一种智能水温控制装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能水温控制装置与方法，该发明包括单片机、报警模块、显示模块、输入模块、记忆模块、控制模块、电源模块、测温模块，所述各个模块均与单片机连接，而且电源模块还与控制模块连接；所述控制模块还包括步进电机、步进电机驱动器、阀门。本发明利用测温模块检测温度，并由单片机做出控制策略，由控制模块同时调节冷、热两个水管的流量以控制冷热水的比例从而控制水温，无需建立精确的数学模型，在水流量、冷水温度、燃气压力等因素发生波动的情况下，仍可以使出水温度快速地达到用户所要求的温度并保持恒温。
【专利说明】一种智能水温控制装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能水温控制装置与方法。
【背景技术】
[0002] 温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用， 过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特 别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水 资源好好地利用起来。采用单片机来对水温进行控制，不仅具有控制方便、组态简单、灵活 性高、成本低廉等优点，还可以大幅度提高被控温度的技术指标。
[0003] 目前，水温控制被广泛应用于食品、医药、化工、家电等领域，水温控制系统性能的 好坏直接影响产品的品质，因此，研究水温控制技术具有十分重要的意义。但在现有的智能 水温控制系统中，当实际水温和期望的水温不一致时，有些文献中是单一调节其中的热水 或冷水管来使水温升高或降低，使水温达到期望值的时间较长，不经济；也有少量文献中是 通过比较复杂的算法模型来实现水温的调节，由于很多不确定因素的影响，水温控制系统 的精确模型很难建立起来，即便能建立起相应的精确模型，也会使编程的复杂度大大提高。 基于此，本系统提出了一种基于单片机的智能水温调节系统，同时调节冷、热两个水管的流 量，且无需建立精确的数学模型，但在水流量、冷水温度等因素发生波动的情况下，仍可以 使出水温度快速地达到用户所要求的温度并保持恒温。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，解决由于人工调节导致水压波动、水温变化或出水量改变等 引起的水温忽冷忽烫的难题，提供一种智能水温控制装置与方法。
[0005] -种智能水温控制装置，包括单片机、与单片机连接用于报警的报警模块、与单片 机连接用于显示水温的显示模块、与单片机连接用于设置水温的输入模块、与单片机连接 用于记忆上次断电现场的记忆模块、与单片机连接用于控制冷热水比例的控制模块、与控 制模块连接用于为控制模块供电的电源模块、与单片机连接用于检测水温的测温模块。
[0006] 进一步，所述单片机模块采用AT89C52,根据传感器采集到的温度并结合设定的温 度给驱动模块发送相应的控制指令。
[0007] 进一步，所述测温模块主要采用DS18B20数字温度传感器，该温度传感器装在出 水口处，来实时检测热水和冷水混合后的温度。
[0008] 进一步，所述输入模块采用独立的按键来方便地设置所需的水温。
[0009] 进一步，所述记忆模块主要采用AT24C02,用来记忆上次工作结束断电时的阀门位 置，以便再次工作通电时能在此基础上调节阀门，避免失调。
[0010] 进一步，所述控制模块主要包括步进电机、步进电机驱动器、阀门，目的根据所设 定的温度与当前冷热水混合后温度的比较结果，来控制步进电机带动水流阀门旋转从而使 水温达到设置的温度并保持，其中步进电机驱动器采用的是DQ420MA。
[0011] 进一步，所述报警模块主要使用蜂鸣器，目的是当混合水温超出50°C安全值时报 警，以防止该装置在某些应用场合中使用时产生烫伤现象。
[0012] 进一步，所述显示模块主要采用IXD1602,目的是实时显示当前水温和设置的水 温。
[0013] 进一步，所述电源模块采用24V直流稳压电源，主要负责给步进电机驱动器供电。
[0014] 一种智能水温控制方法，其特征在于，该发明方法包含以下步骤：
[0015] 步骤一：首先通过按键模块设置所需水温；
[0016] 步骤二：然后打开冷热水的阀门进行放水；
[0017] 步骤三：安装在出水口处的温度传感器感测混合后的水温并通过测温电路传送给 单片机；
