一種智能水溫控制裝置與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能水溫控制裝置與方法，該發(fā)明包括單片機(jī)、報(bào)警模塊、顯示模塊、輸入模塊、記憶模塊、控制模塊、電源模塊、測(cè)溫模塊，所述各個(gè)模塊均與單片機(jī)連接，而且電源模塊還與控制模塊連接；所述控制模塊還包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)。本發(fā)明利用測(cè)溫模塊檢測(cè)溫度，并由單片機(jī)做出控制策略，由控制模塊同時(shí)調(diào)節(jié)冷、熱兩個(gè)水管的流量以控制冷熱水的比例從而控制水溫，無(wú)需建立精確的數(shù)學(xué)模型，在水流量、冷水溫度、燃?xì)鈮毫Φ纫蛩匕l(fā)生波動(dòng)的情況下，仍可以使出水溫度快速地達(dá)到用戶(hù)所要求的溫度并保持恒溫。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種智能水溫控制裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能水溫控制裝置與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 溫度控制無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用， 過(guò)低的溫度或過(guò)高的溫度都會(huì)使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特 別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，把身邊的水 資源好好地利用起來(lái)。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)水溫進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單、靈活 性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。
[0003] 目前，水溫控制被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、家電等領(lǐng)域，水溫控制系統(tǒng)性能的 好壞直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，研究水溫控制技術(shù)具有十分重要的意義。但在現(xiàn)有的智能 水溫控制系統(tǒng)中，當(dāng)實(shí)際水溫和期望的水溫不一致時(shí)，有些文獻(xiàn)中是單一調(diào)節(jié)其中的熱水 或冷水管來(lái)使水溫升高或降低，使水溫達(dá)到期望值的時(shí)間較長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)；也有少量文獻(xiàn)中是 通過(guò)比較復(fù)雜的算法模型來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫的調(diào)節(jié)，由于很多不確定因素的影響，水溫控制系統(tǒng) 的精確模型很難建立起來(lái)，即便能建立起相應(yīng)的精確模型，也會(huì)使編程的復(fù)雜度大大提高。 基于此，本系統(tǒng)提出了一種基于單片機(jī)的智能水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時(shí)調(diào)節(jié)冷、熱兩個(gè)水管的流 量，且無(wú)需建立精確的數(shù)學(xué)模型，但在水流量、冷水溫度等因素發(fā)生波動(dòng)的情況下，仍可以 使出水溫度快速地達(dá)到用戶(hù)所要求的溫度并保持恒溫。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，解決由于人工調(diào)節(jié)導(dǎo)致水壓波動(dòng)、水溫變化或出水量改變等 引起的水溫忽冷忽燙的難題，提供一種智能水溫控制裝置與方法。
[0005] -種智能水溫控制裝置，包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接用于報(bào)警的報(bào)警模塊、與單片 機(jī)連接用于顯示水溫的顯示模塊、與單片機(jī)連接用于設(shè)置水溫的輸入模塊、與單片機(jī)連接 用于記憶上次斷電現(xiàn)場(chǎng)的記憶模塊、與單片機(jī)連接用于控制冷熱水比例的控制模塊、與控 制模塊連接用于為控制模塊供電的電源模塊、與單片機(jī)連接用于檢測(cè)水溫的測(cè)溫模塊。
[0006] 進(jìn)一步，所述單片機(jī)模塊采用AT89C52,根據(jù)傳感器采集到的溫度并結(jié)合設(shè)定的溫 度給驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送相應(yīng)的控制指令。
[0007] 進(jìn)一步，所述測(cè)溫模塊主要采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器裝在出 水口處，來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)熱水和冷水混合后的溫度。
[0008] 進(jìn)一步，所述輸入模塊采用獨(dú)立的按鍵來(lái)方便地設(shè)置所需的水溫。
[0009] 進(jìn)一步，所述記憶模塊主要采用AT24C02,用來(lái)記憶上次工作結(jié)束斷電時(shí)的閥門(mén)位 置，以便再次工作通電時(shí)能在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)閥門(mén)，避免失調(diào)。
