基于單片機的恒溫水龍頭設(shè)計

莫建麟,王玉晶

摘 要:介紹了基于單片機的恒溫水龍頭的設(shè)計方法。針對傳統(tǒng)冷熱雙聯(lián)式水龍頭手動調(diào)節(jié)水溫,不能實現(xiàn)出水溫度的精確控制等缺點,將單片機作為智能控制器應(yīng)用于水龍頭中。利用單片機檢測DS18B20采集到的水溫,經(jīng)過分析計算可控制冷熱水入水比例,通過循環(huán)水系統(tǒng)將混水過程中未達溫度的水重新注入加熱裝置的入水口,實現(xiàn)重復(fù)利用。該系統(tǒng)實現(xiàn)了雙聯(lián)式水龍頭的精確調(diào)溫,保證恒溫用水的同時實現(xiàn)了高效節(jié)水,適用于各種恒溫用水的場合,具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:單片機;水龍頭;蝶閥;恒溫控制

中圖分類號:TP23文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-146-02

Design for Fixed Temperature Faucet Based on Single Chip Computer

MO Jianlin1,WANG Yujing2

(1.Aba Teachers College,Pixian,611741,China;2.Tianfu College,South West University of Finance and Econcomics,Mianyang,621000,China)

Abstract:A design method of the constant temperature faucet based on single chip computer is introduced.Aimion at traditional duplex-style hot and cold taps to manually adjust the water temperature,the equipment uses single chip computer to detect water temperature by DS18B20.It controls the proportion of hot and cold water via analysis and calculating,the lower temperature water is injected heating device inlet in order to realize repeat utilization through the troubled waters of recycled water system.A double-precision thermostat faucet is realized,constant water temperature and a highly efficient water-saving are ensured simultaneously.This machine is suitable for a variety of occasions of constant water temperature,it has a high application value.

Keywords:single chip computer;faucet;butterfly valve;constant temperature

水龍頭是水的“指揮家”,是人們生活中必不可少的用水設(shè)備。現(xiàn)有的雙聯(lián)式水龍頭可同時接冷熱兩根管道,其水溫調(diào)節(jié)的方法是手動調(diào)整閥門的機械位置,控制冷熱水管道的出水比例,其調(diào)節(jié)復(fù)雜,且調(diào)節(jié)過程中浪費的水量多。即使調(diào)好的水溫也會受到水壓變化的影響,降低了使用的舒適性[1]。甚至出現(xiàn)水溫突變,燙傷身體的極端情況。單片機作為一種智能化的控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種家用電器中,為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)[2]。本文主要介紹了采用單片機控制的方法,實現(xiàn)水龍頭的出水溫度的精確調(diào)節(jié),避免用水浪費,是基于單片機的水龍頭智能化改造。

1 設(shè)計方案及工作原理

系統(tǒng)設(shè)計方案及工作原理如圖1所示。熱水和冷水分別流入后在0中混合,實現(xiàn)溫度中和。當(dāng)混水溫度達到設(shè)定值后,開啟3供水。當(dāng)水溫未達設(shè)定值時,開啟4將混水腔0中的水排出至加熱裝置(如燃氣熱水器)的入水口,以循環(huán)利用,減少不必要的浪費。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

1,2進水口由電動調(diào)節(jié)碟閥[3]控制,3,4出水口由電動快速切斷蝶閥[12]控制。在熱水進入口1、冷水進入口2和混水腔0中設(shè)置DS18B20溫度監(jiān)測點,根據(jù)采集到的現(xiàn)場溫度由單片機驅(qū)動電動執(zhí)行機構(gòu)控制電動調(diào)節(jié)閥的開度[4-7],從而控制1,2的進水量,以及快速開啟或切斷3,4的出水。

2 硬件電路設(shè)計

水龍頭控制是以宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機為核心,檢測DS18B20采集的現(xiàn)場溫度信號,分析后做出相應(yīng)控制處理。用水溫度的設(shè)定和顯示分別由鍵盤輸入和數(shù)碼管顯示。冷、熱水進入口水量的調(diào)節(jié)由單片機輸出通過繼電器驅(qū)動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn),采用脈寬調(diào)制(PWM)變頻技術(shù)智能調(diào)控水流大小,實現(xiàn)精確配比。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計框圖

2.1 單片機控制模塊

采用STC12C5A08PWM單片機實現(xiàn),它是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8~12倍[8]。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,看門狗,兩路PWM,片內(nèi)有8 KB FLASH ROM,1 280 B RAM,支持ISP。

