基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置及方法
2023-04-30 01:26:06 1
專利名稱：基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及PWM控制、溫度檢測與控制、人機通道技術、模糊控制、管道結構設計等技術領域，尤其涉及一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置及方法。
背景技術：
水是地球上各種生物賴以生存的必要條件。沒有水也就不會有我們這個美麗的世界。地球上水資源雖然豐富，但是絕大部分是存在於大海和冰川中，能被我們所利用的水資源還不到0. 02%。隨著工業技術的發展，大量的汙染滲透到了江河湖水中，我們所能利用的水資源進一步減少，很多地方都出現了無水喝的地步，從生活中節水已經成了熱門話題。熱水器作為一種家用電器，已經幾乎滲透到每戶家庭。熱水器按照原理可以分為電熱水器、太陽能熱水器、燃氣熱水器。但是無論是哪種熱水器，它的管道中都會存在一段冷水，特別是太陽能熱水器和學校中的燃氣熱水器，管道長滯留的冷水也多。而洗澡時一般需要的是熱水，特別是冬天，需要將熱水器開通一段時間才能出現熱水，這無意中將那些冷水浪費了。並且熱水器手動閥門調溫很不穩定，容易水溫過燙或者過冰，而且水溫也很不穩定。如果能通過一種方法，將這段冷水收集起來進行再利用，那將是一個大的資源，對提高生活質量也很有幫助。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置及方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置，它包括單片機、溫度測量電路、信號放大電路、A/D轉換電路、三通球閥、舵機、電磁閥、人機界面和LCD顯示器等；其中，溫度測量電路、信號放大電路和A/D轉換電路依次相連，三通球閥和舵機相連，A/D轉換電路、舵機、電磁閥、人機界面、LCD顯示器分別與單片機相連。一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的方法，包括如下步驟
(1)按下人機鍵面中的按鈕START鍵，啟動熱水器出水，並且單片機上電產生PWM波控制舵機帶動三通球閥使B、C 口通，管道中滯留的冷水從BC 口流出儲存到一個大水箱或者水池中；
(2)定時一段時間後，單片機控制舵機帶動三通球閥使B、A口通，開始出熱水；不同長度管道具有不同時間常數，一般自然水管道壓力恆定為2KG，如果閥門的開度已知，易通過實驗測定水流ν ；當混水閥與三通閥之間的管道長度已知為L，則易求得定時時間t=L/v ；
(3)溫度調節選擇用人機界面取代閥門調節，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同佔空比的PWM波，控制電磁閥的電功率，從而控制閥門的大小；
(4 )當熱水器使用完成後按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。
進一步地，所述單片機根據該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同佔空比的PWM波具體為在出水口檢測實際溫度，與所要求溫度的對比得到一個差值，當差值>15度時，設置為正大；5〈差值<15，為正中大；0<差值<5為正小大；_5<差值<0為負小大；-15〈差值<-5為負中大；差值<-15為負大，分別對應不同佔空比的PWM波。本發明的有益效果是，本發明通過選擇三通球閥的導通通道，將管道中的冷水儲存再利用。並且設計人機通道，取代機械閥門，通過模糊控制的方法，更加簡單、準確的調節出水溫度。由於我們用了人機鍵盤，相對於機械閥門，免去了來回調節的麻煩，也解決了熱水閥調節過大燒傷的問題。
圖1是發明的裝置的結構框圖； 圖2是本發明的原理圖3是程序流程圖。
具體實施例方式如圖2所示，為整個系統的原理圖，從該圖可以簡單看出要實現的功能啟
動熱水器時，單片機輸出一定佔空比的PWM波帶動舵機使三通球閥節水管道導通，進行節水處理；節水管道中冷水流盡後單片機輸出另一佔空比的PWM波帶動舵機使三通球閥出水口通，出熱水。當檢測到水溫大於設定的溫度值時，單片機輸出PWM波減小熱水進水閥的大小；當檢測到水溫小於設定的溫度值時，單片機輸出PWM波增大熱水進水閥的大小，以調節水溫恆定。如圖1所示，本發明基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置包括單片機、溫度測量電路、信號放大電路、A/D轉換電路、三通球閥、舵機、電磁閥、人機界面和 LCD顯示器；其中，溫度測量電路、信號放大電路和A/D轉換電路依次相連，三通球閥和舵機相連，A/D轉換電路、舵機、電磁閥、人機界面、LCD顯示器分別與單片機相連。三通球閥有三個口(A、B、C)，當A、B 口導通時，C 口關閉；當B、C 口導通時，A 口關閉。本發明基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的方法，包括如下步驟
