基于單片機(jī)的恒溫水龍頭設(shè)計(jì)

莫建麟,王玉晶

摘 要:介紹了基于單片機(jī)的恒溫水龍頭的設(shè)計(jì)方法。針對(duì)傳統(tǒng)冷熱雙聯(lián)式水龍頭手動(dòng)調(diào)節(jié)水溫,不能實(shí)現(xiàn)出水溫度的精確控制等缺點(diǎn),將單片機(jī)作為智能控制器應(yīng)用于水龍頭中。利用單片機(jī)檢測DS18B20采集到的水溫,經(jīng)過分析計(jì)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(dá)溫度的水重新注入加熱裝置的入水口,實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。該系統(tǒng)實(shí)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(shí)實(shí)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(jià)值。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);水龍頭;蝶閥;恒溫控制

中圖分類號(hào):TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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(shí)接冷熱兩根管道,其水溫調(diào)節(jié)的方法是手動(dòng)調(diào)整閥門的機(jī)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(fèi)的水量多。即使調(diào)好的水溫也會(huì)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(jī)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(jī)控制的方法,實(shí)現(xiàn)水龍頭的出水溫度的精確調(diào)節(jié),避免用水浪費(fèi),是基于單片機(jī)的水龍頭智能化改造。

1 設(shè)計(jì)方案及工作原理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)溫度中和。當(dāng)混水溫度達(dá)到設(shè)定值后,開啟3供水。當(dāng)水溫未達(dá)設(shè)定值時(shí),開啟4將混水腔0中的水排出至加熱裝置(如燃?xì)鉄崴?的入水口,以循環(huán)利用,減少不必要的浪費(fèi)。

圖1 系統(tǒng)工作原理圖

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

2 硬件電路設(shè)計(jì)

水龍頭控制是以宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機(jī)為核心,檢測DS18B20采集的現(xiàn)場溫度信號(hào),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(jìn)入口水量的調(diào)節(jié)由單片機(jī)輸出通過繼電器驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)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(shí)現(xiàn)精確配比。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.1 單片機(jī)控制模塊

采用STC12C5A08PWM單片機(jī)實(shí)現(xiàn),它是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),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(jìn)制)溫度讀數(shù),便于單片機(jī)處理。DS18B20測量溫度范圍為-55~+125 ℃,在-10~+85 ℃范圍內(nèi),精度為±05 ℃。可在750 ms(最小值)內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成12位二進(jìn)制數(shù)字值,溫度采集具有準(zhǔn)確性和及時(shí)性。DS18B20采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式,多個(gè)DS18B20可掛接在一條總線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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(jìn)入口溫度T1,冷水進(jìn)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(jì)了兩位八段數(shù)碼管,由單片機(jī)I/O口直接驅(qū)動(dòng),采用動(dòng)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(gè)按鍵,采用三鍵獨(dú)立式鍵盤,直接接單片機(jī)I/O口,采用軟件去抖。三個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)的功能如表1所示。

表1 按鍵功能表

鍵號(hào)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(jìn)入口1,2采用電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥,單片機(jī)通過控制調(diào)節(jié)蝶閥的開度來控制進(jìn)水量的大小。使用單片機(jī)內(nèi)部2路PWM邏輯產(chǎn)生高頻PWM信號(hào),通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)快速切斷蝶閥,在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)水。

3 軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為中心的控制系統(tǒng),單片機(jī)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(hào)以及實(shí)時(shí)顯示等功能,它是一個(gè)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(gè)過程的控制思想。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

根據(jù)溫度對(duì)電動(dòng)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(jìn)入口蝶閥全開,熱水進(jìn)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(jìn)入口蝶閥全開,冷水進(jìn)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(shí)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(jī)、溫度傳感器、蝶閥以及其他控制電路實(shí)現(xiàn)水龍頭出水恒溫控制的方法,解決了傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)溫的不便,避免了在調(diào)溫過程中的用水浪費(fèi)。方便用戶使用,實(shí)現(xiàn)用水溫度的精確設(shè)定以及恒溫用水。具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)電器技術(shù),2002(3):17-18.

[2]李朝青.單片機(jī)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(dòng)化儀表技術(shù)有限公司.電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù)的研究[J].自動(dòng)化儀表,2007,28(4):67-69.

[5]白洪光,曲思民,呂海晶,等.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的步進(jìn)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(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微電機(jī),2007,40(3):64-66.

[7]鹿守杭,任中全.基于MCS-51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2007,10(4):278-280.

[11]王運(yùn)志,郭水旺,高超.單總線數(shù)字式恒溫控制裝置的設(shè)計(jì)[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?xì)鉄崴骱銣乜刂葡到y(tǒng)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,30(5):79-82.