2.2 溫度傳感器模塊

采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量水溫,可直接輸出9~12位(二進制)溫度讀數(shù),便于單片機處理。DS18B20測量溫度范圍為-55~+125 ℃,在-10~+85 ℃范圍內(nèi),精度為±05 ℃?？稍?50 ms(最小值)內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成12位二進制數(shù)字值,溫度采集具有準(zhǔn)確性和及時性。DS18B20采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式,多個DS18B20可掛接在一條總線上,實現(xiàn)多點溫度測量,輕松組建傳感網(wǎng)絡(luò)[9-11]。該系統(tǒng)中分別檢測熱水進入口溫度T1,冷水進入口溫度T2和水龍頭出水口溫度T3。

2.3 顯示模塊

該系統(tǒng)設(shè)計了兩位八段數(shù)碼管,由單片機I/O口直接驅(qū)動,采用動態(tài)顯示方法,顯示用戶設(shè)定的溫度值。

2.4 鍵盤模塊

本系統(tǒng)需要三個按鍵,采用三鍵獨立式鍵盤,直接接單片機I/O口,采用軟件去抖。三個按鍵分別實現(xiàn)的功能如表1所示。

表1 按鍵功能表

鍵號功能

SW1溫度調(diào)整,加1

SW2溫度調(diào)整,減1

SW3開/關(guān)

2.5 水流控制模塊

如圖1所示,熱水和冷水進入口1,2采用電動調(diào)節(jié)蝶閥,單片機通過控制調(diào)節(jié)蝶閥的開度來控制進水量的大小。使用單片機內(nèi)部2路PWM邏輯產(chǎn)生高頻PWM信號,通過電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動電動調(diào)節(jié)蝶閥,從而減輕了軟件的工作,提高了軟件的效率。水龍頭出水口3和循環(huán)水出水口4采用電動快速切斷蝶閥,在單片機的控制下實現(xiàn)快速開關(guān)水。

3 軟件設(shè)計

本控制系統(tǒng)是以單片機為中心的控制系統(tǒng),單片機結(jié)合一定的外圍電路完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入、溫度采集、輸出控制信號以及實時顯示等功能,它是一個完整的智能控制系統(tǒng)。圖3為系統(tǒng)程序流程圖,表明了整個過程的控制思想。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

根據(jù)溫度對電動蝶閥的控制算法為:首先將系統(tǒng)設(shè)定溫度T與冷水溫度T2和熱水溫度T1比較,分為以下三種情況:

第一種:若T-T2>T1-T,將冷水進入口蝶閥全開,熱水進入口蝶閥開一半;

第二種:若T-T2

第三種:若T-T2=T1-T,將熱水進入口蝶閥全開,冷水進入口蝶閥也全開;

系統(tǒng)水龍頭出水口溫度T3隨系統(tǒng)工作時間逐漸升高,當(dāng)T3

4 結(jié) 語

該系統(tǒng)提出了一種利用單片機、溫度傳感器、蝶閥以及其他控制電路實現(xiàn)水龍頭出水恒溫控制的方法,解決了傳統(tǒng)手動調(diào)溫的不便,避免了在調(diào)溫過程中的用水浪費。方便用戶使用,實現(xiàn)用水溫度的精確設(shè)定以及恒溫用水。具有較高的實用價值。

參考文獻

[1]董奇志.恒溫控制裝置在水龍頭中的應(yīng)用及工作原理[J].電機電器技術(shù),2002(3):17-18.

[2]李朝青.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[3]貝爾自動化儀表技術(shù)有限公司.電動蝶閥系列器件手冊[Z].http://www.bellaut.com.

[4]張慶思,王克成,李福云.電動執(zhí)行機構(gòu)傳遞函數(shù)的研究[J].自動化儀表,2007,28(4):67-69.

[5]白洪光,曲思民,呂海晶,等.電動調(diào)節(jié)閥的步進式控制[J].山東冶金,2008,30(5):54-59.

[6]孟武勝,李亮.基于AT89C52單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微電機,2007,40(3):64-66.

[7]鹿守杭,任中全.基于MCS-51單片機的步進電機控制[J].儀器儀表用戶,2007,14(2):80-81.

[8]宏晶科技.STC12C5A60AD系列單片機器件手冊[Z].http://www.MCU-Memery.com.2008.

[9]李鋼,趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2005,28(21):77-79.

[10]馬云峰.單片機與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計[J].計算機測量與控制,2007,10(4):278-280.

[11]王運志,郭水旺,高超.單總線數(shù)字式恒溫控制裝置的設(shè)計[J].天中學(xué)刊,2008,10(23):52-53.

[12]林景棟,劉苗苗.基于模糊推理算法的燃氣熱水器恒溫控制系統(tǒng)[J].重慶大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,30(5):79-82.