智能數字混水閥的設計

高新碩　左玉虎　郭春鳳

摘 要：針對目前廣泛使用的機械式混水閥存在的缺陷，設計了一種智能數字混水閥，可以快速實現出水溫度的控制并進行保持，同時節水的理念對程序流程進行設計，達到了很好的節水效果。

關鍵詞：溫度傳感器；混水閥；研究分析

目前，機械式混水閥廣泛應用于公共洗浴和家庭太陽能或電熱水器中，其主要工作方式是采用單把混合手柄旋轉調節冷熱水的比例，達到調整混合水溫度的目的，該方式調節簡單，但水溫控制不準，尤其是熱水水溫出現波動時，出水溫度很難達到恒定，同時，出水溫度是有使用者用肢體觸覺來感知，整個反饋過程時間過長，水溫波動較大，且不符合節水的觀點。為此，可以選用控制更精確、反應更迅速的單片機作為控制核心，通過溫度傳感器檢測混合水及熱水溫度，用步進電動機作為動力源來調節冷熱水的比例，達到快速調節水溫的目的，同時保證出水溫度恒定。

1 智能數字混水閥的整體結構

如圖1所示，智能數字混水閥由兩個普通水閥、兩個步進電機、兩個傳感器構成，其工作原理是冷熱水管分別用一個閥和一個步進電動機控制，水溫控制過程如下：當使用人設定好出水口溫度后，按下出水按鈕，此時步進電動機1根據設定的出水量動作，熱水管打開，同時溫度傳感器1檢測熱水溫度，當30秒后熱水溫度仍低于設定溫度時，停水報警；如果溫度傳感器2檢測的水溫大于設定溫度，則熱水管開口減小，同時冷水管打開，直至達到設定溫度。出水溫度波動小于1度時，冷熱水比例不重新調節。通過這種方式達到快速供熱水的目的。出水量大小通過一個旋鈕開關控制，實現出水量大小的連續控制。

2 控制系統構成

如圖2所示，智能數字混水閥的控制系統主要由溫度采集模塊、步進電動機及驅動模塊、蜂鳴報警器、控制器、鍵盤輸入模塊、顯示模塊組成。

溫度采集模塊采用數字式溫度傳感器 DS18B20，該傳感器的使用簡單，只需一根數據線即可與控制核心連接，測溫準確，精度在0.5℃，反應迅速，在1秒內即可完成溫度檢測。選用兩個溫度傳感器，分別檢測熱水溫度和出水溫度，并用控制核心對這兩個溫度與設定溫度對比，以此來調節冷熱水比例，達到調整水溫的目的。[1]

控制器采用AT89C52 單片機，這是控制核心，首先接受設定的水溫和水量，然后控制步進電動機動作，同時顯示熱水溫度和出水口水溫，當熱水溫度過低時，通過蜂鳴器報警。[2]

從使用安全角度出發，選用工作電壓為5V帶步進驅動器的步進電動機作為動力源，由于水閥的開啟關閉需要比較大的扭矩，特為步進電動機選配齒輪減速器，既可以增大扭矩，又可以提高水閥的出水精度。

蜂鳴器是用來報警的，主要是防止熱水溫度過低而造成水資源浪費。

顯示模塊由LED屏構成，主要顯示設定溫度、熱水溫度、出水溫度、出水量等信息。

3 系統軟件設計

根據設計思想，得到主程序流程圖如圖3所示。在控制流程中，為了使出水溫度快速達到設定的溫度，特意在程序開始執行時，先只開熱水閥，當出水溫度高于設定溫度時才開始冷熱水混合，減少水資源浪費。針對各種原因造成的熱水不熱（熱水溫度低于設計溫度）的情況，在程序中設定30秒的等待時間，當超過30秒出水溫度仍低于設定溫度時，蜂鳴器報警，提醒使用者熱水溫度過低，達不到設定要求，以節約水資源。

4 結束語

文章介紹的智能數字混水閥制作成本低，輸出水溫度調節范圍大，出熱水迅速，具有一定的實際應用價值。同時在設計過程中充分考慮各種意外情況，能夠達到有效節水的目的。

參考文獻

[1]秦芹.一種基于 DS18B20 的溫度采集新方案[J].電子技術，2010（10）：62-64.

[2]彭為.單片機典型系統設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2006.