1、按下人機鍵面中的按鈕START鍵，啟動熱水器出水，並且單片機上電產生PWM波控制舵機帶動三通球閥使B、C 口通，管道中滯留的冷水從BC 口流出儲存到一個大水箱或者水池中；
PWM波可以通過軟體方式(有些單片機自帶PWM波產生口或者定時器方式)實現，也可以通過硬體方式(比如電力電子技術中的Buck和Boost電路實現)，而舵機的扭轉角度與 PWM波的佔空比有關，一般5%-10%的佔空比分別對應舵機的0度一90度。2、定時一段時間後，單片機控制舵機帶動三通球閥使B、A 口通，開始出熱水。不同長度管道具有不同時間常數，一般自然水管道壓力恆定為2KG，如果閥門的開度已知，易通過實驗測定水流ν。當混水閥與三通閥之間的管道長度已知為L，則易求得定時時間t=L/v
3、溫度調節選擇用人機界面取代閥門調節，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同佔空比的PWM波，控制電磁閥的電功率，從而控制閥門的大小。按不同需求可以增加不同數量的溫度選擇按鍵，可以用行列式鍵盤電路實現。在出水口檢測實際溫度，與所要求溫度的對比得到一個差值，當差值>15度時，設置為正大； 5<差值<15，為正中大；0<差值<5為正小大；_5<差值<0為負小大；_15<差值<_5為負中大；差值<-15為負大，分別對應不同佔空比的PWM波。4、當熱水器使用完成後按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。本發明採用人機界面取代手動閥門，並且在出水口加了溫度傳感器進行了溫度反饋，不但能智能控制水溫，使水溫能快速溫度的達到人們需要的要求。同時它使用簡單、直觀，適合各種人群需求。並且在這基礎上，同時設計了一種外管道，使殘留在管道中的冷水從節水管道中流出儲存，達到節水的目的。
權利要求
1.一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置，其特徵在於，它包括單片機、溫度測量電路、信號放大電路、A/D轉換電路、三通球閥、舵機、電磁閥、人機界面和 LCD顯示器等；其中，溫度測量電路、信號放大電路和A/D轉換電路依次相連，三通球閥和舵機相連，A/D轉換電路、舵機、電磁閥、人機界面、IXD顯示器分別與單片機相連。
2.一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)按下人機鍵面中的按鈕START鍵，啟動熱水器出水，並且單片機上電產生PWM波控制舵機帶動三通球閥使B、C 口通，管道中滯留的冷水從BC 口流出儲存到一個大水箱或者水池中；(2)定時一段時間後，單片機控制舵機帶動三通球閥使B、A口通，開始出熱水；不同長度管道具有不同時間常數，一般自然水管道壓力恆定為2KG，如果閥門的開度已知，易通過實驗測定水流ν ；當混水閥與三通閥之間的管道長度已知為L，則易求得定時時間t=L/v ；(3)溫度調節選擇用人機界面取代閥門調節，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同佔空比的PWM波，控制電磁閥的電功率，從而控制閥門的大小；(4 )當熱水器使用完成後按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，所述單片機根據該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同佔空比的PWM波具體為在出水口檢測實際溫度，與所要求溫度的對比得到一個差值，當差值>15度時，設置為正大；5< 差值<15，為正中大；0<差值<5為正小大；_5<差值<0為負小大；_15<差值<-5為負中大； 差值<-15為負大，分別對應不同佔空比的PWM波。
全文摘要
本發明公開了一種基於熱水器智能水溫控制及外管道節水設計的裝置及方法，通過選擇三通球閥的導通通道，將管道中的冷水儲存再利用。並且設計人機通道，取代機械閥門，通過模糊控制的方法，更加簡單、準確的調節出水溫度。由於我們用了人機鍵盤，相對於機械閥門，免去了來回調節的麻煩，也解決了熱水閥調節過大燒傷的問題。
文檔編號F24H9/20GK102183094SQ20111014634
公開日2011年9月14日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者孟濬, 範浩彪 申請人:浙江大學