智能调节装置的制作方法

1.本发明涉及调节装置技术领域，更具体地说，涉及一种智能调节装置。


背景技术：

2.调节装置在人们的日常生活中以及一些工业生产中应用都是非常的广泛。在日常生活中，人们使用热水器时，会根据实际的温度需求，需要将热水与冷水按照一定比例混合得到不同温度的水；在工业生产中，需要进行流体混合时，如农业中的农药混合，工业中的恒温水，等比例或恒酸碱度混合的场景。
3.目前，传统的调节装置包括第一种为常见的家用水龙头混水阀，此混水阀分三个通道，分别是冷水、热水、出水端。使用者会根据实际需要的温度进行手动左右调节，当水温比预期高时，需要加大冷水进量，当水温比预期低时，需要加大热水进量。直到符合使用者要求时，调节水温过程结束。但是这种调节装置属于最普遍的混水阀，采用最原始的控制手段，简单的实现了冷热水的混合，水温控制只能通过身体去进行感受水温，从而调节到身体相对舒服的温度进行使用，其调节精度。使用者在使用时，调节水温的过程较为繁琐，反复调节阀门的角度，总是出现水温与预期不符合的情况。而且，随着热水器中水温变化，当阀门不动时，出水温度必定变化，此时使用者又需重新调节到合适角度；当调节过程中，如果热水水温过高，使用者使用不当，容易出现烧伤烫伤的情况，这种调节装置存在一定的安全隐患。第二种为水流恒温控制调节装置，这种调节装置功率普遍在3000w左右，功耗很大，不具有节能环保的理念；为直接加热式恒温控制，其中加热水路为螺旋式管路，容易导致水垢沉积，且十分不易清理；目前只针对水龙头应用场景，没有淋浴恒温混水阀相关产品；出水流量较少，流量大会造成无法及时加热或需要更大的功率，对电路造成挑战。第三种为机械恒温控阀门，左侧为热水进口，右侧围凉水进口，上端为出水口，右端为水温调节阀门。此阀门设计任然是纯机械式的水温控制；可以依靠水温调节阀门旋转位置，机械式的记忆水温混合比例，但是当水温发生变化的时候，此种记忆温度显然是不准确的；当不同使用者使用此混水阀时，所需要的温度不同，必然需要调节混水阀，则原使用者再次使用时，仍需要重新调节水温调节阀门。所以不同的人使用时都需要重新调节，不具备多人记忆模式。第四种为混合阀，可以手动控制也可以通过电机进行控制，但没有信号反馈，只能通过电机代替人工动力进行旋转。通过目视机械显示表进行控制，无法做到高精度控制，常用于常开与常关。无探头进行数据反馈进行自动化控制。这种混合阀为电机控制，只能代替人工进行开合管，长使用于只开其中两个，使第三个口关闭。无法对混合的流体进行精度的管理，也无反馈机制，只有粗糙的机械表盘说明开关度数；无法根据需求通过电子输入实现根据需求自动控制到所需要的温度或者酸碱度。第五种为只针对单通道根据流量进行控制，开关状态为常开与常关，系统只能通过定时与定量进行控制，其控制核心为根据流速与时间计算流量体系。当达到流量体积则关闭。但无法进行流速控制只能做到监测。这种调节装置只能设定参数实现，定时与定量开关；无法进行流速动态调节；只能进行监测，当流出量达到要求，则可以实现自动关闭的功能，无法实现多路混合；只能对单路实现控制，无法实现多路流体
混合中的控制；无法实现对温度以及酸碱等流体混合的比例控制功能。
4.因此，如何解决现有技术中调节装置的功能单一以及无法实现自动控制的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供智能调节装置以解决现有技术中调节装置的功能单一以及无法实现自动控制的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供了智能调节装置，包括：
8.底座本体；
9.控制装置，所述控制装置固定在所述底座本体上；
10.驱动装置，所述驱动装置固定在所述底座本体上，并且所述驱动装置与所述控制装置电连接；
11.调节组件，所述调节组件固定在所述底座本体上，并且所述调节组件与所述驱动装置传动连接；
12.流动组件，所述流动组件包括至少两个进料管、一个出料管以及设置在所述进料管与所述出料管之间的调节阀，所述出料管通过所述调节阀与各个所述进料管相连通，并且所述调节阀与所述调节组件传动连接；
13.传感器组件，所述进料管以及所述出料管上至少设置有一个所述传感器组件，并且所述传感器组件与所述控制装置信号连接。
