一种智能控温喷头及其激励式节能方法与流程

本发明涉及热水器喷头领域，具体涉及一种智能控温喷头及其激励式节能方法。

背景技术：

我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家，已经被联合国列为13个贫水国家之一。而水资源和电力资源的一大浪费源泉便是洗浴水资源浪费，造成浪费的原因有二：一是人文节水意识淡薄；二是设备本身控制、加热方式不高效带来的浪费。

中国发明专利cn104545600a公开了一种基于机器视觉和单片机的可跟踪节水控温淋浴器，将冷水和热水供给管连接调节阀门，冷水供给管经冷水阀门连接调节阀门，调节阀门连接缓存箱，导管经导管阀门连接缓存箱，缓存箱经出水阀门、出水管连接淋浴喷头；出水管设有可进行转动控制的两段柔性连接管，淋浴喷头安装有摄像头；冷水、导管和出水阀门分别连接冷水、导管、出水阀门控制电机；热水供给管安装有液体检测传感器，缓存箱安装有温度传感器、控制模块和控制显示板；核心单片机处理模块分别与各个模块和控制显示板连接，使得洗浴用水被高效地利用。

中国实用新型专利cn206478845u公开了一种电热水器，所述的储水桶设有储水腔及分别与所述储水腔相通的进水管及出水管，加热器设有设置于所述储水腔内的加热部及与电源电连接的接线端，温度检测装置设置于所述储水桶内、用于检测水温，进水电磁阀与所述进水管接通、用于控制所述进水管的关闭或打开，触发装置与所述进水电磁阀通信连接，控制器与所述温度检测装置、所述进水电磁阀及所述触发装置通信连接。

中国实用新型专利cn202485223u公开了一种节能淋浴器，在热水管内设电热元件，电热元件的一端从热水管的一端引出与电源的火线连接，电热元件的另一端从热水管的另一端引出与电源的零线连接；电热元件的外面包有绝缘层，热水管的内壁与电热元件的外面的绝缘层之间形成空心夹层；在热水管的外面设有地线连接柱。水在空心夹层中被加热，一次流经的水较少，加热速度快，散失的热较少，从而节省电能。

综上所述，现有技术中实现温度的控制，采取的方法大都是在储水桶内部进行温度测量，而不是控制喷头出水口处的温度，使用热水时，必须将管道里的冷水放出，这样的试水环节会造成大量水资源的浪费。此外，常见的淋浴喷头多采用机械控制，靠手动旋转阀门的角度改变出水温度，且转动手柄时没有温度参照，无法确定出水温度。另外虽然存在一些智能控制软件，但其大多是用来远程控制水温，并没有改进人们的节水意识。

技术实现要素：

本发明的目的在于利用两个阀门分步调温以及设置激励方法提供了一种智能控温喷头，其能实现快速调温，减少了试水时的浪费，还增强了人们的节水意识，极大的节约了水资源。

本发明的技术方案如下：

一种智能控温喷头，包括喷头本体以及与喷头本体连接的进水管，其特征在于，所述进水管靠近喷头本体处设有第一三通阀，远离喷头本体处设有第二三通阀，第一三通阀与第二三通阀通过长管道连接；

所述的第一三通阀与副热水管连通，所述的第二三通阀分别与主热水管和冷水管连通；

所述的冷水管、主热水管、长管道和喷头本体内均设有温度传感器。

本发明通过改变喷头及水管结构，通过两个阀门分步调温，调节远离喷头本体的第二三通阀可大致调温，调节靠近喷头本体的第一三通阀可精确调温，当出水温度与设定温度不同时，可调节第一三通阀实现小范围内的快速调温。

本发明的智能控温喷头能在出水口处精准控制喷头的出水温度，极大化地避免水资源的浪费，此外，由于是双阀门控制，存在反馈系统，控温更精准。

所述第一三通阀和第二三通阀为步进电机驱动阀或电磁阀。

所述智能控温喷头的具体控温步骤为：

(1)用户设定温度后，温度传感器测定冷水管中的冷水温度t1和主热水管中热水温度t2，将t1，t2传送至单片机，单片机经过计算后，控制第二三通阀的热水和冷水的进水量，完成初步控温；

(2)温度传感器继续测定长管道中水温t3和出水温度t4并传送至单片机与设定温度相比较，单片机经过计算后，控制第一三通阀的进水量；延时后再次对长管道中水温t3和出水温度t4进行测定，直至出水温度t4与设定温度的误差小于设定值，即完成控温。

步骤(2)中，所述的延时的具体时间为0.5～2s；所述的设定值为0.5℃。

所述的喷头本体内设有流量传感器。

一种采用上述设有流量传感器的智能控温喷头的激励式节能方法，包括以下步骤：

(1)先设定用户用水限额；

(2)再通过流量传感器实时采集用户用水量；

(3)将用户用水量与用水限额比较，当用户用水量低于用水限额时，给予数字货币奖励，并通过wifi模块与app建立联系，用户即可用所获数字货币在app上进行线上交易以及兑换礼品；另外还可与第三方水资源交易平台取得合作，适当降低用户此部分水费；当用户用水量超过用水限额时，超出限额部分用户需另行购买用水量。

