一种淋浴器水温和流量的检测控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，属于检测与控制技术领域；它由温度检测模块、流量检测模块、水温流量控制模块、触摸屏、数据存储器和单片机组成；实现了对浴室温度、淋浴器出水温度、淋浴器出水流量的实时检测，将采集到的浴室温度与预设淋浴器出水温度进行处理得出淋浴器的目标出水温度；将采集到的淋浴器实际出水温度和淋浴器的目标出水温度比较得出水温度偏差；将采集到的淋浴器出水流量与预设淋浴器出水流量进行比较得出淋浴器出水流量偏差；将淋浴器的出水温度偏差和出水流量偏差进行处理，得出控制信号，进而控制冷、热电磁阀对冷、热水的水流量进行调节，实现淋浴器的出水温度和出水流量的闭环控制，保证淋浴器的出水温度和出水流量始终保持在人体舒适的温度区间。
【专利说明】
-种淋浴器水溫和流量的检测控制系统
技术领域
[0001] 本发明提供一种淋浴器水溫和流量的检测控制系统，属于检测与控制领域。
【背景技术】
[0002] 淋浴的水溫和流量是影响洗浴效果及使用舒适度两个重要因素。目前淋浴的水溫 和流量控制基本靠使用者凭借感觉进行调节，使用过程中还需要进行其它动作（如擦沐浴 露）而将水关闭，则需要重新对水溫和流量进行调节，运些情况会不仅会影响洗浴的舒适 度，还会造成时间浪费和水资源浪费。
[0003] 已申请的中国专利CN103808014A的一种淋浴水溫自动控制装置:包括热水管和冷 水管和立联水龙头，热水管和冷水管上分别安装有热水电磁阀和冷水电磁阀，混合出水管 的进水口处设置有热敏电阻，热敏电阻和可变电阻串联后与电源连接形成闭环回路，实现 了淋浴水溫的闭环控制。本发明直接在凉水和热水混合处测得水溫，对淋浴用水的溫度调 节比较及时，避免了因调节滞后对使用者造成伤害。
[0004] 已申请的中国专利CN104930716A的一种智能淋浴系统及其控制方法:实时感测当 前淋浴环境溫度，根据所述淋浴环境溫度设定值执行淋浴环境溫度调节操作W保证淋浴环 境溫度的恒定。同时，实时感测当前淋浴水溫，根据所述淋浴水溫设定值执行淋浴水溫调节 操作W保证淋浴水溫的恒定。该发明通过水溫调节和浴室溫度调节，使洗浴过程中水溫和 浴室溫度保持恒定，不会出现常见刚要去洗浴时浴室比较冷而洗浴后浴室却比较闷热的现 象，提高人体在洗浴时的舒适度
[0005] 已发表论文(汪方协，陈德为，杨戴斌煌.淋浴房水溫系统的单片机控制[J]，机电 技术.2012，（4): 28-31.):淋浴房水溫系统的单片机控制，应用STC89C52RC单片机对淋浴房 阀口出水水溫进行控制。使用者可W预先设置好所需的淋浴水溫，然后单片机系统通过与 DS18B20传感器采集到的实时水溫进行比较，控制两个步进电机的正反转来控制冷热水阀 阀口的开关状态，使水溫向用户所需的溫度值逼近，从而解决淋浴系统中水溫的控制问题。
[0006] W上发明解决了淋浴溫度的自动控制问题，淋浴和浴室溫度的自动控制W及单片 机在淋浴溫度控制系统中的应用问题。但淋浴水溫随浴室溫度进行自适应调节、淋浴水溫 和流量的协同调节、淋浴器水溫和流量需要重复设置的问题仍然没有解决。
【发明内容】
[0007] 针对W上问题，本发明设计了水溫和流量的检测控制系统，只需输入预期的水溫 和流量便能获得相应的溫度和流量，可W实现水溫和流量的实时检测和协同控制，且可W 根据浴室溫度对淋浴的出水溫度进行调节。此外，该系统具有自动存储功能，使用者只需在 初次使用时进行溫度和流量设置，W后使用时直接调用即可。
[000引所述淋浴器水溫和流量的检测控制系统由溫度检测模块、流量检测模块、水溫流 量控制模块、触摸屏、数据存储器和单片机组成;单片机分别与触摸屏和数据存储器相连， 可W实现数据的双向传输。
[0009] 溫度检测模块将采集到的浴室溫度与预设淋浴器出水溫度进行处理，根据淋浴器 的目标出水溫度与预设淋浴器出水溫度和浴室溫度的关系
X为预设淋浴器 出水溫度，Y为浴室溫度，Z为目标出水溫度。）得出淋浴器的目标出水溫度。将采集到的淋浴 器实际出水溫度和目标出水溫度比较得出水溫度偏差。流量检测模块将采集到的淋浴器实 际出水流量与预设淋浴器出水流量进行比较得出淋浴器出水流量偏差。水溫流量控制模块 对溫度偏差信号和流量偏差信号进行处理获得控制命令，并执行控制命令，实现对淋浴器 的出水溫度和出水流量的闭环控制。
