基于單片機的恒溫水龍頭設計

莫建麟,王玉晶

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

關鍵詞:單片機;水龍頭;蝶閥;恒溫控制

中圖分類號:TP23文獻標識碼: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備。現有的雙聯式水龍頭可同時接冷熱兩根管道,其水溫調節的方法是手動調整閥門的機械位置,控制冷熱水管道的出水比例,其調節復雜,且調節過程中浪費的水量多。即使調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廣泛應用于各種家用電器中,為用戶提供更優質的服務[2]。本文主要介紹了采用單片機控制的方法,實現水龍頭的出水溫度的精確調節,避免用水浪費,是基于單片機的水龍頭智能化改造。

1 設計方案及工作原理

系統設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,實現溫度中和。當混水溫度達到設定值后,開啟3供水。當水溫未達設定值時,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,以循環利用,減少不必要的浪費。

圖1 系統工作原理圖

1,2進水口由電動調節碟閥[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中設置DS18B20溫度監測點,根據采集到的現場溫度由單片機驅動電動執行機構控制電動調節閥的開度[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采集的現場溫度信號,分析后做出相應控制處理。用水溫度的設定和顯示分別由鍵盤輸入和數碼管顯示。冷、熱水進入口水量的調節由單片機輸出通過繼電器驅動調節閥實現,采用脈寬調制(PWM)變頻技術智能調控水流大小,實現精確配比。系統設計框圖如圖2所示。

圖2 系統設計框圖

2.1 單片機控制模塊

采用STC12C5A08PWM單片機實現,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8051,但速度快8~12倍[8]。內部集成MAX810專用復位電路,看門狗,兩路PWM,片內有8 KB FLASH ROM,1 280 B RAM,支持ISP。

2.2 溫度傳感器模塊

采用DALLAS公司生產的單總線式數字溫度傳感器DS18B20測量水溫,可直接輸出9~12位(二進制)溫度讀數,便于單片機處理。DS18B20測量溫度范圍為-55~+125 ℃,在-10~+85 ℃范圍內,精度為±05 ℃。可在750 ms(最小值)內把溫度轉換成12位二進制數字值,溫度采集具有準確性和及時性。DS18B20采用單總線的數據傳輸方式,多個DS18B20可掛接在一條總線上,實現多點溫度測量,輕松組建傳感網絡[9-11]。該系統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

該系統設計了兩位八段數碼管,由單片機I/O口直接驅動,采用動態顯示方法,顯示用戶設定的溫度值。

2.4 鍵盤模塊

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

表1 按鍵功能表

鍵號功能

SW1溫度調整,加1

SW2溫度調整,減1

SW3開/關

2.5 水流控制模塊

如圖1所示,熱水和冷水進入口1,2采用電動調節蝶閥,單片機通過控制調節蝶閥的開度來控制進水量的大小。使用單片機內部2路PWM邏輯產生高頻PWM信號,通過電動執行機構驅動電動調節蝶閥,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快速開關水。

3 軟件設計

本控制系統是以單片機為中心的控制系統,單片機結合一定的外圍電路完成系統數據輸入、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。圖3為系統程序流程圖,表明了整個過程的控制思想。

圖3 系統程序流程圖

根據溫度對電動蝶閥的控制算法為:首先將系統設定溫度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;

系統水龍頭出水口溫度T3隨系統工作時間逐漸升高,當T3

4 結 語

該系統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水龍頭出水恒溫控制的方法,解決了傳統手動調溫的不便,避免了在調溫過程中的用水浪費。方便用戶使用,實現用水溫度的精確設定以及恒溫用水。具有較高的實用價值。

參考文獻

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