所述的用户用水限额根据历史用户用水量统计数据以及全国平均用水量进行实时调整。用水限额的准确确定对于整个系统尤为关键，用水限额过低，会使得影响用户正常生活，并使其需不断购买用水量；而用水限额过高，则会使用户频繁获得大量奖励，影响公平。

本发明的激励方法通过在喷头上设有流量传感器实时采集用户的用水量，将用户用水量与设定好的用水限额比较，当用户用水量低于用水限额时，给予数字货币奖励，通过奖励机制，以节约就是赚钱的方法增强了人们的节约意识。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明采用控温喷头，能在出水口处精准控制喷头的出水温度，极大化地避免水资源的浪费，并在喷头处进行数据采集，便于收集客户的用水数据，为客户提供个性化的用水体验，另外由于是双阀门控制，存在反馈系统，控制更精准；

(2)本发明采用激励方法激励人们主动节水，将用户用水量与设定好的用水限额比较，当用户用水量低于用水限额时，给予数字货币奖励，大大地提高了人们的节水积极性，从根源上杜绝了水资源的浪费。

附图说明

图1为本发明智能控温喷头的立体图；

图2为智能控温喷头的控温流程图；

图3为智能控温喷头控温过程中自动控温系统示意图；

图4为ds18b20温度传感器的内部结构示意图。

具体实施方式

图1为智能控温喷头的立体图，如图1所示，喷头本体1连接进水管2的一端，进水管2的另一端连接有步进电机4，步进电机4上连接有第一三通阀3和副热水管5，步进电机4还连接长管道6一端，长管道6另一端连接步进电机9，步进电机9上连接有主热水管和冷水管7、第二三通阀8以及冷水管10。

图2为智能控温喷头的控温流程图，具体控温步骤为：

(1)用户设定温度，温度传感器测定冷水管10中冷水温度t1，主热水管7中热水温度t2，将t1，t2传送至单片机，单片机经过计算后，得出步进电机9步进角度，单片机控制步进电机驱动器输出计算所得的脉冲个数，驱动器控制步进电机9转动，此时长管道中水温略低于设定温度，完成初步控温；

(2)温度传感器测定长管道6中水温t3，位于喷头本体中的温度传感器检测当前出水温度t4，将t1，t2传送至单片机并与设定温度相比较，单片机经过计算后，得出步进电机4步进角度，单片机控制步进电机驱动器输出计算所得的脉冲个数，驱动器控制步进电机4转动；延时1秒后再次对水温进行检测，直到出水温度与设定温度误差小于0.5℃，即完成精准控温。

上述控温过程的温度自动控制系统如图3所示，图3是基于stc8052单片机、ds18b20温度传感器和dm542步进电机的温度自动控制系统，通过ds18b20温度传感器对管内温度的检测，经过8052单片机的计算之后，对dm542步进电机进行控制，从而实现水温的调控。

由图3可知，四个不同位置的ds18b20温度传感器挂接在同一根总线上，8052单片机通过ds18b20内部的地址序列码识别四个温度传感器，对传感器的温度进行计算，从而产生对步进机的脉冲控制信号。

ds18b20温度传感器与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯，电压范围：+3.0～+5.5v，测温范围：-55～+125℃，固有测温分辨率为0.5℃。

图4为ds18b20温度传感器的内部结构图，由图4可知，ds18b20温度传感器主要由4部分组成：64位rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，可以看作是该ds18b20的地址序列码，每个ds18b20的64位序列号均不相同。64位rom的排的循环冗余校验码(crc＝x^8+x^5+x^4+1)；rom的作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的。

dm542步进电机的信号控制方式如下表1所示，其中，弱电接线信号pls+、pls-、dir+、dir-、ena+、ena-，由单片机控制；强电接线信号gnd、vcc、a、b，由motor驱动控制。

8051单片机通过控制脉冲信号、方向信号和使能信号，实现对步进电机的控制。

表1

采用上述设有流量传感器的智能控温喷头的激励式节能方法，包括以下步骤：

(1)先设定用户用水限额，用户用水限额根据历史用户用水量统计数据以及全国平均用水量进行实时调整；

(2)再通过智能控温喷头内的流量传感器实时采集用户用水量；

(3)将用户用水量与用水限额比较，当用户用水量低于用水限额时，给予水币奖励，并通过wifi模块与app建立联系，用户即可用所获水币在app上进行线上交易以及兑换礼品；另外还可与第三方水资源交易平台取得合作，适当降低用户此部分水费；

当用户用水量超过用水限额时，超出限额部分用户需另行购买用水量。