[0010] 所述溫度检测模块可W结合浴室溫度检测结果对预设淋浴器出水溫度进行微调， 得出令使用者更加舒适的淋浴目标出水溫度。根据测得的淋浴实际出水溫度与目标出水溫 度的偏差产生控制信号。
[0011] 溫度检测模块包括水溫传感器、浴室溫度传感器、信号放大器和A/D转换器。水溫 传感器对淋浴器出水溫度进行测量，浴室溫度传感器对浴室溫度进行测量，水溫传感器和 浴室溫度传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号放大器输出端与A/D转换器输入端 相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连。
[0012] 所述流量检测系统能够实时检测淋浴实际出水流量，并将检测结果和预设流量进 行比较得到用于产生控制命令的偏差信号。
[0013] 流量检测模块包括流量传感器、信号放大器和A/D转换器;流量传感器对淋浴器出 水流量进行测量，所述流量传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号放大器输出端与 A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连。
[0014] 所述水溫流量控制模块可W根据检测结果对水溫和流量进行协同控制，可W同时 调整淋浴出水溫度和流量，也可W只调节淋浴出水溫度或只调节淋浴出水流量。
[0015] 水溫流量控制模块包括冷水管、热水管、混合水管、电磁阀、继电器、D/A转换器、冷 水供应装置、热水供应装置;冷水管一端与混合水管入口相连，另一端与冷水供应装置相 连;热水管一端与混合水管入口相连，另一端热水供应装置相连;冷、热水管上都装有电磁 阀，电磁阀的控制端和继电器输出端相连，继电器输入端与D/A转换器的输出端相连，D/A转 换器的输入端单片机相连。
[0016] 所述的一种淋浴器水溫和流量的检测控制系统，其特征在于具有数据存储功能调 用功能，使用者只需设置一次淋浴器出水溫度和流量，将其命名并保存，当再次使用时可W 直接选择该数据，无需重复设置淋浴器出水溫度和流量。
[0017] 系统工作过程
[0018] 使用者通过触摸屏设置预设淋浴器出水溫度和预设流量或选用已设置并保存的 数据;用于浴室溫度采集的传感器所采集到的浴室溫度信号与预设淋浴器出水溫度信号经 各自通路上的A/D转换器转换为数字信号，经信号放大器放大后一起输入单片机进行数据 处理，根据预设淋浴器出水溫度、浴室溫度和目标出水溫度的关系得到淋浴器的目标出水 溫度；用于淋浴器出水溫度采集的传感器所采集到的信号经转换器转换为数字信号，经信 号放大器放大后一起输入单片机与目标出水溫度信号进行比较，得到水溫偏差信号。同时， 处理后的信号发送到触摸屏和数据存储器。
[0019] 流量传感器所采集到的淋浴器出水流量信号为模拟信号，经A/D转换器转换为数 字信号，经信号放大器放大后输入单片机与预设淋浴器出水流量信号进行比较，得到流量 偏差信号；同时，处理后的信号发送到触摸屏和数据存储器。
[0020] 单片机综合处理溫度偏差信号和流量偏差信号得到用于控制冷、热电磁阀的控制 信号，具体判定准则为:通过比较淋浴器实际出水溫度与目标出水溫度判断是否需要对水 溫进行调节，通过比较实际淋浴器出水流量和预设淋浴器出水流量判断是否需要对流量进 行调节。具体包括W下四种情况：
[0021] (1)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫相等，实际淋浴器出水流量和预设淋 浴器出水流量相等，则不需要对水溫和流量进行调节，即保持冷、热水电磁阀开口度的比例 不变和冷、热水电磁阀的总开口度不变。
[0022] (2)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫相等，实际淋浴器出水流量和预设淋 浴器出水流量不相等，则不需要对水溫进行调节，需要对流量进行调节，即在保持冷、热水 电磁阀开口度的比例不变的条件下，对冷、热水电磁阀的总开口度进行调节。
[0023] (3)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫不相等，实际淋浴器出水流量和预设 淋浴器出水流量相等，则需要对水溫进行调节，不需要对流量进行调节，即在保持冷、热水 电磁阀总开口度不变的条件下，对冷、热水电磁阀开口度的比例进行调节。