14.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
15.进一步的，所述调节组件包括与所述驱动装置传动连接的第一传动轮、与所述调节阀传动连接的第二传动轮以及传动连接在所述第一传动轮与所述第二传动轮之间的传动带，所述第一传动轮与所述第二传动轮平行并排设置。
16.进一步的，还包括固定连接在所述第二传动轮中心位置处的拨杆，并且所述拨杆设置在远离所述调节阀的一侧。
17.进一步的，还包括固定在所述底座本体上的两个光电开关，两个所述光电开关分别位于所述拨杆的两侧，并且两个所述光电开关均与所述控制装置电连接。
18.进一步的，还包括用于将所述驱动装置进行固定的固定座，所述固定座固定在所述底座本体上。
19.进一步的，所述驱动装置为步进电机或者为伺服电机。
20.进一步的，所述底座本体的端面上设置有多个通孔，并且各个所述通孔沿着所述底座本体的边缘周向进行设置。
21.进一步的，所述传感器组件为温度传感器或者为压力传感器或者为流量传感器。
22.进一步的，所述控制装置包括固定在所述底座本体上的主控板以及与所述主控板电连接的显示屏。
23.进一步的，所述底座本体的材质为钢。
24.本技术提供的技术方案包括以下有益效果：
25.本发明提供的技术方案中，智能调节装置，包括底座本体、控制装置、驱动装置、调节组件、流动组件以及传感器组件，控制装置固定在底座本体上，驱动装置固定在底座本体上，并且驱动装置与控制装置电连接；调节组件固定在底座本体上，并且调节组件与驱动装置传动连接；流动组件包括至少两个进料管、一个出料管以及设置在进料管与出料管之间的调节阀，出料管通过调节阀与各个进料管相连通，并且调节阀与调节组件传动连接；各个进料管以及出料管上均设置有传感器组件，并且各个传感器组件均与控制装置信号连接。如此设置，本实施例中一个进料管用于供热水进行通过，另一个进料管用于供凉水进行通过。控制装置能够控制驱动装置的启动或者关闭，驱动装置启动后，驱动装置带动第一传动轮转动，此时的第一传动轮为主动轮；转动的第一传动轮通过传动带再带动第二传动轮进行转动，此时的第二传动轮为从动轮；转动的第二传动轮驱动调节阀的阀轴旋转，由于调节阀设置在进料管与出料管的交汇处，因此一个进料管的热水与另一个进料管的凉水通过调节阀进行混合，在调节阀混合后的液体最后通过出料管流出。本实施例中的调节装置机械结构巧妙、实用、合理；而且通过控制装置来控制调节阀，能够实现恒温供水、恒比例液体混合以及恒酸碱度，使调节装置的功能更加多样化，使用的范围更加广泛；从而解决了现有技术中调节装置的功能单一以及无法实现自动控制的问题。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例中智能调节装置的主视图；
28.图2是本发明实施例中智能调节装置的右视图；
29.图3是本发明实施例中智能调节装置中水温控制方法流程示意图。
30.附图标记：
31.1、底座本体；2、控制装置；3、驱动装置；4、进料管；5、出料管；6、调节阀；7、传感器组件；8、第一传动轮；9、第二传动轮；10、传动带；11、拨杆；12、光电开关；13、固定座；14、通孔。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
33.本具体实施方式的目的在于提供智能调节装置，从而解决了现有技术中调节装置的功能单一以及无法实现自动控制的问题。
34.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
35.请参阅图1-图3，本实施例提供了智能调节装置，包括底座本体1、控制装置2、驱动装置3、调节组件、流动组件以及传感器组件7，控制装置2固定在底座本体1上，驱动装置3固定在底座本体1上，并且驱动装置3与控制装置2电连接；调节组件固定在底座本体1上，并且调节组件与驱动装置3传动连接；流动组件包括至少两个进料管4、一个出料管5以及设置在进料管4与出料管5之间的调节阀6，出料管5通过调节阀6与各个进料管4相连通，并且调节阀6与调节组件传动连接；各个进料管4以及出料管5上均设置有传感器组件7，并且各个传感器组件7均与控制装置2信号连接；进料管4的数量可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中进料管4的数量优选为两个，一个进料管4用于进热水，另一个进料管4用于进凉水；本实施例中调节阀6优选为混合阀，混合阀就是一个阀门，混合冷热水、及其他不同流体的。其实阀门本身是不对流体进行加热，酸碱度变化等性质进行操作，只是接了不同流体输入管道，只起到了混合的作用。分为手动机械调节式和自力式恒温式。
