[心得] 開飲機「大ｘ源」TxY-5603「換芯」復活記

看板Electronics作者dsplab (星野夢美)時間4年前 (2020/04/19 22:27)推噓4(4推 0噓 0→)

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一、前言　　開飲機已經是現代家庭生活中不可或缺的電器之一，早期的開飲機使用單一熱水膽加熱器的設計，藉由「雙止水閥」的裝置將生水、熱水與溫水、熱水之間作連動切換，但受限於水閥的切換速度以及生水箱的水壓關係，還是會有部分生水混入到熱水膽的可能，因此新一代蒸汽式給水的設計便產生，這種開飲機擁有兩個獨立的加熱器，一個是傳統的熱水膽加熱器，只負責熱水膽中的保溫、除氯／煮沸之用，因此功率比較小，大約是３５０瓦左右；另一個加熱器是蒸汽產生加熱器，負責將生水煮沸至蒸汽之用，因此功率比較大，大概是５００瓦左右；所以這種機型一定會有一根從熱水膽底部到熱水膽頂端、貫穿熱水膽的蒸汽凝結管！整個蒸汽式給水的運作過程都不需要透過水閥的控制，完全依賴基本的物理法則來運行：生水從開飲機頂端的生水箱，受到重力的驅使往下流動，經過一個「單向逆止閥」後，流入蒸汽產生加熱器，然後通電加熱生水，當生水經過加熱至蒸汽的膨脹狀態後，因為進水端的單向逆止閥擋住了蒸汽，驅使蒸汽只能往另外一端位於熱水膽底部的蒸汽凝結管前進，然後凝結成熱水落下到熱水膽中儲存，形成溫度大約是攝氏８０幾度的熱水，因此蒸汽式給水的設計絕不可能會有生水混入到熱水膽的情況！二、動機　　以上是有關開飲機演變的簡短說明，接下來才是本文的重點，筆者家中一台「大ｘ源開飲機」，型號是「ＴｘＹ－５６０３」，是屬於蒸汽式給水的機種，不論是蒸汽製水或是除氯／煮沸功能，都是正常運作的，但唯獨「加熱保溫」的功能故障，當經過一個寒冷的夜晚後，早晨想要喝上一杯熱開水時，結果熱水龍頭出來的竟是冷開水！於是手動按下除氯／煮沸鍵加熱，但原廠設定的煮沸再加熱時間只有３分鐘，如果熱水膽的容量是２公升，３分鐘的加熱時間只能夠提高約攝氏８度左右，如果要加熱到６０幾度的話，恐怕得呆在開飲機旁邊反覆按著除氯／煮沸鍵好幾次，這樣還不如直接使用瓦斯爐或電磁爐來燒開水還比較快！原本想送回原廠維修，但拆機後發現電路板大致完整，沒有任何短路或損傷情況，查看電路板上有兩條連接至熱水膽外殼的感測器，猜想可能是感測器故障，所以導致加熱保溫的功能喪失，本想該感測器是一般的７５度溫控開關，結果竟然不是溫控開關，而是使用一個負溫度係數（ＮＴＣ）的熱敏電阻，測量其規格貌似２５度時５０ＫΩ 左右的熱敏電阻，在電路板上串聯一個接到＋５Ｖ的１０ＫΩ精密電阻，當熱水膽中的水溫在不同值時，可以檢出不同的電壓值，這就表示電路板上微控器的ＡＤＣ功能（類比轉數位）故障，這可真是一個要命的故障點！　　檢視電路板上的微控器（１８隻腳），ＩＣ表面被磨掉了，只用鉛筆寫了個「２」字，拆焊下來的電路板上標記著（ＹＢ２２８８），大概是原廠自行編號的幌子，查看其接腳數與電源腳配置，疑似使用盛群（Ｈｏｌｔｅｋ）的微控器，不過即便知道ＩＣ的編號，恐怕也是設定成保密防讀的狀態，所以解決之道便是改用一顆同樣具有ＡＤＣ功能的微控器，使用背娃娃方式（Ｐｉｇｇｙｂａｃｋ），製作一塊含有新微控器的小板子，利用排針將電路板上原來微控器的控制訊號連接到新的微控器接腳上，然後重新撰寫程式來控制開飲機的所有功能！