[0024] (4)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫不相等，实际淋浴器出水流量和预设 淋浴器出水流量不相等，则需要同时对水溫和流量进行调节，即同时对冷、热水电磁阀开口 度的比例和冷、热水电磁阀的总开口度进行调节。
[0025] 单片机输出端输出的数字控制信号经D/A转换器转换为模拟控制信号;控制信号 控制通过控制继电器的动作进而控制冷、热水电磁阀的开口度的比例和/或总开口度，使淋 浴的实际出水溫度为目标出水溫度，同时使冷、热水管的总流量为预设流量，实现淋浴器出 水溫度和出水流量的闭环控制。
[00%]与现有技术的区别
[0027] (1)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统的溫度检测模块由淋浴出水 溫度检测部分和浴室溫度检测部分组成，可W同时检测淋浴出水溫度和浴室溫度，通过预 先设置的浴室溫度、预设淋浴器出水溫度和淋浴器目标出水溫度的关系可W实现根据浴室 溫度对预设淋浴器出水溫度进行调整，获得淋浴目标出水溫度。通过淋浴目标出水溫度与 采集到的淋浴实际出水溫度的偏差对淋浴出水溫度进行控制，达到根据浴室溫度调整洗浴 过程中淋浴实际出水溫度的目的。
[0028] (2)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统的水溫流量控制模块的执行 部件为冷、热水管上的电磁阀，通过控制冷、热水管上的电磁阀总开口度的大小实现流量控 审IJ，通过控制冷、热水管上的电磁阀开口度的比例实现淋浴实际出水溫度的控制。所述水溫 流量控制模块能够实现在淋浴出水溫度不变的条件下调节流量、淋浴出水流量不变的条件 下调节溫度及同时调节淋浴的出水流量和溫度。
[0029] (3)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统设有触摸屏和数据存储器， 可W实现数据的输入、存储和调用。使用者只需对自己设置并保存淋浴的出水溫度和流量， 在W后的使用过程中可W直接使用该数据，解决了每次使用时重复设置淋浴出水溫度和流 量的问题。
[0030] 有益效果
[0031] (1)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统可W根据浴室溫度对设置的 淋浴出水溫度进行微调，获得目标出水溫度，提高了使用舒适度。
[0032] (2)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统可W实现对淋浴出水溫度和 出水流量的协同控制，同时也能够单独对水溫或流量进行控制。
[0033] (3)本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统具有数据存储和调用功能， 使用者只需将自己常用的水溫和流量设置并保存，在W后的使用中可W直接调取数据，无 需重复设置。
【附图说明】
[0034] 图1为系统原理图。
[0035] 图2为系统硬件图。
[0036] 图3为水溫、流量调节判定准则流程示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面通过实施例对本发明的工作原理、结构、判定准则进一步说明：
[0038] 如图1所示，为本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统的工作原理:将采 集到的浴室溫度与预设淋浴器出水溫度进行处理得出淋浴器的目标出水溫度;将采集到的 淋浴器实际出水溫度和淋浴器的目标出水溫度比较得出水溫度偏差;将采集到的淋浴器出 水流量与预设淋浴器出水流量进行比较得出淋浴器出水流量偏差;将淋浴器的出水溫度偏 差和出水流量偏差进行处理，得出控制信号，进而控制冷、热电磁阀的开口度对冷、热水的 水流量进行调节，实现淋浴器的出水溫度和出水流量的闭环控制，保证淋浴器的出水溫度 和出水流量始终保持在人体舒适区间。