36.如此设置，本实施例中一个进料管4用于供热水进行通过，另一个进料管4用于供凉水进行通过。控制装置2能够控制驱动装置3的启动或者关闭，驱动装置3启动后，驱动装置3带动第一传动轮8转动，此时的第一传动轮8为主动轮；转动的第一传动轮8通过传动带10再带动第二传动轮9进行转动，此时的第二传动轮9为从动轮；转动的第二传动轮9驱动调节阀6的阀轴旋转，由于调节阀6设置在进料管4与出料管5的交汇处，因此一个进料管4的热水与另一个进料管4的凉水通过调节阀6进行混合，在调节阀6混合后的液体最后通过出料管5流出。本实施例中的调节装置机械结构巧妙、实用、合理；而且通过控制装置2来控制调节阀，能够实现恒温供水、恒比例液体混合以及恒酸碱度，使调节装置的功能更加多样化，使用的范围更加广泛；从而解决了现有技术中调节装置的功能单一以及无法实现自动控制的问题。
37.作为可选的实施方式，调节组件包括与驱动装置3传动连接的第一传动轮8、与调节阀6传动连接的第二传动轮9以及传动连接在第一传动轮8与第二传动轮9之间的传动带10，第一传动轮8与第二传动轮9平行并排设置。本实施例中第一传动轮8、第二传动轮9以及传动带10可以根据具体的使用环境进行设定，比如，当第一传动轮8以及第二传动轮9均为皮带轮，则此时传动带10应为皮带；当第一传动轮8以及第二传动轮9均为链轮，则此时传动带10应为链条。
38.更具体的实施方式，还包括固定连接在第二传动轮9中心位置处的拨杆11，并且拨杆11设置在远离调节阀6的一侧。如此设置，第二传动轮9的转动能够带动拨杆11进行运动，拨杆11对调节阀6起到了限位的作用。
39.更具体的实施方式，还包括固定在底座本体1上的两个光电开关12，两个光电开关12分别位于拨杆11的两侧，并且两个光电开关12均与控制装置2电连接。如此设置，其中一个光电开关12为零点位置光电开关，另一个光电开关12为极限位置光电开关；当拨杆11位于零点位置的光电开关12时，此时光电开关12会将零点位置的信号反馈给控制装置2，控制装置2再进行相应的处理；当拨杆11位于极限位置的光电开关12时，此时光电开关12会将极限位置的信号反馈给控制装置2，控制装置2再进行相应的处理。
40.作为可选的实施方式，还包括用于将驱动装置3进行固定的固定座13，固定座13固定在底座本体1上。如此设置，通过固定座13能够将驱动装置3牢固的固定在底座本体1上，保证驱动装置3在运行过程中的稳定性。
41.作为可选的实施方式，本实施例中驱动装置3可以为步进电机，也可以为伺服电机；步进电机或者伺服电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。如此设置，本实施例中采用步进电机或者伺服电机作为执行机构来驱动调节阀6，使得控制更加精细化，能够实现精准的阀门开关角度控制，更加精准地控制水温。
42.作为可选的实施方式，底座本体1的端面上设置有多个通孔14，并且各个通孔14沿着底座本体1的边缘周向进行设置。如此设置，本实施例中的通孔14起到了安装孔的作用，用于供螺栓或者螺钉进行贯穿，螺栓或者螺钉通过贯穿通孔14，能够实现将本产品安装在墙面上。
43.作为可选的实施方式，传感器组件7可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中的传感器组件7可以为温度传感器或者为压力传感器或者为流量传感器等；传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。如此设置，当智能调节装置用于热水器时，本实施例中的传感器组件7优选为温度传感器，当智能调节装置用于工业生产中，为了实现等比例或恒酸碱度混合的场景，本实施例中的传感器组件7优选为流量传感器；本实施例中传感器组件7优选为ntc温度传感器；ntc是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系ntc热敏电阻材料。
