一种基于STM32的定时变量开水器的制作方法

本实用新型涉及机械设计与自动控制领域，具体地说，涉及一种基于STM32的定时变量开水器。

背景技术：

在工矿企业、学校、图书馆、学生宿舍诸多单位均配备有开水器；市面上销售的开水器有沸腾式开水器、步进式开水器等多种开水器，但开水器或多或少均存在着以下不足:(1)日常供水量大于需求，始终处于满水位运行，从而导致电能损耗严重,存在耗电量大的情况；(2)由于其供水过多导致余量增多，而保温性能不好，导致开水器需要对过多余量的水反复多次加热，同时存在着冷热水混合加热的情况，产生不利于健康的因素；(3)开水器保温效果较差，热量散失严重，而且对这部分热量没有进行有效地循环再利用。

目前，市面上存在一种新型的即热式开水器，但这种开水器出水速度慢，不能满足集中供水的需求；同时还有一种新型的磁能定时变量开水器，这种开水器采用磁能加热，虽然省电，但是由于新的加热技术在市场上普遍反映可靠性不够高，同时售价昂贵，难以推广；该开水器定时变量供水是人为设置时间段和高、中、低水位，时间和供水准确性较低。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，克服传统热水器全部时间内满水位运行，从而造成耗电及热量的浪费问题，本实用新型提出一种基于STM32的定时变量开水器。该开水器采用多个水箱体对散失或即将散失的热量进行二次利用，根据实际需要定时变量供水，精准控制煮水量，减少功耗。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括凉水箱、煮水箱、自来水箱、储水箱、水位传感器、电磁阀、换热器、浮球阀，其特征在于采用多个水箱固定在箱体框架内，水箱之间通过电磁阀控制，箱体顶部有限压阀，箱体侧壁下部开有进水口；所述煮水箱位于自来水箱的下面，煮水箱内设有第一加热管，第一水位传感器固定在煮水箱内顶部，煮水箱用于对水进行煮沸，并将煮沸的开水注入储水箱内；煮水箱上部有两个热交换器固定在自来水箱内，通过热交换器将热量传导给自来水；所述储水箱内设有第二加热管，两个加热管横向排列间距为83mm，第二水位传感器固定在储水箱内顶部，储水箱用于储存煮水箱煮沸的开水并对其保温；所述凉水箱与所述储水箱分别位于煮水箱的下面,凉水箱与储水箱之间由单向电磁阀控制，凉水箱与储水箱底部分别有第一排水口、第二排水口；凉水箱内设有第一换热器,第一换热器一端与进水口连接,另一端与自来水箱内浮球阀连接,浮球阀用来控制阀门的开闭，自来水箱内浮球阀控制水位不低于85mm；凉水箱用于储存煮沸的开水，并对用户提供凉开水；工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样，STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间，得出注水时间与注水量，并将数据通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存；STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据，在规定的时间给水箱注入规定的水量；STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制电磁阀的导通或断开，进而控制注水与否；STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制加热与否；同时，温度传感器将读出的温度数据传回至STM32微控制器，与设定的温度进行比对决定是否加热，实现对温度闭环控制；STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD，实时地显示各模块运行状态与温度，水位参数；同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数，监控系统运行。

所述第一加热管为多个，每个加热管为750W,每两个加热管间距为75mm。

自来水箱、煮水箱、凉水箱与储水箱外部包覆聚氨酯材料，隔绝各水箱之间与外部环境的热交换。

所述第二换热器采用紫铜材料。

有益效果

本实用新型提出的一种基于STM32的定时变量开水器，采用多个水箱体进行热量再利用，根据实际需要定时变量供水，精准控制煮水量，避免了耗电及热量的浪费现象。

本实用新型定时变量开水器可减少热量散失并回收热量；开水器采用双聚能加自来水双重预热设计，在自来水注入自来水箱的过程中，管道经过凉水箱，吸收凉水箱内的余热，预热自来水并加速凉水箱内水的降温。煮水期间，蒸汽通过自来水箱内的热交换器对自来水进行预热；水箱体包覆保温材料保证热量的散失减小到最低。

本实用新型定时变量开水器可提供健康用水；开水器分时段变量供水有效地避免千滚水的产生，多箱体的设计将热水和凉水完全隔离开，避免了阴阳水的产生。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种基于STM32的定时变量开水器作进一步详细说明。

图1为本实用新型定时变量开水器结构示意图。

图2为本实用新型定时变量开水器结构侧视图。

图3为本实用新型定时变量热水器结构俯视图。

图4a、图4b为本实用新型定时变量开水器的自来水箱换热器示意图。

图5a、图5b为本实用新型定时变量开水器的水位测量电路图。

图6为本实用新型定时变量开水器的水位信息存储电路图。

图7a、图7b为本实用新型定时变量开水器的电磁阀控制电路图。

图8a、图8b为本实用新型定时变量开水器的加热控制电路图。

图9a、图9b为本实用新型定时变量开水器的温度采集电路图。

图10为本实用新型定时变量开水器的显示模块电路图。

图中

1.第一排水口 2.进水口 3.第一换热器 4.凉水箱 5.保温层 6.第一加热管7.煮水箱 8.浮球阀 9.自来水箱 10.第二换热器 11.限压阀 12.第一电磁阀13.第一水位传感器 14.第二电磁阀 15.第二水位传感器 16.储水箱 17.第二加热管18.第二排水口

