本发明属于日常生活的热水器领域，具体涉及一种基于PID调节的节水型智能温控热水器及其方法。
背景技术：
当前市面上的热水器大多存在两个问题，一是调节水温不方便，二是使用过程中的温度会发生变化。人们使用热水器的时候会有多种用途，比如洗澡，洗头，洗脚，很难将当前热水器调节到准确的温度，而且不存在记忆功能，即使用户使用热水器的同一功能也需要每次对热水温度进行调节。二是使用的过程中温度会发生变化，因为热水的温度会存在变化，对用户使用的舒适感造成不好的影响。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种基于PID调节的节水型智能温控热水器及其方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于PID调节的节水型智能温控热水器包括：
热水箱外壳、储水单元、中枢控制单元、交互单元、输送单元、检测单元、流向单元、加热单元、动力单元；
所述的热水箱外壳采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料；所述的交互单元设置在热水箱外壳上；所述的加热单元设置在储水单元内，所述的流向单元、动力单元设置在输送单元内；所述的储水单元、输送单元、中枢控制单元、检测单元设置在热水箱外壳内；储水单元与输送单元互联，中枢控制单元与加热单元、检测单元，交互单元、流向单元相连，检测单元分别与储水单元、输送单元相连。
优选的，所述的输送单元为PVC管道。所述的流向单元为电子阀门。
优选的，所述的储水单元为三个储水箱和两个混合池；三个储水箱包括热水储水箱、回流水储水箱、出水储水箱；两个混合池包括一号混合池和二号混合池；热水储水箱通过输送单元、流向单元再与一号混合池相连；一号混合池通过流向单元与二号混合池相连；二号混合池通过输送单元、流向单元分别与回流水储水箱、出水储水箱相连；回流水储水箱通过动力单元、输送单元、流向单元与热水储水箱相连；热水储水箱、一号混合池、出水储水箱通过输送单元、流向单元与外界连接；热水储水箱的外壳采用内部填塞海绵的双层丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料外壳。
优选的，所述的动力单元为水泵。
优选的，所述的检测单元为温度传感器和液压传感器；温度传感器分别设置在热水储水箱、二号混合池以及一号混合池与外界相连的PVC管道内；液压传感器分别设置在热水储水箱、出水储水箱、回流储水箱内。
优选的，所述的交互单元为键盘、显示屏、按钮、指示灯和旋钮。
优选的，所述的中枢控制单元为MSP430单片机及其外围电路。
优选的，所述的加热单元为金属管和开关电路；加热单元和中枢控制单元相连。
所述的基于PID调节的节水型智能温控热水器的温控方法，其特征在于包括如下步骤：1)设备初始化
接通电源对加热单元、中枢控制单元、交互单元、动力单元、检测单元进行供电；通过按下按钮启动加热，通过键盘或者旋钮输入用户的设定值，设定值包括热水的温度和出水水流的大小，中枢控制单元进行工作；
2)加热环节
中枢控制单元控制加热单元对热水储水箱内的水进行加热，MSP430单片机输出PWM波至加热单元的开关电路，控制开关电路的输出电压大小，PWM波的占空越大，输出电压越大；此输出电压加在金属管上，金属管发热给热水储水箱中的热水加热，电压越大加热的功率越大；热水储水箱内有的温度传感器和液压传感器将热水储水箱内的水量和热水的温度采集并传给MSP430单片机，当热水储水箱内水量过少则控制热水储水箱与外界相连的PVC管道上的电子阀门打开，流入冷水，当热水箱内水量过多则控制热水储水箱与外界相连的PVC管道上的电子阀门关闭；当判断出热水箱内水温升高到温度上限，则控制加热单元停止加热，当水箱内的温度降低到温度下限，则控制加热单元满功率加热，使得热水箱内的热水保持在合适的温度和水量；
3)调节环节
每当用户输入其要求的水温t0和水流量c0时，单片机MSP430便能够读取到输入的值，热水储水箱内的温度传感器将热水的温度t1输入MSP430单片机，一号混合池与外界连通的PVC管道内的温度传感器将冷水t2的温度输入MSP430单片机，单片机根据这两个温度和用户设定的温度和水流量控制一号混合池与外界相连的PVC管道上电子阀门开度x1,热水储水箱与一号混合池相连的PVC管道上电子阀门开度x2，两个开度满足下列公式：
求解可以得到
一号混合池是为了让热水和冷水充分混合，经过混合后的热水流入了二号混合池中，二号混合池内的温度传感器将二号混合池内热水的温度传给MSP430，当二号混合池内的热水温度与用户设定的温度相差在一定范围内，则MSP430控制二号混合池与出水储水箱相连的PVC管道上的电子阀门打开，使温度适宜的热水流入出水储水池，否则打开二号混合池与回流水储水箱相连的PVC管道上的电子阀门；当系统检测到当二号混合池内的热水温度与用户设定的温度相差超过一个较小的值，MSP430采用PID控制算法调节x1和x2,直到二号混合池内的热水温度与设定的温度差值在设定范围内；当MSP430通过储水箱内的液压传感器检测到其内水量达到设定值，便开始打开出水储水箱与外界相通的PVC管道上的电子阀门。