[0010] 進(jìn)一步，所述控制模塊主要包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)，目的根據(jù)所設(shè) 定的溫度與當(dāng)前冷熱水混合后溫度的比較結(jié)果，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水流閥門(mén)旋轉(zhuǎn)從而使 水溫達(dá)到設(shè)置的溫度并保持，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用的是DQ420MA。
[0011] 進(jìn)一步，所述報(bào)警模塊主要使用蜂鳴器，目的是當(dāng)混合水溫超出50°C安全值時(shí)報(bào) 警，以防止該裝置在某些應(yīng)用場(chǎng)合中使用時(shí)產(chǎn)生燙傷現(xiàn)象。
[0012] 進(jìn)一步，所述顯示模塊主要采用IXD1602,目的是實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水溫和設(shè)置的水 溫。
[0013] 進(jìn)一步，所述電源模塊采用24V直流穩(wěn)壓電源，主要負(fù)責(zé)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電。
[0014] 一種智能水溫控制方法，其特征在于，該發(fā)明方法包含以下步驟：
[0015] 步驟一：首先通過(guò)按鍵模塊設(shè)置所需水溫；
[0016] 步驟二：然后打開(kāi)冷熱水的閥門(mén)進(jìn)行放水；
[0017] 步驟三：安裝在出水口處的溫度傳感器感測(cè)混合后的水溫并通過(guò)測(cè)溫電路傳送給 單片機(jī)；
[0018] 步驟四：?jiǎn)纹瑱C(jī)將設(shè)定的溫度與檢測(cè)到的實(shí)際水溫進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來(lái) 控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，來(lái)帶動(dòng)冷熱水閥門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)顯示器會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)地顯示當(dāng)前測(cè)得的水溫；
[0019] 步驟五：當(dāng)溫度傳感器感測(cè)到的水溫與所設(shè)定的水溫保持一致時(shí)，則停止步進(jìn)電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)并記錄其當(dāng)前的位置；
[0020] 步驟六：若檢測(cè)到的實(shí)際水溫超過(guò)50度，則啟動(dòng)蜂鳴報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以防止發(fā) 生水溫過(guò)高而導(dǎo)致的燙傷現(xiàn)象。
[0021] 效果:T總
[0022] 本發(fā)明提出了一種基于單片機(jī)的智能水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時(shí)調(diào)節(jié)冷、熱兩個(gè)水管的 流量，且無(wú)需建立精確的數(shù)學(xué)模型，但在水流量、冷水溫度、燃?xì)鈮毫Φ纫蛩匕l(fā)生波動(dòng)的情 況下，仍可以使出水溫度快速地達(dá)到用戶(hù)所要求的溫度并保持恒溫。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能水溫控制裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能水溫控制方法流程圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的DQ420MA步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器引腳圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的步進(jìn)電機(jī)脈沖圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的DS18B20測(cè)溫模塊安裝位置圖；
[0028] 其中：1、單片機(jī)；2、報(bào)警模塊；3、顯示模塊；4、輸入模塊；5、記憶模塊；6、控制模 塊；6-1、步進(jìn)電機(jī)；6-2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；6-3、閥門(mén)；7、電源模塊；8、測(cè)溫模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0030] 圖1展示了本發(fā)明的一種智能水溫控制裝置結(jié)構(gòu)，如圖所示，一種智能水溫控制 裝置，包括單片機(jī)1、與單片機(jī)1連接用于報(bào)警的報(bào)警模塊2、與單片機(jī)1連接用于顯示水溫 的顯示模塊3、與單片機(jī)1連接用于設(shè)置水溫的輸入模塊4、與單片機(jī)1連接用于記憶上次 斷電現(xiàn)場(chǎng)的記憶模塊5、與單片機(jī)1連接用于控制冷熱水比例的控制模塊6、與控制模塊6 連接用于為控制模塊供電的電源模塊7、與單片機(jī)1連接用于檢測(cè)水溫的測(cè)溫模塊8。
[0031] 單片機(jī)1模塊采用AT89C52,根據(jù)傳感器采集到的溫度并結(jié)合設(shè)定的溫度給驅(qū)動(dòng) 模塊發(fā)送相應(yīng)的控制指令。
[0032] 測(cè)溫模塊8主要采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器裝在出水口處，來(lái)實(shí) 時(shí)檢測(cè)熱水和冷水混合后的溫度。