[0018] 步骤四：单片机将设定的温度与检测到的实际水温进行比较，并根据比较结果来 控制步进电机进行相应的旋转，来带动冷热水阀门进行相应的转动，同时显示器会实时动 态地显示当前测得的水温；
[0019] 步骤五：当温度传感器感测到的水温与所设定的水温保持一致时，则停止步进电 机的旋转并记录其当前的位置；
[0020] 步骤六：若检测到的实际水温超过50度，则启动蜂鸣报警器进行报警，以防止发 生水温过高而导致的烫伤现象。
[0021] 效果:T总
[0022] 本发明提出了一种基于单片机的智能水温调节系统，同时调节冷、热两个水管的 流量，且无需建立精确的数学模型，但在水流量、冷水温度、燃气压力等因素发生波动的情 况下，仍可以使出水温度快速地达到用户所要求的温度并保持恒温。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明实施例提供的一种智能水温控制装置结构图；
[0024] 图2是本发明实施例提供的一种智能水温控制方法流程图；
[0025] 图3是本发明实施例提供的DQ420MA步进电机驱动器引脚图；
[0026] 图4是本发明实施例提供的步进电机脉冲图；
[0027] 图5是本发明实施例提供的DS18B20测温模块安装位置图；
[0028] 其中：1、单片机；2、报警模块；3、显示模块；4、输入模块；5、记忆模块；6、控制模 块；6-1、步进电机；6-2、步进电机驱动器；6-3、阀门；7、电源模块；8、测温模块。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0030] 图1展示了本发明的一种智能水温控制装置结构，如图所示，一种智能水温控制 装置，包括单片机1、与单片机1连接用于报警的报警模块2、与单片机1连接用于显示水温 的显示模块3、与单片机1连接用于设置水温的输入模块4、与单片机1连接用于记忆上次 断电现场的记忆模块5、与单片机1连接用于控制冷热水比例的控制模块6、与控制模块6 连接用于为控制模块供电的电源模块7、与单片机1连接用于检测水温的测温模块8。
[0031] 单片机1模块采用AT89C52,根据传感器采集到的温度并结合设定的温度给驱动 模块发送相应的控制指令。
[0032] 测温模块8主要采用DS18B20数字温度传感器，该温度传感器装在出水口处，来实 时检测热水和冷水混合后的温度。
[0033] 输入模块4采用独立的按键来方便地设置所需的水温。
[0034] 记忆模块3主要采用AT24C02,用来记忆上次工作结束断电时的阀门位置，以便再 次工作通电时能在此基础上调节阀门，避免失调。
[0035] 控制模块6主要包括步进电机6-1、步进电机驱动器6-2、阀门6-3,目的根据所设 定的温度与当前冷热水混合后温度的比较结果，来控制步进电机带动水流阀门旋转从而使 水温达到设置的温度并保持，其中步进电机驱动器采用的是DQ420MA。
[0036] 报警模块2主要使用蜂鸣器，目的是当混合水温超出50°C安全值时报警，以防止 该装置在某些应用场合中使用时产生烫伤现象。
[0037] 显示模块3主要采用IXD1602,目的是实时显示当前水温和设置的水温。
[0038] 电源模块7采用24V直流稳压电源，主要负责给步进电机驱动器供电。
[0039] -种智能水温控制方法，其特征在于，该发明方法包含以下步骤：
[0040] 步骤一：首先通过按键模块设置所需水温；
[0041] 步骤二：然后打开冷热水的阀门进行放水；
[0042] 步骤三：安装在出水口处的温度传感器感测混合后的水温并通过测温电路传送给 单片机；
[0043] 步骤四：单片机将设定的温度与检测到的实际水温进行比较，并根据比较结果来 控制步进电机进行相应的旋转，来带动冷热水阀门进行相应的转动，同时显示器会实时动 态地显示当前测得的水温；
[0044] 步骤五：当温度传感器感测到的水温与所设定的水温保持一致时，则停止步进电 机的旋转并记录其当前的位置；
[0045] 步骤六：若检测到的实际水温超过50度，则启动蜂鸣报警器进行报警，以防止发 生水温过高而导致的烫伤现象。
[0046] 图2展示了本发明的一种智能水温控制方法流程，如图所示，该流程如下 ：
[0047] S201 :开始；
[0048] S202 :读取阀门位置信息；
[0049] S203 :设置所需温度；
[0050] S204 :检测DS18B20是否正常，不正常跳转到S205,正常的话跳转到S206 ;
