編碼相匹配，則進(jìn)入正常循環(huán);否則，使程序跑飛的同時清空所有EEPROM。此外，考慮到若加密驗證程序只放在主程序的開始執(zhí)行，則有被專業(yè)破解人員直接跳過加密驗證程序的可能，故系統(tǒng)設(shè)計時采用周期性加密驗證方式，提高系統(tǒng)保密性。

2.3、基于雙MCU的FailSafe技術(shù)

FailSafe技術(shù)要求在緊急狀況下可以立即切斷所有的危險輸出以防發(fā)生事故，即實現(xiàn)“故障導(dǎo)向安全”，也可稱作“失效安全”。燃?xì)饪刂破魇褂玫奶厥庑詻Q定了該系統(tǒng)對安全性要求比較高，本設(shè)計在采用冗余技術(shù)的前提下實現(xiàn)了FailSafe。冗余技術(shù)又稱為儲備技術(shù)，其核心理念是利用系統(tǒng)并聯(lián)模型來提高系統(tǒng)可靠性，一般分為工作冗余和后備冗余。本設(shè)計中采用前者，即多單元平均負(fù)擔(dān)工作，工作能力有一定冗余。

系統(tǒng)工作過程中，電磁閥對火焰的控制是影響安全的重要因素。當(dāng)電磁閥打開時即有燃?xì)忉尫牛魶]有火焰存在是十分危險的，故需確保在沒有火焰時電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

如表1所列，設(shè)計使用兩個MCU對電磁閥和火焰的狀態(tài)進(jìn)行檢測和控制。在認(rèn)為兩個MCU同時出現(xiàn)故障的可能性非常低的前提下，當(dāng)有一個MCU或相關(guān)器件出現(xiàn)故障時，會在另一個MCU的控制下關(guān)閉電磁閥，并切斷所有的危險輸出，如燃?xì)忉尫拧＜僭O(shè)每個MCU及相關(guān)部件出現(xiàn)故障的幾率是1%，雙MCU控制時出現(xiàn)故障的幾率僅為0.01%，即通過雙MCU控制實現(xiàn)了FailSafe。

3、系統(tǒng)設(shè)計

功能設(shè)計要求略——編者注。

3.1、系統(tǒng)工作流程

燃?xì)饪刂破鞯南到y(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示，虛線框內(nèi)的各模塊是控制器中實際包含的模塊，而左側(cè)矩形框內(nèi)表示該控制器所要檢測和控制的外圍設(shè)備及相關(guān)電路。

圖中編號與燃燒控制系統(tǒng)工作流程相對應(yīng)：

①系統(tǒng)運(yùn)行過程中，外圍輸入信號通過接口電路被控制系統(tǒng)的輸入模塊接收;

②經(jīng)過輸入模塊處理后的信號被中央處理模塊所接收;

③中央處理模塊中的兩個MCU對輸入信號進(jìn)行分析和處理;

④通過故障處理模塊對系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行檢測和處理，并將處理結(jié)果反饋給中央處理模塊;

⑤中央處理模塊將分析和處理后的信號傳輸給輸出控制模塊;

⑥輸出控制模塊將低壓控制信號通過繼電器來控制高壓信號，最后通過接口電路對外圍設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行自動化控制。

在以上各模塊工作的過程中，均由電源管理模塊提供適當(dāng)電壓。

3.2、硬件設(shè)計

3.2.1、系統(tǒng)硬件電路

燃?xì)饪刂破饔布驁D如圖3所示，主要包括主控制器STC12C5204、輔助控制器STC12C5201、MCU同步電路、電源電路、輸入電路、輸出控制電路等幾個部分。圖3中出現(xiàn)的英文縮寫含義略——編者注。

3.2.2、系統(tǒng)輸入電路

（1）火焰檢測電路

圖4為燃?xì)饪刂破骰鹧鏅z測電路圖，主要利用火焰的導(dǎo)電性和整流效應(yīng)而設(shè)計。火焰檢測對系統(tǒng)來說非常重要，故探測點Fire同時連接到了MCU1和MCU2的I/O口上。

圖4中FE為火焰探測器，電阻R46、R22和電容C4構(gòu)成低通濾波器。電阻R47和R14組成L型衰減器，使J10與N之間得到10.67V交流電壓。電容C3起到交流耦合作用，使FE端得到純凈的交流信號。在FE點火時，1mm內(nèi)約產(chǎn)生兩萬伏高壓脈沖，故電路中采用大功率電阻R46與R22，可以盡量拉開火焰探頭與檢測電路中比較器及光耦的距離，以保護(hù)電路。

無火焰存在時，F(xiàn)E端直流分量為零，在上拉電阻R17作用下，LM393同相輸入端INA+電壓為+0.7V，比較器輸出為邏輯1，光耦不導(dǎo)通，F(xiàn)ire為低電平;有火焰存在時，燃?xì)馊紵鳟a(chǎn)生離子體，當(dāng)電源提供的交流電信號接觸到火焰探針時，可在火焰上形成通路，相當(dāng)于J10與零線之間接入一個二極管，具有單向?qū)ㄌ匦裕骱蟛ㄐ稳鐖D5所示，此時直流分量為負(fù)值。比較器同相輸入端INA+為DC-0.7V，比較器的輸出為邏輯0，光耦導(dǎo)通，F(xiàn)ire為高電平。