附图说明
图1为基于PID调节的节水型智能温控热水器的单元结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于PID调节的节水型智能温控热水器包括：热水箱外壳、储水单元、中枢控制单元、交互单元、输送单元、检测单元、流向单元、加热单元、动力单元；
所述的热水箱外壳采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料；所述的交互单元设置在热水箱外壳上；所述的加热单元设置在储水单元内，所述的流向单元、动力单元设置在输送单元内；所述的储水单元、输送单元、中枢控制单元、检测单元设置在热水箱外壳内；储水单元与输送单元互联，中枢控制单元与加热单元、检测单元，交互单元、流向单元相连，检测单元分别与储水单元、输送单元相连。
优选的，所述的输送单元为PVC管道。所述的流向单元为电子阀门。
优选的，所述的储水单元为三个储水箱和两个混合池；三个储水箱包括热水储水箱、回流水储水箱、出水储水箱；两个混合池包括一号混合池和二号混合池；热水储水箱通过输送单元、流向单元再与一号混合池相连；一号混合池通过流向单元与二号混合池相连；二号混合池通过输送单元、流向单元分别与回流水储水箱、出水储水箱相连；回流水储水箱通过动力单元、输送单元、流向单元与热水储水箱相连；热水储水箱、一号混合池、出水储水箱通过输送单元、流向单元与外界连接；热水储水箱的外壳采用内部填塞海绵的双层丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料外壳。
优选的，所述的动力单元为水泵。
优选的，所述的检测单元为温度传感器和液压传感器；温度传感器分别设置在热水储水箱、二号混合池以及一号混合池与外界相连的PVC管道内；液压传感器分别设置在热水储水箱、出水储水箱、回流储水箱内。
优选的，所述的交互单元为键盘、显示屏、按钮、指示灯和旋钮。
优选的，所述的中枢控制单元为MSP430单片机及其外围电路。
优选的，所述的加热单元为金属管和开关电路；加热单元和中枢控制单元相连。
所述的基于PID调节的节水型智能温控热水器的温控方法，其特征在于包括如下步骤：1)设备初始化
接通电源对加热单元、中枢控制单元、交互单元、动力单元、检测单元进行供电；通过按下按钮启动加热，通过键盘或者旋钮输入用户的设定值，设定值包括热水的温度和出水水流的大小，中枢控制单元进行工作；
2)加热环节
中枢控制单元控制加热单元对热水储水箱内的水进行加热，MSP430单片机输出PWM波至加热单元的开关电路，控制开关电路的输出电压大小，PWM波的占空越大，输出电压越大；此输出电压加在金属管上，金属管发热给热水储水箱中的热水加热，电压越大加热的功率越大；热水储水箱内有的温度传感器和液压传感器将热水储水箱内的水量和热水的温度采集并传给MSP430单片机，当热水储水箱内水量过少则控制热水储水箱与外界相连的PVC管道上的电子阀门打开，流入冷水，当热水箱内水量过多则控制热水储水箱与外界相连的PVC管道上的电子阀门关闭；当判断出热水箱内水温升高到温度上限，则控制加热单元停止加热，当水箱内的温度降低到温度下限，则控制加热单元满功率加热，使得热水箱内的热水保持在合适的温度和水量；
3)调节环节
每当用户输入其要求的水温t0和水流量c0时，单片机MSP430便能够读取到输入的值，热水储水箱内的温度传感器将热水的温度t1输入MSP430单片机，一号混合池与外界连通的PVC管道内的温度传感器将冷水t2的温度输入MSP430单片机，单片机根据这两个温度和用户设定的温度和水流量控制一号混合池与外界相连的PVC管道上电子阀门开度x1,热水储水箱与一号混合池相连的PVC管道上电子阀门开度x2，两个开度满足下列公式：
求解可以得到
一号混合池是为了让热水和冷水充分混合，经过混合后的热水流入了二号混合池中，二号混合池内的温度传感器将二号混合池内热水的温度传给MSP430，当二号混合池内的热水温度与用户设定的温度相差在一定范围内，一般可取±1.5℃，则MSP430控制二号混合池与出水储水箱相连的PVC管道上的电子阀门打开，使温度适宜的热水流入出水储水池，否则打开二号混合池与回流水储水箱相连的PVC管道上的电子阀门；当系统检测到当二号混合池内的热水温度与用户设定的温度相差超过一个较小的值，一般为±0.2℃时，MSP430采用PID控制算法调节x1和x2,直到二号混合池内的热水温度与设定的温度差值在设定范围内；当MSP430通过储水箱内的液压传感器检测到其内水量达到设定值，便开始打开出水储水箱与外界相通的PVC管道上的电子阀门。