一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統的製作方法
2023-06-14 06:26:26 3
一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，包括混水箱，冷、熱水管均與混水箱連接，兩個手自一體調節閥分別設於冷、熱水管上，手自一體調節閥與混水箱之間的管路上還設有文丘裡管和流量變送裝置；水溫檢測探頭設於混水箱底部，微控制器連接兩個手自一體調節閥、兩個流量變送裝置和水溫檢測探頭，流量顯示器和水溫顯示器也與微控制器連接。本發明提供的系統克服了現有技術的不足，通過實時性的自動調節系統，使用戶能夠使用水溫穩定且流量平穩的溫水，具有記憶特性和跟蹤能力，在實現自動調節水溫的同時還可以自動調節流量，同時附帶顯示模塊，便於用戶操作，改善了用戶的體驗效果。
【專利說明】一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可自動調節的溫水供應系統，更具體的，涉及一種基於反饋原理的、具記憶特性的水溫及流量自動調節系統。
【背景技術】
[0002]當前浴室用的熱水器包括電熱水器、燃氣熱水器、太陽能熱水器和空氣能熱水器等。在一些工廠、學校以及公共場所的浴室中，往往需要布置大量的熱水器以滿足多人同時使用。由於太陽能熱水器和空氣能熱水器具有體積較大、加熱時間長、熱水儲備有限等制約因素，而電熱水器和燃氣熱水器則彌補了這些缺陷，因此電熱水器和燃氣熱水器更多地被用於公共場所的浴室中。
[0003]目前，大部分浴室的溫水供應系統採用的是熱水和冷水混合水流。即出水口的水流是經過來自熱水管道的熱水混合了來自冷水管道的冷水之後得到的，並由熱水與冷水的比例來控制出水口的水溫。而問題在於，不管是燃氣加熱還是電加熱，其對水加熱的速率並不是實時不變的。當用戶將出水口的水溫手動調節到某一適宜溫度時，熱水管水流量與冷水管水流量的比例將近似為一定值。由於熱水器的加熱速率不穩定，從熱水器出水口的水流溫度將隨加熱速率的變化而不斷變化，因此熱水管中的水流溫度並不是穩定在某一固定溫度上的，這將導致混合水流的溫度時高時低、冷熱不定，用戶在使用時水流溫度往往會出現忽冷忽熱的情況，使用戶體驗的舒適度嚴重下降。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種能夠自動調節水溫及流量，使水溫與流量能穩定在用戶手動調節的設定值上，且具有延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:包括混水箱，冷水管和熱水管均與混水箱連接；
[0006]兩個手自一體調節閥分別安裝於冷水管和熱水管的進水口處，用於手動或電動調節冷水管和熱水管的水流量，從而調節混水箱中的水溫；
[0007]兩個水流量檢測裝置，分別安裝於冷水管與熱水管的手自一體調節閥下方的豎直通水管上，用以檢測冷水管與熱水管的當前水流量，並反饋給微控制器；
[0008]兩個文丘裡管，分別安裝於兩個水流量檢測裝置的正下方，用以減小水流量檢測裝置的測量誤差；
[0009]一個水溫檢測裝置，安裝於混水箱出水口，用以檢測混水箱出水的水溫，並反饋給微控制器；
[0010]微控制器對手自一體調節閥手動調節後的水溫和流量信息進行延時記憶，並作為自動調節過程的設定水溫值和流量值，根據反饋得到的實時水溫值和流量值，計算並輸出電控制信號以驅動手自一體調節閥的電動調節，使水溫值和流量值穩定在所記憶的用戶設定值上；[0011]兩個LED數字顯示儀，通過杜邦線連接到微控制器上，用以顯示實時的水溫值和
流量值。
[0012]優選地，所述微控制器對手自一體調節閥手動調節後的水溫和流量信息進行延時記憶的過程是:當手自一體調節閥處於手動調節狀態時，為確保得到用戶最終設定信息，微控制器能在調節動作停止後延時一段時間將用戶手動調節的水溫和流量信息存儲起來，並作為之後自動調節過程的設定輸入。
[0013]優選地，所述微控制器基於反饋控制原理，在調節過程中實時地獲取所檢測到的水溫及流量信息反饋值，在以調節水溫為目的而改變冷水管與熱水管的水流量比例的同時，微控制器根據當前的流量信息對水流量進行反饋控制，保持混合水溫度恆定的同時也保持冷水管和熱水管的流量之和恆定。
[0014]優選地，所述手自一體調節閥，既可以手動調節，又可以通過微控制器輸出的電控制信號電驅動動作。
[0015]優選地，所述水流量檢測裝置採用具有數據輸出接口的流量檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水流量信息實時傳送至微控制器。
