專利名稱：基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)水設計的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)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，尤其涉及一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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于大海和冰川中，能被我們所利用的水資源還不到0. 02%。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，大量的污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(xiàn)了無水喝的地步，從生活中節(jié)水已經(jīng)成了熱門話題。熱水器作為一種家用電器，已經(jīng)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(xiàn)熱水，這無意中將那些冷水浪費了。并且熱水器手動閥門調溫很不穩(wěn)定，容易水溫過燙或者過冰，而且水溫也很不穩(wěn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)水設計的裝置及方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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。一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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，并且單片機上電產(chǎn)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)定時一段時間后，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(shù)，一般自然水管道壓力恒定為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(jié)選擇用人機界面取代閥門調節(jié)，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據(jù)該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同占空比的PWM波，控制電磁閥的電功率，從而控制閥門的大小；
(4 )當熱水器使用完成后按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。
進一步地，所述單片機根據(jù)該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同占空比的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，分別對應不同占空比的PWM波。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)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。并且設計人機通道，取代機械閥門，通過模糊控制的方法，更加簡單、準確的調節(jié)出水溫度。由于我們用了人機鍵盤，相對于機械閥門，免去了來回調節(jié)的麻煩，也解決了熱水閥調節(jié)過大燒傷的問題。


圖1是發(fā)明的裝置的結構框圖； 圖2是本發(fā)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(tǒng)的原理圖，從該圖可以簡單看出要實現(xiàn)的功能啟
動熱水器時，單片機輸出一定占空比的PWM波帶動舵機使三通球閥節(jié)水管道導通，進行節(jié)水處理；節(jié)水管道中冷水流盡后單片機輸出另一占空比的PWM波帶動舵機使三通球閥出水口通，出熱水。當檢測到水溫大于設定的溫度值時，單片機輸出PWM波減小熱水進水閥的大??；當檢測到水溫小于設定的溫度值時，單片機輸出PWM波增大熱水進水閥的大小，以調節(jié)水溫恒定。如圖1所示，本發(fā)明基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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(fā)明基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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，并且單片機上電產(chǎn)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波可以通過軟件方式(有些單片機自帶PWM波產(chǎn)生口或者定時器方式)實現(xiàn)，也可以通過硬件方式(比如電力電子技術中的Buck和Boost電路實現(xiàn))，而舵機的扭轉角度與 PWM波的占空比有關，一般5%-10%的占空比分別對應舵機的0度一90度。2、定時一段時間后，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(shù)，一般自然水管道壓力恒定為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(jié)選擇用人機界面取代閥門調節(jié)，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據(jù)該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同占空比的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(shù)量的溫度選擇按鍵，可以用行列式鍵盤電路實現(xiàn)。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，分別對應不同占空比的PWM波。4、當熱水器使用完成后按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。本發(fā)明采用人機界面取代手動閥門，并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。并且在這基礎上，同時設計了一種外管道，使殘留在管道中的冷水從節(jié)水管道中流出儲存，達到節(jié)水的目的。
權利要求
1.一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)水設計的裝置，其特征在于，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。
2.一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)水設計的方法，其特征在于，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，并且單片機上電產(chǎn)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)定時一段時間后，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(shù)，一般自然水管道壓力恒定為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(jié)選擇用人機界面取代閥門調節(jié)，具體為按下不同溫度按鈕時，單片機根據(jù)該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同占空比的PWM波，控制電磁閥的電功率，從而控制閥門的大?。?4 )當熱水器使用完成后按下STOP鍵關閉閥門，關閉熱水器。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述單片機根據(jù)該溫度按鈕預設的溫度與溫度傳感器檢測到的溫度比較，輸出不同占空比的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，分別對應不同占空比的PWM波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于熱水器智能水溫控制及外管道節(jié)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。并且設計人機通道，取代機械閥門，通過模糊控制的方法，更加簡單、準確的調節(jié)出水溫度。由于我們用了人機鍵盤，相對于機械閥門，免去了來回調節(jié)的麻煩，也解決了熱水閥調節(jié)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(yōu)先權日2011年6月2日
發(fā)明者孟濬, 范浩彪 申請人:浙江大學