44.作为可选的实施方式，控制装置2包括固定在底座本体1上的主控板以及与主控板电连接的显示屏。如此设置，本实施例中采用stm32f373c8t6单片机为核心，软件上基于freertos实时操作系统，搭建嵌入式软件；在人机交互方面采用按键与旋钮结合，使得操作简单明了；采用oled或液晶屏屏幕进行信息输出，运行状态一目了然，能够为用户达到良好的使用体验。
45.作为可选的实施方式，底座本体1的材质可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中底座本体1的材质优选为钢。如此设置，钢的强度大，能够承受较大的载荷，而且钢的
成本低廉，进一步降低了装置的制造成本。
46.前述实施例中的智能调节装置在进行温度控制时基于以下方法实现：
47.以此家用水温控制装置的整个实现过程为例子，介绍说明本装置如何实现全自动的水温控制、输出流程：
48.第一步，仪器上电初始化。包括屏幕信息显示、从外部eeprom中读取温度设定值、温度阈值、工作模式等相关配置信息。
49.第二步，故障检测。故障检测主要包括：零点位置光电开关检测、温度异常、温度传感器检测、极限位置光电开关检测。零点、极限位置光电开关主要是用来判断步进电机在机械结构上的是否运动到了极限位置，如果零点或极限位置光电开关没有检测到，说明电路中存在一定问题，应及时停止设备运行。传感器检测主要是检测传感器是否正常，如果传感器异常，则不能有效地读取当前液体状态，也应立即停止设备，避免液体状态(如水温)对使用者造成不适。
50.第三步，判断是否发生了人机交互，刷新屏幕信息。人机交互主要是指使用者是否进行了温度设定操作、是否进行了相关的选菜单选择操作、是否工作模式改变、是否有温度更新、是否有异常情况发生等。当cpu判断到有人机交互发生后，立即执行更新屏幕的指令，使人机交互具有实时性显示，达到友好的人机互动。
51.人机交互多种种情况：(以水温控制为例)
52.是否设置为冷、热水状态。当设置为凉水与热水状态的时候，需要在人机交互界面对使用者进行提示，避免由于热水造成对使用者的烫伤，避免凉水对使用者造成身体不适，当设置为凉水或热水状态的时候，不需要pid算法对水温进行调节，只需将步进电机将混水阀门打开至纯热水或纯凉水状态，即零点或者极限位置。零点位置代表纯热水，极限位置代表纯凉水。因此，这种情况下可以对步进电机关闭，这样可以减少功率输出，降低功耗。
53.是否改变了温度设定值。温度设定可以根据菜单选择，默认可以有3个温度设定，使用者可以任意选择温度设定1、温度设定2、温度设定3。温度设定主要是针对不同使用者对水温的不同喜好，无需每次使用时都重新调升水温。
54.是否有报警情况发生。cpu读取温度之后，会根据温度报警阈值进行判断，如果当前温度超过高温报警阈值、或者低于低温报警阈值，则开启声光报警，提示使用者。
55.(四)如果为自适应模式，读取当前的ntc阻值，将阻值转化为温度值，与设定值进行比较。计算出误差ek。然后根据ek，累加迭代，进行离散化pid计算，的分别计算出比例、积分、微分部分，根据三部分得到pid算法输出。如为混合模式：则读取当前ntc阻值，将阻值转化为温度值，与设定值进行比较。如存在误差则根据输出端的ntc阻值或温度值，在码表内搜寻对应温度的码表位置，并根据对应位置调节电机位置，如位置仍然输出温度无法满足则启用自适应模式。
56.在pid算法中，主要包含三大部分：比例计算、积分计算、微分计算。
57.比例部分
58.k
p
e(t)
59.比例作用是对系统瞬间产生的温度偏差(温度设定值与当前温度值)进行快速修正，只有比例部分时输出的水温仍然会有静态误差。温度偏差一旦产生，cpu立即产生控制作用，使输出的控制量向减小温度偏差的方向进行。
60.积分部分
[0061][0062]
积分作用是消除系统偏差，补偿系统的静态误差，只要当前温度值与温度设定值存在误差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差零时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。