[0016]優選地，所述水溫檢測裝置採用以熱敏電阻為測溫元件的、具有數據輸出接口的溫度檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水溫信息實時傳送至微控制器。
[0017]優選地，所述熱敏電阻用具有良好導熱性能的封裝材料封裝，並安裝在所述混水箱內部。
[0018]優選地，所述微控制器為51系列單片機，51系列單片機外部設有防潮防溼保護殼。
[0019]優選地，所述微控制器具有溫度補償功能，能補償所述熱敏電阻上封裝材料所帶來的溫度損失。
[0020]本發明提供的具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統用戶通過手動調節手自一體調節閥來設定冷水管與熱水管的流量，從而確定所需水溫。微控制器對用戶的設定信息進行延時記憶，並根據水流量檢測裝置和水溫檢測裝置反饋的實時溫度信息與實時流量信息，對手自一體調節閥進行電動調節，使水溫值和流量值穩定在所記憶的用戶設定值上。在系統的整個工作過程中，檢測所得的水溫值和流量值通過連接到微控制器上的兩個LED數字顯示儀實時顯示，以便用戶直觀地觀察當前的水溫與流量情況，進行合理的設定。由於本系統具有延時記憶的特性，並基於反饋控制原理，能夠在很短的延時下跟蹤與記憶用戶對水溫和流量的動態設定，並將水溫與流量自動調節在用戶的設定值上，解決了冷熱水混合供水系統中水溫忽冷忽熱的問題，使用戶能夠使用水溫穩定且流量平穩的溫水，不受熱水器加熱速率不穩定等因素造成的水溫突變的影響，改善了用戶的體驗效果。
[0021]與當前普遍使用的冷熱水混合供水系統相比，本發明提供的具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統具有如下有益效果:
[0022]I)通過實時性的自動調節系統，解決了冷熱水混合供水系統中水溫忽冷忽熱的問題，使用戶能夠使用水溫穩定且流量平穩的溫水，不受熱水器加熱速率不穩定等因素造成的水溫突變的影響，改善了用戶的體驗效果。
[0023]2)具有記憶特性和跟蹤能力，當用戶在使用過程中動態調節水溫和水流量的設定時，可以在很短的延時之後動態記憶用戶的期望水溫與期望水流量，並通過反饋控制系統將水溫與流量始終控制在用戶設定值上。
[0024]3)在實現自動調節水溫的同時還可以自動調節流量，同時保持水溫和流量的穩定。所用的微控制器具有處理速度快，輸出無延時的特點，使水溫能在一個極短的時間內得到調節。
[0025]4)附帶顯示模塊，能夠讓用戶實時且直觀地了解水溫和水流的信息，從而進行合理的設定。
[0026]本發明提供的系統克服了現有技術的不足，通過實時性的自動調節系統，使用戶能夠使用水溫穩定且流量平穩的溫水，具有記憶特性和跟蹤能力，在實現自動調節水溫的同時還可以自動調節流量，同時附帶顯示模塊，便於用戶操作，改善了用戶的體驗效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統示意圖；
[0028]圖2為具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統記憶過程的原理示意圖；
[0029]圖3為具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統自動調節過程的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明更明顯易懂，茲以一優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
[0031]圖1為本發明提供的具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統示意圖，所述的具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統包括混水箱9，冷水管I與熱水管2均與混水箱9連接，第一手自一體調節閥3和第二手自一體調節閥4分別安裝於冷水管I與熱水管2上的合適位置(此位置根據實地安裝時選擇)。如情況允許，應安裝於用戶平視或較高處，避免使用時碰到調節閥手柄，造成控制器錯誤記憶等情況。第一手自一體調節閥3和第二手自一體調節閥4用於手動或電動調節熱水管和冷水管的水流量，從而調節混水箱中的水溫。
[0032]第一手自一體調節閥3、第二手自一體調節閥4與混水箱9之間的管路上分別裝有第一文丘裡管7和第二文丘裡管8，第一流量變送裝置5、第二流量變送裝置6分別安裝於第一文丘裡管7與第一手自一體調節閥3、第二文丘裡管8與第二手自一體調節閥4之間的管路上，靠近文丘裡管，便於準確測量流量值。兩個流量變送裝置用以檢測冷水管與熱水管的當前水流量，並反饋給微控制器；兩個文丘裡管用以減小流量變送裝置的測量誤差。