[0051] S205 :显不 "error" ；
[0052]S206:打开冷热水管阀门；
[0053] S207 :测量温度并显示；
[0054]S208:判断温度是否超出安全值，是的话跳转到S209,否的话跳转到S210;
[0055] S209 :启动蜂鸣器报警；
[0056] S210 :判断温度是否等于设定值，否的话跳转到S211，进而执行S212,是的话跳转 到S213;
[0057] S211:启动控制模块；
[0058] S212:记录阀门位置；
[0059] S213 :保持稳定。
[0060] 水温控制原理
[0061] 在本系统中，水温的调节采用动态循环检测的方法，当测得的水温与设定的温度 不一致时，同时启动冷热水管的电机转动。当实际水温高于设定温度时，启动冷水管所连接 的电机循环使其开大，同时启动热水管所连接的电机循环使其关小；当实际水温低于设定 温度时，启动热水管开大，同时启动冷水管关小；并通过温度传感器DS18B20实时监测混合 水温，如其与设定水温相等则停止电机循环，如其不等则继续电机循环。
[0062] 在本系统中，步进电机转动角度与水龙头阀门开度关系如表1所示。
[0063] 表 1
【权利要求】
1. 一种智能水温控制方法，其特征在于，该智能水温控制方法包含以下步骤： 步骤一：首先通过按键模块设置所需水温； 步骤二：然后打开冷热水的阀门进行放水； 步骤三：安装在出水口处的温度传感器感测混合后的水温并通过测温电路传送给单片 机； 步骤四：单片机将设定的温度与检测到的实际水温进行比较，并根据比较结果来控制 步进电机进行相应的旋转，来带动冷热水阀门进行相应的转动，同时显示器会实时动态地 显示当前测得的水温； 步骤五：当温度传感器感测到的水温与所设定的水温保持一致时，则停止步进电机的 旋转并记录其当前的位置； 步骤六：检测到的实际水温超过50度，则启动蜂鸣报警器进行报警，以防止发生水温 过高而导致的烫伤现象。
2. -种智能水温控制装置，其特征在于，该发明装置包括单片机、与单片机连接用于报 警的报警模块、与单片机连接用于显示水温的显示模块、与单片机连接用于设置水温的输 入模块、与单片机连接用于记忆上次断电现场的记忆模块、与单片机连接用于控制冷热水 比例的控制模块、与控制模块连接用于为控制模块供电的电源模块、与单片机连接用于检 测水温的测温模块。
3. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述单片机模块采用 AT89C52,根据传感器采集到的温度并结合设定的温度给驱动模块发送相应的控制指令。
4. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述测温模块主要采用 DS18B20数字温度传感器，该温度传感器装在出水口处，来实时检测热水和冷水混合后的温 度。
5. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述输入模块采用独立的 按键来方便地设置所需的水温。
6. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述记忆模块主要采用 AT24C02,用来记忆上次工作结束断电时的阀门位置。
7. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述控制模块主要包括步 进电机、步进电机驱动器、阀门，根据所设定的温度与当前冷热水混合后温度的比较结果， 来控制步进电机带动水流阀门旋转从而使水温达到设置的温度并保持，其中步进电机驱动 器采用的是DQ420MA。
8. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述报警模块主要使用蜂 鸣器，当混合水温超出50°C安全值时报警。
9. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述显示模块主要采用 IXD1602,实时显示当前水温和设置的水温。
10. 根据权利要求2所述的智能水温控制装置，其特征在于，所述电源模块采用240V直 流稳压电源，用于给步进电机驱动器供电。
【文档编号】G05D23/20GK104331104SQ201410638374
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】王缓缓, 邵开丽, 胡爱娜, 武海艳, 宫娜娜, 吴东洋, 张旭 申请人:黄河科技学院