具体实施方式

本实施例是一种基于STM32的定时变量开水器。

1.信息处理过程

本实施例中,选用STM32系列的STM32F103ZET6微控制器作为控制电路的核心部件。

如图5、图6所示，工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样。STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间，分析计算得出合理的注水时间与注水量，并将结果通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存，确保不因意外断电而丢失数据。

如图7、图8、图9所示，工作时，STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据，在规定的时间给水箱注入规定的水量。STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，最终控制电磁阀的导通或断开，进而控制注水与否；STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制加热与否；同时，温度传感器DS18B20通过“一线总线”形式将读出的温度传回至STM32微控制器，与设定的温度进行比对决定是否加热，对温度实现闭环控制。

如图10所示，STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD，实时地显示各模块运行状态与温度，水位相关参数；同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数，监控系统的运行。

2.工作过程

本实施例中,开水器工作过程为测量过程，供水过程，校准过程。

在测量过程，开水器自动测量用户的用水习惯，包括周期，用水量，建立用户用水的数学模型；在供水过程，开水器根据数学模型确定供水量并提前煮水，在需用时间段内注入储水箱；在供水过程同时进行校准过程，在校准过程，系统自动记录各个时间段内的用水量，并与先前的数据相结合，完善之前数学模型。

用户可根据日常实际用水情况选择测量单位供水时间和供水周期，选定之后，在其后的一个供水周期内开水器采用满水位运行状态，然后每一个单位供水时间内根据距离传感器测量用户的用水量，并记录。

测量期间，储水箱和煮水箱满水位运行，用户使用过程中第一电磁阀12,第二电磁阀14始终保持关闭状态；当储水箱水位低于预设的临界水位时，第二电磁阀14打开，将储水箱注满水，期间保证第一电磁阀12处于关闭状态。当第二电磁阀14关闭时，若煮水箱水位达到临界水位，打开第一电磁阀12将煮水箱注满水并煮开。在单位供水时间，传感器测量并记录下煮水箱和储水箱的水位，计算用户的用水量。

在测量完用户在一个周期内用水量之后，开水器按照上一周期内的供水状况，在每个单位时间内供应上一周期内对应单位时间内的用水量的1.2倍，以保证偶然用水量增大的情况下用水的供应。

当准备单位时间内供水时，煮水箱内注入相应的供水量，并根据水量计算时间，确保在供水前规定时间内烧好，以确保储水箱内的水不足时仍然有水可以供应。在下一次开始时，将煮水箱内的水注入储水箱。若在秋冬季节，凉水需求量少，可在储水箱连续烧水后，在单位供水时间之初，将储水箱内的剩余水量注入凉水箱；在春夏季节，可在每个设定时间将储水箱内的水注入凉水箱内，以保证凉水的需求。

在采集用户用水数据后，数据需要进行校准，以保证单位时间内用水量正常供应。在每单位时间供水之后，开水器会记录下该单位时间内用水量，并与上一周期内该时间段用水量进行比较，保存较大的用水量。

安装过程

本实施例中,定时变量开水器箱体外壳采用不锈钢材料加工，厚度为1.5mm，外壳体尺寸长*宽*高为460mm*560mm*670mm，箱体固定安装在框架上，各水箱箱体之间以及水箱与外壳体之间包覆有厚度为30mm的聚氨酯发泡材料作为保温层5。各水箱箱体尺寸长*宽*高分别为:自来水箱为400mm*450mm*100mm，煮水箱为400mm*450mm*170mm，储水箱为400mm*250mm*300mm，凉水箱为400mm*150mm*300mm。

煮水箱7内设置四个750W的第一加热管6，第一加热管6竖直安装、横向排列，相邻两加热管间距为75mm，第一水位传感器13固定在煮水箱7内顶部壁面上。储水箱16内安装有两个750W第二加热管17，两个横向排列的第二加热管之间间距为83mm，第二水位传感器15安装在储水箱16内顶部壁面上。煮水箱7上部有两个第二换热器10固定在自来水箱9内，两个第二换热器对称安装，第二换热器10内径为12.5mm，外径为14mm，材料为紫铜；自来水箱9内安装浮球阀8控制水位不低于85mm。煮水箱7与储水箱16、自来水箱9水箱之间分别通过第一电磁阀12、第二电磁阀14连接，储水箱16和凉水箱4之间通过单向电磁阀连接，采用DC24V控制；凉水箱4和储水箱16底部分别设有第一排水口1、第二排水口18,第一排水口1、第二排水口18分别与水龙头螺纹连接。