[0033]水溫檢測探頭10安裝於混水箱9的底部，靠近出水口的邊沿，以便準確獲得出水口的溫度，並反饋給微控制器。微控制器11安裝於較高位置，儘量高於淋浴頭，進一步保護控制器電路板不受水滴破壞。微控制器11連接第一手自一體調節閥3、第二手自一體調節閥4、第一流量變送裝置5、第二流量變送裝置6和水溫檢測探頭10。為方便使用和節省能源，流量顯示器12和水溫顯示器13選用LED顯示模塊，並通過杜邦線連接到微控制器11上，對當前水流量和水溫信息進行數字量實時顯示。圖1中字母標識的虛線表示信號流:a、b 一第一、二流量變送裝置與微控制器的信號傳輸流；c-水溫檢測探頭與微控制器的信號傳輸流；d、e-第一、二手自一體調節閥與微控制器的信號傳輸流。
[0034]微控制器11對手自一體調節閥手動調節後的水溫和流量信息進行延時記憶，並作為自動調節過程的設定水溫值和流量值，根據反饋得到的實時水溫值和流量值，計算並輸出電控制信號以驅動手自一體調節閥的電動調節，使水溫值和流量值穩定在所記憶的用戶設定值上。微控制器選用體積小、成本低的51系列單片機，外部帶有防潮防溼保護殼。
[0035]手自一體調節閥既可以由用戶手動調節，又可以通過微控制器輸出的控制信號電驅動其動作；手自一體調節閥安裝時，將其水流短管作為連接件安裝在便於操作的適當位置。
[0036]流量變送裝置採用具有數據輸出接口的小型流量檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水流量信息實時傳送至微控制器。
[0037]水溫檢測探頭採用以熱敏電阻為測溫元件的、具有數據輸出接口的小型溫度檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水溫信息實時傳送至微控制器。熱敏電阻用具有良好導熱性能的封裝材料封裝，安裝在混水箱內部。微控制器具有溫度補償功能，能補償熱敏電阻上封裝材料所帶來的溫度損失。
[0038]基於以上配置，具有記憶特性的水溫及流量自動調節系統的工作原理如下:
[0039]圖2為具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統的記憶過程的原理示意圖。具延時記憶特性，主要指當手自一體調節閥處於手動調節狀態時，為確保得到用戶最終設定信息，微控制器能在調節動作停止後延時一小段時間將用戶手動調節的水溫和流量信息存儲起來，並作為之後自動調節過程的設定輸入。
[0040]用戶開始使用時，通過手動調節第一手自一體調節閥3、第二手自一體調節閥4，以獲得用戶個人體驗的最佳溫度以及冷水管、熱水管的最適流量。此處，當熱水管流量和冷水管流量被調節為一定值時，混水箱9的出水口處的水流量便近似的為一定值，同時混水箱9的出水口的溫度也趨於一定值。水溫檢測探頭10所得的熱水管和冷水管水流量信息以及混水箱9出水口的水溫信息，經過延時處理後送入微控制器11中保存，並將所保存的溫度和冷熱水流量之和作為自動控制過程的設定輸入(控制目標)。
[0041]上述延時處理過程能保證微控制器11在用戶不再動作之後才進行記憶，從而確保微控制器11中存儲的信息為用戶最終設定值。延時處理過程如下:
[0042]設定延時時間為5秒，開始計時的時間節點為手自一體調節閥停止動作時刻；計時開始以後，若連續5秒內手自一體調節閥有新的動作，則停止當前計時過程，並等待手自一體調節閥停止動作的時刻，在下一個停止動作時刻重新開始計時；若連續5秒內手自一體調節閥沒有動作，則將5秒內採樣所得數據的平均值作為記憶信息進行存儲，並進入自動調節過程。
[0043]圖3為具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統的自動調節過程的原理示意圖。此時微控制器11中已保存有記憶過程所獲取的用戶設定數據。在自動調節過程中，水流量檢測和水溫檢測裝置(即第一流量變送裝置5、第二流量變送裝置6和水溫檢測探頭10)均保持工作，定時地將檢測數據傳送至微控制器11中，用於反饋控制。反饋控制原理，主要指在調節過程中實時地將所檢測到的水溫及流量信息反饋給微控制器，在以調節水溫為目的而改變冷水管與熱水管的水流量比例的同時，微控制器根據當前的流量信息對水流量進行反饋控制，保持混合水溫度恆定的同時也保持冷水管和熱水管的流量之和恆定。其具體控制過程為:
