熱水器的恆溫系統及控制方法
2023-12-04 19:39:06 1
專利名稱：熱水器的恆溫系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及熱水器的控制系統和方法，具體的講是熱水器的恆溫系統及控制方法。
背景技術：
目前大部分家用燃氣熱水器都是採用手動調整進水閥和氣閥來控制熱水器的出水溫度，由於影響出水溫度的因素很多，例如進水溫度、進水流量、環境溫度、燃氣流量、燃氣類別、熱交換率等等，很難達到理想的控制效果。用戶為了調整出水溫度，需要經常調整進水量或進氣閥，這樣使得熱水器的使用非常不方便
發明內容
針對上述的問題，本發明提供了一種熱水器的恆溫系統及控制方法，使熱水器能根據用戶設定的溫度自動調節進水量或進氣閥，以使出水溫度恆定在設定溫度。本發明熱水器的恆溫系統及控制方法，包括有顯示控制單元，還具有單片機，以及對單片機輸入連接的進水量檢測單元、進/出水溫度檢測單元和出水量檢測單元，所述的單片機還輸出連接有脈衝點火單元和閥門控制單元，所述的顯示控制單元與單片機雙向連接。其中顯示控制單元包括有顯示屏和帶有按鍵的控制面板，閥門控制單元包括了截止閥和進氣閥的控制電路，目前的進氣閥常見的有兩種，比例閥和蝶閥。其它所述的各檢測單元可以使用現有的檢測模塊、檢測電路等。通過檢測進水溫度、進水流量，經PID (微積分調節)控制算法計算出當前設定的出水溫度所需的火力對應的單片機PWM (脈寬調製信號)的佔空比，把單片機輸出的PWM與進氣閥反饋電流通過比較器比較後輸出方波來控制進氣閥的開度，進而控制火力的大小，使其達到自動恆溫。進一步的，對所述單片機輸入連接的還有超溫檢測迴路和火焰檢測迴路。超溫檢測迴路用戶當出水溫度超過設定溫度時(如75攝氏度)，單片機立即關閉進氣閥中的比例閥和截止閥，並發出超溫報警，顯示相應的故障代碼。火焰檢測迴路用於檢測是否處於燃燒狀態。可選的，所述單片機還雙向連接有直流無刷風機。可選的，還包括對所述單片機輸入連接的用於檢測所述直流無刷風機壓力的風壓檢測單元。當外界壓強大於直流無刷風機向外排風的壓強時，風壓開關斷開，此時輸出一個高電平，當單片機檢測到這個高電平時，立即關閉進氣閥中的比例閥和截止閥並發出故障報警，顯示相應代碼。本發明還提供了一種用於上述系統的熱水器的恆溫控制方法，包括獲得單片機PWM與熱量之間的對應表通過單片機PWM的佔空比來控制進氣閥的開度，從而調節熱水器的火力大小，單片機PWM有與進氣閥的最小電流和最大電流對應的最小PWM值和最大PWM值，根據目標溫度、進水溫度和進水量能夠得到熱量值，所述最小PWM值和最大PWM值之間的每個PWM值都有對應的熱量值，由此獲得每個PWM值與熱量值的對應表；當熱水器的出水溫度未達到設定的目標溫度或目標溫度改變時，系統的單片機通過進水量檢測單元得到當前的進水量，通過進/出水溫度檢測單元檢測到當前出水溫度，根據目標溫度與當前出水溫度的差值，由單片機進行PID模糊運算後得出溫度的調整量，把所述調整量作為新的溫升，通過熱量公式計算出熱量值，在所述單片機PWM與熱量的對應表裡查出所述熱量值對應的PWM，通過單片機根據該PWM值調節佔空比來調節熱水器的火力；當進水量改變時，系統的單片機先根據之前的PWM值，在所述對應表中查得該PWM值對應熱量1，再根據當前的進水量和溫升算出熱量2，根據水量的增大或減少把熱量I和熱量2進行相應的加或減(水量增大時進行加，水量減小時進行減)，得出熱量3，在對應表裡查出熱量3對應的PWM值，從而調節熱水器的火力。