三、過程　　電路板上原來的微控器有９隻接腳使用在控制開飲機的功能上：１隻使用在類比電壓取樣用，３隻使用在面板上ＬＥＤ（紅、黃、綠）的顯示控制，２隻使用在控制熱水膽加熱器與蒸汽產生加熱器的供電繼電器上，３隻使用在偵測（除氯／煮沸鍵、上溫水位開關、下冷水位開關），另外還使用２隻接腳連接一顆Ｉ２Ｃ的ＥＥＰＲＯＭ（２４ＬＣ０１），拆焊後讀取其內容，發現只使用了２個位元組：大概是一個位元組用來儲存ＡＤＣ後的值，另一個位元組用來儲存開飲機斷電前的８隻控制接腳狀態值，不過在新的小板子上並不打算控制這顆２４ＬＣ０１，只控制與開飲機功能有關的９隻接腳而已！　　選定的新微控器是使用笙泉的ＭＰＣ８２Ｅ５２ＡＥ，２０隻ＤＩＰ接腳適合ＤＩＹ使用，或是使用這顆的雙胞胎晶片－宏晶的ＳＴＣ１２Ｃ２０５２ＡＤ。這顆是屬於１Ｔ指令週期的變種８０５１，具有８位元的ＡＤＣ等其他功能，因此不需要使用太高的時脈，就可以達到原本１２Ｔ的８０５１速度，小板子使用一般孔距（２．５４ｍｍ）洞洞板，裁成適當的大小，使用ＯＫ線來焊接零件與ＩＣ座接腳，施工上並不會太困難！　　程式使用Ｋｅｉｌ－Ｃ的編譯器來撰寫編譯，這台開飲機的功能主要有三個：１、根據下冷水位開關的狀態，決定是否啟動繼電器供電給蒸汽產生加熱器與點亮代表蒸　　汽的黃色ＬＥＤ：當冷水自動進入加熱器、啟動蒸汽產生加熱器後，沸騰的蒸汽進入　　　　凝結管後變成熱水儲存在熱水膽，在熱水膽高度１／３處有一根管子連接到１．８公　　升（２ｘ０．９）的溫水膽，同時在溫水膽上拉了一根粗管子到生水箱中，形成一個　　上溫水位的偵測環境，當上溫水位開關到達一定高度時，則切斷蒸汽產生加熱器電源　　，同時熄滅代表蒸汽的黃色ＬＥＤ。２、根據除氯／煮沸鍵的狀態，決定是否啟動繼電器供電給熱水膽加熱器與點亮代表除氯　　／煮沸的紅色ＬＥＤ，並且熄滅代表保溫的綠色ＬＥＤ；其中在加熱的３分鐘內，如　　果再次按下除氯／煮沸鍵時，則切斷熱水膽加熱器電源，同時熄滅代表除氯／煮沸的　　紅色ＬＥＤ，並重新點亮代表保溫的綠色ＬＥＤ。３、根據熱敏電阻上的電壓值，對應轉換出來的溫度值，決定是否啟動繼電器供電給熱水　　膽加熱器作為加熱保溫的功能，這邊設定的溫度值是７０度左右，對應熱敏電阻的阻　　值約為９ＫΩ上下，因為沒有這顆熱敏電阻的規格書，所以使用土法煉鋼的方式，直　　接倒入７０度以上的熱水到熱水膽中，使用熱電偶溫度計與三用電表測量這顆熱敏電　　阻的電阻值！一般來說，保溫的溫度設定越高，愈需要頻繁地加熱，結果便是更耗電　　，因此在節約能源與保溫溫度的考量下，是需要仔細衡量的！　　觀察原廠微控器的動作，只要在沒有生水的情況下，不僅不會供電給蒸汽產生加熱器，同時除氯／煮沸的功能也不會動作，等於是切斷兩個加熱器的供電，這樣是屬於主動式的保護；當上溫水位開關偵測到溫水減少時，便立即啟動蒸汽產生加熱器來補充熱水，即便在除氯／煮沸的狀態下也是如此。