六、漏电检测电路设计 1、漏电检测原理
热水器工作环境潮湿，为了保证使用者安全，控制器应具备漏电检测功能。检测原理如图3.9所示，将火线和中线同时穿过一个环形磁芯，作为漏电互感器的初级线圈，次级线圈数百匝输出漏电信号。当系统没有漏电时，电源输入线中的火线电流与中线电流完全平衡，次级漏电信号为零。当系统发生漏电现象时，火线电流与中线电流将失去平衡，其合成电流就是漏电电流，次级漏电信号的大小和漏电程度成正比[24]。
图3.9 漏电检测原理
2、漏电检测电路
漏电检测电路如图3.10所示，设计使用一片LM358（双运放）。第一个运放作放大器，第二个运放作比较器。为了在5V电源下正常工作，将比较器的参考电平（D点）选定为2.5V左右，运放的参考电平（B点）选定为3V左右，这可以通过R19=3.9K，R15=1K，R2=5.1K来实现。漏电互感器输出的信号加在A和B两点。当没有漏电时，A、B、C三点电位相同（3V左右），比较器输出高电平。当有漏电现象时，C点出现放大的漏电信号，信号的负半波将C点的电位从3V向下拉低，只要漏电到达一定的程度，就可以使C点的电位在某时刻低于D点的电位，使比较器输出低电平，其下降沿就可以作为单片机的外部中断信号，使系统及时做出反映，切断电源，避免出现严重后果。
定量分析：设允许最大漏电流为IL（通常为数毫安，具体数
据可查阅相关），规定漏电互感器次级的匝数为N，则次级电流为IL/N，产生的信号电压为R11IL/N，放大器的放大倍数为K=VC-VBR15+R16=VA-VBR15，则C点最大下拉幅度为2KR11ILN，产生漏电中断的条件是[26]： CR152KR11IL=VCC NR19+R15+R12实验调试用一根导线穿过漏电互感器，从中通过数毫安的交流电流（不必用220V高压，只需用几伏特的低压交流电源串联一个电阻就可以）。R11可选择1K。左右调节可调电位器R18，可4调节放大器的放大倍数或R15，直到出现中断信号为止。 +5R131k13R111kR141k+5R173.9kR151k56漏电报警灯（红）U3BLM3587P32D8D42U3ALM358互感器L2AGNDR121kR16100kB4R25.1kAGND 图3.10 漏电检测电路 七、声音提示模块 蜂鸣器发声驱动电路原理图如图3.11所示。因为单片机的I/O口驱动能力弱，所以采用PNP三极管扩流电路驱动蜂鸣器，当P23口输出低电平时，Q3导通，蜂鸣器发出声音。反之，蜂鸣器不C发声。 +5Q3BELL1SPEAKERAR910KP23 图3.11 声音提示电路图
第二节 软件设计
系统软件设计时采用模块化程序设计的方法，按照系统的结构与各部分的功能，将整个程序也划分为多个功能模块部分，分别进行编程，然后装配在一起。系统软件部分主要实现对热水器的控制工作，由液晶显示程序、按键扫描程序、水位控制程序、温度控制程序、漏电检测及声音提示程序和控制策略程序等七个部分组成。
一、液晶显示程序设计
本设计使用的1602液晶为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。液晶屏LCD1602的显示模式一般设置为16×2显示，5×7点阵，8位数据接口显示状态；光标显示可按实际需要和个人偏好设定。 1、写操作时序图
图3.13是LCD1602写操作时序图，分析可知操作LCD1602液晶的流程如下：
① 通过RS确定是写数据还是写命令。写命令包括使液晶的光标显示/不显示、光标闪烁/不闪烁、需/不需要移屏、在液晶的什么位置显示等等。写数据是指要显示的内容。
② 读/写控制端设置为写模式，即低电平。 ③ 将数据或命令传送数据线上。 ④ 给E一个高脉冲将数据送入液晶控制器，完成操作。
关于时序中的延时基本都为纳秒级，单片机操作最小单位为微秒级，因此在写程序时可以不做延时。
图3.13 LCD1602写操作时序图
2、初始化过程
LCD1602初始化包括初始化以下寄存器：显示模式寄存器、光标设置寄存器和移屏寄存器。显示模式寄存器通常设置16×2显示，5×7点阵，8位数据口；光标设置可以设置是光标显示或者是光标不显示方式；整屏移动可以设置整屏移动或者不移动。LCD1602初始化程序流程图如图3.14所示。
初始化1602入口清屏设置显示模式显示位置设置设置光标寄存器子程序结束移屏寄存器 图3.14 LCD1602初始化程序流程图
3、向LCD1602发送数据程序设计
该子程序用于将8位数据发送至LCD1602控制器，图3.15是该程序流程图。该程序的执行过程如下：首先选中数据显示的地址，然后输入要显示的数据，当调用完以下两个子函数，就会在对应的位置显示，实现对LCD1602的操作。
向1602发送数据入口YESNOy=0DBPort=0x80|xDBPort=0x80|(x-0x40)NO*str!='\\0'YES输出显示子程序结束 图3.15 向LCD1602发送数据程序流程图
二、按键扫描程序设计
按键信号处理包括三个方面的内容，分别是检测并判断是否有按键动作，确定按键的键值和根据所按键值做出一系列的针对性处理，即按键响应。考虑到用户在进行按键操作时，按下及松开的瞬间都容易产生抖动现象，造成单次按键操作时按键端口电平多次跳变。另外输入信号在按键已经闭合或断开的稳定期也可能存在干扰窄脉冲，也要采取措施加以克服。硬件法和软件法都可以克服按键的抖动与窄脉冲干扰影响，采取硬件措施需要增加额外的元件，本设计采用软件措施完成去抖动与防干扰处理。本设计采用定时中断扫描的方式进行按键检测，通过单片机的定时中断，每隔10ms扫描一次按键端口状态，按键检测过程中无需一直监视按键端口或执行额外的延时程序，节省了单片机的CPU资源和中断资源。按键扫描程序流程图如图3.16所示。