[0033] 輸入模塊4采用獨(dú)立的按鍵來(lái)方便地設(shè)置所需的水溫。
[0034] 記憶模塊3主要采用AT24C02,用來(lái)記憶上次工作結(jié)束斷電時(shí)的閥門(mén)位置，以便再 次工作通電時(shí)能在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)閥門(mén)，避免失調(diào)。
[0035] 控制模塊6主要包括步進(jìn)電機(jī)6-1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6-2、閥門(mén)6-3,目的根據(jù)所設(shè) 定的溫度與當(dāng)前冷熱水混合后溫度的比較結(jié)果，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水流閥門(mén)旋轉(zhuǎn)從而使 水溫達(dá)到設(shè)置的溫度并保持，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用的是DQ420MA。
[0036] 報(bào)警模塊2主要使用蜂鳴器，目的是當(dāng)混合水溫超出50°C安全值時(shí)報(bào)警，以防止 該裝置在某些應(yīng)用場(chǎng)合中使用時(shí)產(chǎn)生燙傷現(xiàn)象。
[0037] 顯示模塊3主要采用IXD1602,目的是實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水溫和設(shè)置的水溫。
[0038] 電源模塊7采用24V直流穩(wěn)壓電源，主要負(fù)責(zé)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電。
[0039] -種智能水溫控制方法，其特征在于，該發(fā)明方法包含以下步驟：
[0040] 步驟一：首先通過(guò)按鍵模塊設(shè)置所需水溫；
[0041] 步驟二：然后打開(kāi)冷熱水的閥門(mén)進(jìn)行放水；
[0042] 步驟三：安裝在出水口處的溫度傳感器感測(cè)混合后的水溫并通過(guò)測(cè)溫電路傳送給 單片機(jī)；
[0043] 步驟四：?jiǎn)纹瑱C(jī)將設(shè)定的溫度與檢測(cè)到的實(shí)際水溫進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來(lái) 控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，來(lái)帶動(dòng)冷熱水閥門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)顯示器會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)地顯示當(dāng)前測(cè)得的水溫；
[0044] 步驟五：當(dāng)溫度傳感器感測(cè)到的水溫與所設(shè)定的水溫保持一致時(shí)，則停止步進(jìn)電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)并記錄其當(dāng)前的位置；
[0045] 步驟六：若檢測(cè)到的實(shí)際水溫超過(guò)50度，則啟動(dòng)蜂鳴報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以防止發(fā) 生水溫過(guò)高而導(dǎo)致的燙傷現(xiàn)象。
[0046] 圖2展示了本發(fā)明的一種智能水溫控制方法流程，如圖所示，該流程如下 ：
[0047] S201 :開(kāi)始；
[0048] S202 :讀取閥門(mén)位置信息；
[0049] S203 :設(shè)置所需溫度；
[0050] S204 :檢測(cè)DS18B20是否正常，不正常跳轉(zhuǎn)到S205,正常的話跳轉(zhuǎn)到S206 ;
[0051] S205 :顯不 "error" ；
[0052]S206:打開(kāi)冷熱水管閥門(mén)；
[0053] S207 :測(cè)量溫度并顯示；
[0054]S208:判斷溫度是否超出安全值，是的話跳轉(zhuǎn)到S209,否的話跳轉(zhuǎn)到S210;
[0055] S209 :啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；
[0056] S210 :判斷溫度是否等于設(shè)定值，否的話跳轉(zhuǎn)到S211，進(jìn)而執(zhí)行S212,是的話跳轉(zhuǎn) 到S213;
[0057] S211:啟動(dòng)控制模塊；
[0058] S212:記錄閥門(mén)位置；
[0059] S213 :保持穩(wěn)定。
[0060] 水溫控制原理
[0061] 在本系統(tǒng)中，水溫的調(diào)節(jié)采用動(dòng)態(tài)循環(huán)檢測(cè)的方法，當(dāng)測(cè)得的水溫與設(shè)定的溫度 不一致時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)冷熱水管的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)實(shí)際水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)冷水管所連接 的電機(jī)循環(huán)使其開(kāi)大，同時(shí)啟動(dòng)熱水管所連接的電機(jī)循環(huán)使其關(guān)??；當(dāng)實(shí)際水溫低于設(shè)定 溫度時(shí)，啟動(dòng)熱水管開(kāi)大，同時(shí)啟動(dòng)冷水管關(guān)??；并通過(guò)溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合 水溫，如其與設(shè)定水溫相等則停止電機(jī)循環(huán)，如其不等則繼續(xù)電機(jī)循環(huán)。