優選的，熱水器開機後，檢測熱水器中是否有水，如果有水則按照程序向下執行，沒有水則中斷等待，這樣能保證熱水器不會由於幹燒造成損壞。進一步的，熱水器開機後，先檢測熱水器的各傳感器是否正常，如果正常再進行點火，不正常則停止點火併進行故障提示。進一步的，熱水器開機後，先通過直流無刷風機對熱水器進行清掃後，在進行點火。可選的，為避免一些意外情況打不著火，熱水器的點火分為兩次，當第一次點火失敗後進行第二次點火，第二次點火失敗則進行點火失敗提示，兩次點火之間可以間隔幾秒。經測試，本發明熱水器的恆溫系統及控制方法，系統的超調量彡3°C，恆溫穩定時間< 10S，加熱時間< 15S，顯示精度±1°C。能夠使熱水器能根據用戶設定的溫度自動調節進水量或進氣閥，並且使出水溫度恆定在設定的溫度，整個系統操作簡單、安全可靠，所述的各檢測單元均可以使用現有的檢測模塊、檢測電路等，節省開發成本。以下結合實施例的具體實施方式
，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的範圍內。
圖I為本發明熱水器的恆溫系統的框圖。圖2為本發明熱水器的恆溫控制方法的流程圖。
具體實施例方式如圖I所示本發明熱水器的恆溫系統，包括有顯示控制單元，還具有單片機，以及對單片機輸入連接的進水量檢測單元、進/出水溫度檢測單元和出水量檢測單元，對所述單片機輸入連接的還有超溫檢測迴路和火焰檢測迴路，單片機還輸出連接有脈衝點火單元和閥門控制單元，所述的顯示控制單元與單片機雙向連接，單片機還雙向連接有直流無刷風機，並輸入連接有用於檢測所述直流無刷風機壓力的風壓檢測單元。其中顯示控制單元包括有顯示屏和帶有按鍵的控制面板，閥門控制單元包括了截止閥和進氣閥的控制電路。超溫檢測迴路用戶當出水溫度超過設定溫度時(如75攝氏度)，單片機立即關閉進氣閥中的比例閥和截止閥，並發出超溫報警，顯示相應的故障代碼。火焰檢測迴路用於檢測是否處於燃燒狀態。所述的各檢測單元可以使用現有的檢測模塊、檢測電路等。如圖2所示本發明用於上述系統的熱水器的恆溫控制方法，包括獲得單片機PWM與熱量之間的對應表PwmTable 溫升Λ T=設定的目標溫度Tout-進水溫度Tin ；熱量W=ATX進水量m ；熱水器系統開機後，檢測是否有水，如果有誰便打開直流無刷風機進行前清掃2秒，反之則繼續等待。在前清掃的同時檢測各傳感器是否完好，如果有故障，則退出前清掃，報警並通過顯示控制單元顯示相應的故障代碼，反之前清掃完畢後就打開火焰檢測使能、 閥門控制單元中的截止閥和進氣閥，開始點火。如果點火成功後，就根據當前的熱量W在對應表PwmTable裡查出所需的PWM值；如果8秒內都沒點著火，則進行第二次點火，如果第二次也點不著火，則顯示點火失敗故障並報警，停止點火。點火成功後，通過單片機PWM的佔空比來控制進氣閥的開度，從而調節熱水器的火力大小，單片機PWM有與進氣閥的最小電流和最大電流對應的最小PWM值PwmMin和最大PWM值PwmMax，根據目標溫度Tout、進水溫度Tin和進水量m能夠得到熱量值W，所述最小PWM值PwmMin和最大PWM值PwmMax之間的每個PWM值都有對應的熱量值W，由此獲得每個PWM值與熱量值W的對應表PwmTable ；當熱水器的出水溫度未達到設定的目標溫度Tout或目標溫度Tout改變時，系統的單片機通過進水量檢測單元得到當前的進水量m，通過進/出水溫度檢測單元檢測到當前出水溫度，根據目標溫度與當前出水溫度的差值，由單片機進行PID (微積分調節)模糊運算後得出溫度的調整量P，把所述調整量P作為新的溫升△!%通過上述的熱量公式計算出熱量值W。在所述單片機PWM與熱量的對應表PwmTable裡查出所述熱量值W對應的PWM，通過單片機根據該PWM值調節佔空比來調節熱水器的火力；當進水量m改變時，系統的單片機先根據之前的PWM值，在所述對應表PwmTable中查得該PWM值對應熱量Wl，再根據當前的進水量m和溫升△ T算出熱量W2，根據水量的增大或減少把熱量Wl和熱量W2進行相應的加或減(水量增大時進行加，水量減小時進行減)，得出熱量W3，在對應表PwmTabIe裡查出熱量W3對應的PWM值，從而調節熱水器的火力。本發明的系統和方法，是通過檢測進水溫度Tin、進水流量，經PID (微積分調節)控制算法計算出當前設定的出水溫度所需的火力對應的單片機PWM (脈寬調製信號)的佔空比，把單片機輸出的PWM與進氣閥反饋電流通過比較器比較後輸出方波來控制進氣閥的開度，進而控制火力的大小，使其達到自動恆溫。經測試，本發明熱水器的恆溫系統及控制方法，系統的超調量彡3°C，恆溫穩定時間< 10S，加熱時間< 15S，顯示精度±1°C。能夠使熱水器能根據用戶設定的溫度自動調節進水量或進氣閥，並且使出水溫度恆定在設定的溫度，整個系統操作簡單、安全可靠。