[0063]
积分环节的调节作用虽然会消除当前温度与设定温度的静态误差，但也会降低温度调节的响应速度，增加温度调节过程的超调量。ti为积分常数，当积分常数越大，积分的积累作用越弱，在温度调节、温度稳定过程中不会产生振荡，但是增大ti，会减慢静态误差的消除过程，减小当前温度值与温度设定值之间差值的时间也会边长，但可减小温度超调量，提高温控稳定性。当ti较小时，则积分作用较强，温蒂稳定过程中温度值有可能产生振荡，但消除温度偏差所需的时间较短，所以必须根据实际控制的具体要求来确定ti。
[0064]
微分部分
[0065][0066]
微分部分作用是加快温度调节过程，阻止温度偏差的变化，当温度偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使温控系统趋于稳定。当td越大时，则它抑制温度偏差变化的作用越强；td越小时，则它反抗偏差变化的作用越弱，微分部分显然对系统稳定有很大的作用。
[0067]
本发明采用的是单片机作为核心cpu。单片机控制是一种采样控制，根据集散时间对温度进行采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，而不能像模拟控制那样连续输出控制量，进行连续控制，因此针对单片机的控制特点，必须对水温控制进行离散化pid控制处理。
[0068]
离散化处理的方法为：以t作为采样周期，作为采样序号，则离散采样时间对应着连续时，用矩形法数值积分近似代替积分，用一阶后向差分近似代替微分，可作如下近似变换：
[0069]
t≈kt(k＝0,1,2,3.......)
[0070][0071][0072]
上式中，为了表示的方便，将类似于e(kt)简化成e(k)等。将此公式代入，可以得到离散的pid表达式为：
[0073][0074]
[0075]
上面两个式子意思一样，称为全量式或位置式pid控制算法。
[0076]
其中：
[0077]
k表示采样序号，k＝0，1，2
……
；
[0078]
uk表示第k次采样时刻的计算机输出值；
[0079]ek
表示第k次采样时刻输入的偏差值；
[0080]ek-1
表示第k-1次采样时刻输入的偏差值；
[0081]ki
表示积分系数，
[0082]
kd表示微分系数，
[0083]
如果采样周期足够小，则上面的两式的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。
[0084]
(五)第五步，将pid的输出或码表伺服电机位置输出，转化为步进电机前进，或者后退的步数，通过电机驱动混水阀，就可以使混水阀阀门的开合角度改变，因此改变冷热水的混合比例，从而改变输出水的温度，实现了温度改变。
[0085]
(六)第六步，循环执行。此操作识别是否有人际交互产生。读取温度设定值，读取当前温度值，误差计算，pid计算，步进电机驱动，阀门角度调节。
[0086]
(七)第七步，结束。是否过程结束判断，如果过程结束，则停止控制流程。
[0087]
本发明通过控制机械式恒温阀，实现恒温供水、恒比例液体混合、恒酸碱度的装置。通过单片机或电脑，采集三个探头的数据，采用离散pid控制算法及量表算法，对输出的液体实现其控制特性恒定输出。如单独启用pid算法则只需要出口单一传感器(出水口)，如采用量表则使用两个进口(热水口与凉水口)的传感器，如采用混合算法则三个传感器一起使用。单片机或电脑通过采集三个探头的数据，运用算法或量表实现对输出
[0088]
另外，本发明集合了算法，与机械式混合方案，采用嵌入式软硬件系统，具有良好的人机交互界面，控制所需状态(如温度、酸碱度、混合比例)精准、实用，可实现多种状态(如温度、酸碱度、混合比例)切换，无需要重复调试。
[0089]
例如：家用液态混合阀以32位arm单片机作为cpu，采用离散pid控制算法及量表算法，ntc10k热敏电阻为温度传感器，对水温输出进行精准控制。
[0090]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0091]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。