（2）低壓檢測電路

如圖6所示，為燃?xì)饪刂破鞯蛪簷z測電路圖。由于電壓不足時會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，需要對系統(tǒng)電壓進(jìn)行實時監(jiān)測。

低壓檢測通過比較器和低壓檢測電路共同完成。圖6中LOWVOLT是低壓檢測點，與主控MCU的I/O口相連接，高電平表示檢測電壓偏低，低電平表示電壓正常。網(wǎng)絡(luò)點5V1比零線電壓高5V，經(jīng)分壓，反相輸入端INB一的電壓為1.875V，同相輸入端INB+的電壓為30kΩ/（30kΩ+3MΩ）&TImes;待測電壓臨界值為181.8V，若同相輸入端的電壓低于反相輸入端，即供電電壓低于預(yù)設(shè)值，則光耦導(dǎo)通，LOWVOLT檢測到上升沿。

3.2.3、系統(tǒng)輸出控制電路

系統(tǒng)輸出控制電路邏輯如圖7所示，故障報警燈和風(fēng)機(jī)連在干路上，其他電路包括兩個燃?xì)?a title="中國控制閥網(wǎng)" href="http://m.lqeedmx.cn/product/list.php?catid=606" target="_blank">控制閥門、點火裝置以及執(zhí)行器均需接受風(fēng)機(jī)的總控制，即只有在風(fēng)機(jī)打開的前提下，系統(tǒng)才允許進(jìn)行輸氣、點火等動作。

3.3、軟件設(shè)計

3.3.1、系統(tǒng)軟件架構(gòu)

圖8為燃?xì)饪刂破鬈浖軜?gòu)圖，顯示了軟件的主要組成部分及其嵌套關(guān)系。

3.3.2、主控MOU芯片加密及加密驗證軟件設(shè)計

主控MCU加密基礎(chǔ)是STC12C5201AD系列芯片的每一個單片機(jī)在出廠時都具有全球唯一的序列號（ID號），可以在單片機(jī)上電后通過相關(guān)指令從內(nèi)部RAM單元F1H～F7H中存儲的連續(xù)7個單元值來獲取該單片機(jī)的ID號，利用其唯一性對MCU進(jìn)行加密。此時，再燒錄流程控制程序則只能匹配當(dāng)前芯片。加密軟件流程、密碼驗證軟件流程如圖9、圖10所示。

3.3.3、系統(tǒng)流程控制軟件設(shè)計

結(jié)合系統(tǒng)功能要求及被測參數(shù)的相關(guān)性，確定各任務(wù)如下：

TASK#1：開機(jī)檢測（鎖存錯誤檢測，火焰檢測，低壓檢測），重復(fù)檢測7次。

TASK#2：CPI檢測，重復(fù)檢測20次。

TASK#3：開機(jī)前LP檢測，重復(fù)檢測20次。

TASK#4：打開風(fēng)機(jī)，兩個周期后進(jìn)行風(fēng)機(jī)電平檢測。

TASK#5：打開SA，進(jìn)行火焰檢測和RWtest檢測，重復(fù)檢測40次。

TASK#6：關(guān)閉SA，進(jìn)行火焰檢測和RWtest檢測，重復(fù)檢測60次。

TASK#7：打開BV2，4個周期后進(jìn)行火焰檢測。

TASK#8：關(guān)閉IG點火器，進(jìn)行RWtest檢測，LP檢測，重復(fù)檢測14次。

TASK#9：打開BV2，進(jìn)行火焰檢測，RWtest檢測，LP檢測，重復(fù)檢測24小時。

根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行順序，畫出如圖11所示系統(tǒng)主程序流程圖，以及圖12所示sEOS系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度流程圖。系統(tǒng)運(yùn)行時，首先進(jìn)行密碼驗證，驗證通過后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括I/O口輸入輸出模式初始化、系統(tǒng)輸出控制模塊初始化、定時器初始化及任務(wù)切換時任務(wù)狀態(tài)值初始化。由于STC芯片內(nèi)置R/C振蕩器隨著溫度變化，其提供的頻率會有一定溫漂，加上制造工藝方面的誤差，導(dǎo)致內(nèi)部R/C振蕩器不夠敏感，因此燃?xì)饪刂破鞒跏蓟瓿珊螅枰鶕?jù)工頻交流電頻率（50Hz）來獲取校正后的芯片頻率，以此來保證系統(tǒng)運(yùn)行控制的精度。產(chǎn)生中斷間隔（一個“ClockTIck”）為20ms，根據(jù)系統(tǒng)功能對時間精度的需求，sEOS任務(wù)調(diào)度和切換周期定為0.5s，即每隔0.5s系統(tǒng)查詢一下任務(wù)狀態(tài)當(dāng)前值，根據(jù)該值決定任務(wù)的調(diào)度。