[0044]設溫度的設定輸入為T0，水流量(冷水管與熱水管水流量之和)的設定輸入為F。，實際測得的溫度為T，實際測得的流量(冷水管與熱水管水流量之和)為F ;[0045]當T>T0，且T-Ttl有增大趨勢時，微控制器11輸出控制信號，驅動熱水管第二手自一體調節閥4開口減小，同時驅動冷水管第一手自一體調節閥3開口增大，增大量由F-Ftl的大小決定，使冷熱水管流量之和保持動態穩定；當T=Ttl時，兩手自一體調節閥停止動作；
[0046]當IXTtl,且T-Ttl有增大趨勢時，微控制器11輸出控制信號，驅動熱水管第二手自一體調節閥4開口增大，同時驅動冷水管第一手自一體調節閥3開口減小，減小量由F-Ftl的大小決定，使冷熱水管流量之和保持動態穩定；當T=Ttl時，兩手自一體調節閥停止動作；
[0047]當TXTtl或IXTtl，但T-Ttl有減小趨勢時，可通過給系統設定誤差閾值，實現不調節或微調。
【權利要求】
1.一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:包括混水箱，冷水管和熱水管均與混水箱連接； 兩個手自一體調節閥分別安裝於冷水管和熱水管的進水口處，用於手動或電動調節冷水管和熱水管的水流量，從而調節混水箱中的水溫； 兩個水流量檢測裝置，分別安裝於冷水管與熱水管的手自一體調節閥下方的豎直通水管上，用以檢測冷水管與熱水管的當前水流量，並反饋給微控制器； 兩個文丘裡管，分別安裝於兩個水流量檢測裝置的正下方，用以減小水流量檢測裝置的測量誤差； 一個水溫檢測裝置，安裝於混水箱出水口，用以檢測混水箱出水的水溫，並反饋給微控制器； 微控制器對手自一體調節閥手動調節後的水溫和流量信息進行延時記憶，並作為自動調節過程的設定水溫值和流量值，根據反饋得到的實時水溫值和流量值，計算並輸出電控制信號以驅動手自一體調節閥的電動調節，使水溫值和流量值穩定在所記憶的用戶設定值上； 兩個LED數字顯示儀，通過杜邦線連接到微控制器上，用以顯示實時的水溫值和流量值。
2.如權利要求1所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述微控制器對手自一體調節閥手動調節後的水溫和流量信息進行延時記憶的過程是:當手自一體調節閥處於手動調節狀態時，為確保得到用戶最終設定信息，微控制器能在調節動作停止後延時一段時間將用戶手動調節的水溫和流量信息存儲起來，並作為之後自動調節過程的設定輸入。
3.如權利要求1或2所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述微控制器基於反饋控制原理，在調節過程中實時地獲取所檢測到的水溫及流量信息反饋值，在以調節水溫為目的而改變冷水管與熱水管的水流量比例的同時，微控制器根據當前的流量信息對水流量進行反饋控制，保持混合水溫度恆定的同時也保持冷水管和熱水管的流量之和恆定。
4.如權利要求1所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述手自一體調節閥，既可以手動調節，又可以通過微控制器輸出的電控制信號電驅動動作。
5.如權利要求1所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述水流量檢測裝置採用具有數據輸出接口的流量檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水流量信息實時傳送至微控制器。
6.如權利要求1所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述水溫檢測裝置採用以熱敏電阻為測溫元件的、具有數據輸出接口的溫度檢測變送裝置，並通過有線或者無線的方式將水溫信息實時傳送至微控制器。
7.如權利要求6所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述熱敏電阻用具有良好導熱性能的封裝材料封裝，並安裝在所述混水箱內部。
8.如權利要求1所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述微控制器為 51系列單片機，51系列單片機外部設有防潮防溼保護殼。
9.如權利要求7所述的一種具延時記憶特性的水溫及流量自動調節系統，其特徵在於:所述微控制器具有溫度補償功能，能補償所述熱敏電阻上封裝材料所帶來的溫度損失。
【文檔編號】F24H9/20GK103574911SQ201310530977
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】董愛華, 賽吉爾呼, 戴盛芳, 胡飛, 張牛 申請人:東華大學