[0062] 在本系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度與水龍頭閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如表1所示。
[0063] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種智能水溫控制方法，其特征在于，該智能水溫控制方法包含以下步驟： 步驟一：首先通過(guò)按鍵模塊設(shè)置所需水溫； 步驟二：然后打開(kāi)冷熱水的閥門(mén)進(jìn)行放水； 步驟三：安裝在出水口處的溫度傳感器感測(cè)混合后的水溫并通過(guò)測(cè)溫電路傳送給單片 機(jī)； 步驟四：?jiǎn)纹瑱C(jī)將設(shè)定的溫度與檢測(cè)到的實(shí)際水溫進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來(lái)控制 步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，來(lái)帶動(dòng)冷熱水閥門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)顯示器會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地 顯示當(dāng)前測(cè)得的水溫； 步驟五：當(dāng)溫度傳感器感測(cè)到的水溫與所設(shè)定的水溫保持一致時(shí)，則停止步進(jìn)電機(jī)的 旋轉(zhuǎn)并記錄其當(dāng)前的位置； 步驟六：檢測(cè)到的實(shí)際水溫超過(guò)50度，則啟動(dòng)蜂鳴報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以防止發(fā)生水溫 過(guò)高而導(dǎo)致的燙傷現(xiàn)象。
2. -種智能水溫控制裝置，其特征在于，該發(fā)明裝置包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接用于報(bào) 警的報(bào)警模塊、與單片機(jī)連接用于顯示水溫的顯示模塊、與單片機(jī)連接用于設(shè)置水溫的輸 入模塊、與單片機(jī)連接用于記憶上次斷電現(xiàn)場(chǎng)的記憶模塊、與單片機(jī)連接用于控制冷熱水 比例的控制模塊、與控制模塊連接用于為控制模塊供電的電源模塊、與單片機(jī)連接用于檢 測(cè)水溫的測(cè)溫模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述單片機(jī)模塊采用 AT89C52,根據(jù)傳感器采集到的溫度并結(jié)合設(shè)定的溫度給驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送相應(yīng)的控制指令。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述測(cè)溫模塊主要采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器裝在出水口處，來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)熱水和冷水混合后的溫 度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述輸入模塊采用獨(dú)立的 按鍵來(lái)方便地設(shè)置所需的水溫。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述記憶模塊主要采用 AT24C02,用來(lái)記憶上次工作結(jié)束斷電時(shí)的閥門(mén)位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述控制模塊主要包括步 進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)，根據(jù)所設(shè)定的溫度與當(dāng)前冷熱水混合后溫度的比較結(jié)果， 來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水流閥門(mén)旋轉(zhuǎn)從而使水溫達(dá)到設(shè)置的溫度并保持，其中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器采用的是DQ420MA。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述報(bào)警模塊主要使用蜂 鳴器，當(dāng)混合水溫超出50°C安全值時(shí)報(bào)警。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述顯示模塊主要采用 IXD1602,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水溫和設(shè)置的水溫。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能水溫控制裝置，其特征在于，所述電源模塊采用240V直 流穩(wěn)壓電源，用于給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK104331104SQ201410638374
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】王緩緩, 邵開(kāi)麗, 胡愛(ài)娜, 武海艷, 宮娜娜, 吳東洋, 張旭 申請(qǐng)人:黃河科技學(xué)院