[0039] 如图2所示，为本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统的硬件图：触摸屏 与单片机连接，两者之间可W双向传输数据。数据存储器与单片机连接，两者之间可W双向 传输数据。用于浴室溫度检测的传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号放大器输出 端与A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连，用于淋浴出水溫度检 测的传感器除布置位置外，其连接方式与用于浴室溫度检测的传感器相同。流量传感器对 淋浴器出水流量进行测量，所述流量传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号放大器 输出端与A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连。冷热水管均装有 电磁阀，电磁阀的控制端和继电器输出端相连，继电器输入端与D/A转换器的输出端相连， D/A的输入端单片机相连。
[0040] 如图3所示，为本发明所述的淋浴器水溫和流量的检测控制系统中水溫、流量的调 节判定准则：通过比较淋浴器实际出水溫度与目标出水溫度判断是否需要对水溫进行调 节，通过比较实际淋浴器出水流量和预设淋浴器出水流量判断是否需要对流量进行调节。 具体包括W下四种情况：
[0041] (1)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫相等，实际淋浴器出水流量和预设淋 浴器出水流量相等，则不需要对水溫和流量进行调节，即保持冷、热水电磁阀开口度的比例 不变，同时，保持冷、热水电磁阀的总开口度不变。
[0042] (1)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫相等，实际淋浴器出水流量和预设淋 浴器出水流量不相等，则不需要对水溫进行调节，需要对流量进行调节，即在保持冷、热水 电磁阀开口度的比例不变的条件下，对冷、热水电磁阀的总开口度进行调节。
[0043] (1)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫不相等，实际淋浴器出水流量和预设 淋浴器出水流量相等，则需要对水溫进行调节，不需要对流量进行调节，即在保持冷、热水 电磁阀总开口度不变的条件下，对冷、热水电磁阀开口度的比例进行调节。
[0044] (1)如果淋浴器实际出水溫度与目标出水溫不相等，实际淋浴器出水流量和预设 淋浴器出水流量不相等，则需要同时对水溫和流量进行调节，即同时对冷、热水电磁阀开口 度的比例和冷、热水电磁阀的总开口度进行调节。
【主权项】
1. 一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，所述淋浴器水温和流量的检测控制系统由 温度检测模块、流量检测模块、水温流量控制模块、触摸屏、数据存储器和单片机组成;单片 机分别与触摸屏和数据存储器相连，可以实现数据的双向传输，其特征在于:温度检测模块 将采集到的浴室温度与预设淋浴器出水温度进行处理，得出淋浴器的目标出水温度，将采 集到的淋浴器实际出水温度和目标出水温度比较得出水温度偏差;流量检测模块将采集到 的淋浴器实际出水流量与预设淋浴器出水流量进行比较得出淋浴器出水流量偏差;将淋浴 器的出水温度偏差和出水流量偏差进行处理，得出控制信号，进而控制水温流量控制模块 的冷、热电磁阀的开口度的比例和/或总开口度，对冷、热水的水流量进行调节，实现淋浴器 的出水温度和出水流量的闭环控制，保证淋浴器的出水温度和出水流量始终保持在人体舒 适区间。2. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于:所述温度 检测模块可以结合浴室温度检测结果对预设淋浴器出水温度进行微调，得出令使用者更加 舒适的淋浴目标出水温度，根据测得的淋浴实际出水温度与目标出水温度的偏差产生控制 信号;所述温度检测模块包括水温传感器、浴室温度传感器、信号放大器和A/D转换器;水温 传感器对淋浴器出水温度进行测量，浴室温度传感器对浴室温度进行测量，水温传感器和 浴室温度传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号放大器输出端与A/D转换器输入端 相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连。3. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于:温度检测 模块将采集到的浴室温度与预设淋浴器出水温度进行处理，根据淋浴器的目标出水温度与 预设淋浴器出水温度和浴室温度的关系为预设淋浴器出水温度，Y为浴室 温度，Z为目标出水温度;得出淋浴器的目标出水温度。4. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于:所述流量 检测系统能够实时检测淋浴实际出水流量，并将检测结果和预设流量进行比较得到用于产 生控制命令的偏差信号;流量检测模块包括流量传感器、信号放大器和A/D转换器;流量传 感器对淋浴器出水流量进行测量，所述流量传感器输出端与信号放大器输入端相连，信号 放大器输出端与A/D转换器输入端相连，A/D转换器输出端与单片机输入端相连。5. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于:所述水温 流量控制模块可以根据检测结果对水温和流量进行协同控制，可以同时调整淋浴出水温度 和流量，也可以只调节淋浴出水温度或只调节淋浴出水流量;水温流量控制模块包括冷水 管、热水管、混合水管、电磁阀、继电器、D/A转换器、冷水供应装置、热水供应装置;冷水管一 端与混合水管入口相连，另一端与冷水供应装置相连;热水管一端与混合水管入口相连，另 一端热水供应装置相连;冷、热水管上都装有电磁阀，电磁阀的控制端和继电器输出端相 连，继电器输入端与D/A转换器的输出端相连，D/A转换器的输入端单片机相连。6. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于:具有数据 存储功能调用功能，使用者只需设置一次淋浴器出水温度和流量，将其命名并保存，当再次 使用时可以直接选择该数据，无需重复设置淋浴器出水温度和流量。7. 如权利要求1所述的一种淋浴器水温和流量的检测控制系统，其特征在于： 使用者通过触摸屏设置预设淋浴器出水温度和预设流量或选用已设置并保存的数据； 用于浴室温度采集的传感器所采集到的浴室温度信号与预设淋浴器出水温度信号经各自 通路上的A/D转换器转换为数字信号，经信号放大器放大后一起输入单片机进行数据处理， 根据预设淋浴器出水温度、浴室温度和目标出水温度的关系得到淋浴器的目标出水温度； 用于淋浴器出水温度采集的传感器所采集到的信号经转换器转换为数字信号，经信号放大 器放大后一起输入单片机与目标出水温度信号进行比较，得到水温偏差信号，同时，处理后 的信号发送到触摸屏和数据存储器； 流量传感器所采集到的淋浴器出水流量信号为模拟信号，经A/D转换器转换为数字信 号，经信号放大器放大后输入单片机与预设淋浴器出水流量信号进行比较，得到流量偏差 信号；同时，处理后的信号发送到触摸屏和数据存储器； 单片机综合处理温度偏差信号和流量偏差信号得到用于控制冷、热电磁阀的控制信 号，具体判定准则为:通过比较淋浴器实际出水温度与目标出水温度判断是否需要对水温 进行调节，通过比较实际淋浴器出水流量和预设淋浴器出水流量判断是否需要对流量进行 调节，具体包括以下四种情况： (1) 如果淋浴器实际出水温度与目标出水温相等，实际淋浴器出水流量和预设淋浴器 出水流量相等，则不需要对水温和流量进行调节，即保持冷、热水电磁阀开口度的比例不变 和冷、热水电磁阀的总开口度不变； (2) 如果淋浴器实际出水温度与目标出水温相等，实际淋浴器出水流量和预设淋浴器 出水流量不相等，则不需要对水温进行调节，需要对流量进行调节，即在保持冷、热水电磁 阀开口度的比例不变的条件下，对冷、热水电磁阀的总开口度进行调节； (3) 如果淋浴器实际出水温度与目标出水温不相等，实际淋浴器出水流量和预设淋浴 器出水流量相等，则需要对水温进行调节，不需要对流量进行调节，即在保持冷、热水电磁 阀总开口度不变的条件下，对冷、热水电磁阀开口度的比例进行调节； (4) 如果淋浴器实际出水温度与目标出水温不相等，实际淋浴器出水流量和预设淋浴 器出水流量不相等，则需要同时对水温和流量进行调节，即同时对冷、热水电磁阀开口度的 比例和冷、热水电磁阀的总开口度进行调节； 单片机输出端输出的数字控制信号经D/A转换器转换为模拟控制信号；控制信号控制 通过控制继电器的动作进而控制冷、热水电磁阀的开口度的比例和/或总开口度，使淋浴的 实际出水温度为目标出水温度，同时使冷、热水管的总流量为预设流量，实现淋浴器出水温 度和出水流量的闭环控制。
【文档编号】G05D27/02GK106020293SQ201610328029
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】陈芊妤, 谢树运, 李医民, 王杰, 舒泽泉
【申请人】江苏大学