權利要求
1.熱水器的恆溫系統及控制方法，包括有顯示控制單元，其特徵為還具有單片機，以及對單片機輸入連接的進水量檢測單元、進/出水溫度檢測單元和出水量檢測單元，所述的單片機還輸出連接有脈衝點火單元和閥門控制單元，所述的顯示控制單元與單片機雙向連接。
2.如權利要求I所述的熱水器的恆溫系統及控制方法，其特徵為對所述單片機輸入連接的還有超溫檢測迴路和火焰檢測迴路。
3.如權利要求I或2所述的熱水器的恆溫系統及控制方法，其特徵為所述單片機還雙向連接有直流無刷風機。
4.如權利要求3所述的熱水器的恆溫系統及控制方法，其特徵為還包括對所述單片機輸入連接的用於檢測所述直流無刷風機壓力的風壓檢測單元。
5.用於權利要求I所述恆溫系統的熱水器的恆溫控制方法，其特徵包括 獲得單片機PWM與熱量之間的對應表通過單片機PWM的佔空比來控制進氣閥的開度，從而調節熱水器的火力大小，單片機P WM有與進氣閥的最小電流和最大電流對應的最小PWM值和最大PWM值，根據目標溫度、進水溫度和進水量能夠得到熱量值，所述最小PWM值和最大PWM值之間的每個PWM值都有對應的熱量值，由此獲得每個PWM值與熱量值的對應表; 當熱水器的出水溫度未達到設定的目標溫度或目標溫度改變時，系統的單片機通過進水量檢測單元得到當前的進水量，通過進/出水溫度檢測單元檢測到當前出水溫度，根據目標溫度與當前出水溫度的差值，由單片機進行PID模糊運算後得出溫度的調整量，把所述調整量作為新的溫升，通過熱量公式計算出熱量值，在所述單片機HVM與熱量的對應表裡查出所述熱量值對應的PWM，通過單片機根據該PWM值調節佔空比來調節熱水器的火力； 當進水量改變時，系統的單片機先根據之前的PWM值，在所述對應表中查得該PWM值對應熱量1，再根據當前的進水量和溫升算出熱量2，根據水量的增大或減少把熱量I和熱量2進行相應的加或減，得出熱量3，在對應表裡查出熱量3對應的PWM值，從而調節熱水器的火力。
6.如權利要求5所述的熱水器的恆溫控制方法，其特徵為熱水器開機後，檢測熱水器中是否有水，如果有水則按照程序向下執行，沒有水則中斷等待。
7.如權利要求5所述的熱水器的恆溫控制方法，其特徵為熱水器開機後，先檢測熱水器的各傳感器是否正常，如果正常再進行點火，不正常則停止點火併進行故障提示。
8.如權利要求5所述的熱水器的恆溫控制方法，其特徵為熱水器開機後，先通過直流無刷風機對熱水器進行清掃後，在進行點火。
9.如權利要求5至8之一所述的熱水器的恆溫控制方法，其特徵為熱水器的點火分為兩次，當第一次點火失敗後進行第二次點火，第二次點火失敗則進行點火失敗提示。
全文摘要
本發明涉及熱水器的恆溫系統及控制方法，包括有顯示控制單元，還具有單片機，以及對單片機輸入連接的進水量檢測單元、進/出水溫度檢測單元和出水量檢測單元，所述的單片機還輸出連接有脈衝點火單元和閥門控制單元，所述的顯示控制單元與單片機雙向連接。本發明熱水器的恆溫系統及控制方法，系統的超調量≤3℃，恆溫穩定時間≤10S，加熱時間≤15S，顯示精度±1℃。能夠使熱水器能根據用戶設定的溫度自動調節進水量或進氣閥，並且使出水溫度恆定在設定的溫度，整個系統操作簡單、安全可靠。
文檔編號F24H9/20GK102818371SQ201210286529
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者杜雙華, 龍強, 尹崇章 申請人:四川長虹電器股份有限公司