因為熱敏電阻對於開飲機的安全使用上非常重要，故在主程式上規劃一個１０毫秒的計時器中斷程式，除了定期清除看門狗（ＷＤＴ）外，還定期取樣熱敏電阻上的電壓值，轉換成對應溫度的值，其公式為：　　水溫＝２５５　－　２５６＊（ＮＴＣ／（１０Ｋ＋ＮＴＣ））　　當熱水膽中的水溫越高時，轉換出來值也會愈大，大概在攝氏９８度時，熱敏電阻的阻值約為４ＫΩ左右，這時候的開飲機是處於在危險的高溫狀態，因為熱水膽中的熱水會逐漸沸騰蒸發掉，導致熱水膽中的熱水越來越少，最終造成熱水膽乾燒，雖然在熱水膽底部裝有一個２５０度的溫控開關，若熱水膽乾燒溫度超過２５０度後，溫控開關會跳脫斷電，但儘量避免到達這種狀態，因此在１０毫秒的計時器中斷程式中，會不斷地檢查熱敏電阻的阻值是否過低；如果熱敏電阻斷線消失時，表示無法偵測到熱水膽的溫度，這時候一樣視同是開飲機的危險狀態，此時會同時點亮三顆的ＬＥＤ，同時關掉兩個加熱器的電源，進入死迴圈之中；這時候只能切斷開飲機的電源，然後等待檢修！四、結論　　本型蒸汽式給水的開飲機控制非常簡單，並不需要控制水閥的動作，完全藉由上、下水位開關來控制蒸汽產生加熱器的電源，利用ＮＴＣ熱敏電阻來判斷熱水膽的水溫，然後決定加熱保溫的動作，其餘進水、出水與補水的工作，都是交由基本的物理法則來完成，經過「換芯」的工程後，本機功能完全正常服役中，在此提供給各位參考！另外，小板子上的微控器還保有６隻的接腳可以提供額外的功能，例如：加上一顆ＣＤＳ光敏電阻作為節能控制，白天有燈光時才自動進行蒸汽補水、加熱保溫；等到夜晚關燈後就不再作補水及保溫的工作，藉此可以省下不少的能源，這個概念已經在某些機種上看到了。另外可以透過串列通訊與藍牙或ＷｉＦｉ模組溝通，將開飲機的狀態傳遞到行動通訊的裝置上，更可以提供遠端遙控開機、關機或是定時加熱等功能，達到物聯網與智慧家電的境界！五、附記ＴｘＹ－５６０３原本的電路板：　https://imgur.com/xQJmbA2

ＴｘＹ－５６０３電路板與小板子：　https://imgur.com/6MGUVk3

ＴｘＹ－５６０３電路板與小板子合體：　https://imgur.com/bkkfwqY

ＴｘＹ－５６０３連接電路板與小板子：　https://imgur.com/Ou8z2t9

小板子電路圖：　https://imgur.com/GDLldfe

程式碼第一頁：　https://imgur.com/YfgyBmb

程式碼第二頁：　https://imgur.com/ZGc9A2D

程式碼第三頁：　https://imgur.com/co2tj1M

程式碼第四頁：　https://imgur.com/vloxcA1

編譯完的ＨＥＸ檔案：　https://tinyurl.com/y8qxprep ＰＳ：本段程式碼未經任何安規認證，請勿使用在任何商業場合上，純屬自娛娛人之作！　　　拆裝、改裝電路板具有一定的危險性，而且可能會失去原廠的保固，請自行斟酌！　　　★★若自行改裝電路板而導致任何意外或損失，筆者概不負責！請再三斟酌！★★ -- DSP研究室 www.dsplab.idv.tw -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.240.89.17 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Electronics/M.1587306468.A.126.html

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