智能净水热水器控制系统的制作方法

本实用新型涉及净水热水器控制领域，尤其涉及一种智能净水热水器控制系统。

背景技术：

随着电子技术的广泛应用和自动控制技术的飞跃发展，人们对控制行业的要求日益提高；同时人们对家庭、工作中的舒适要求越来越高，随之而来的各种各样的电器产品方便了人们生活，也占据了不小的空间。热水器就是指通过各种物理原理在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。净水热水器则是水源在进入热水器之前通过净水装置进行净水，可以实现来自自来水中的水的过滤。目前传统的净水热水器控制采用单片机来控制几个简单的模块，但如今传统净水热水器已不再满足当下生活追求的需要，如净水后的水质安全以及滤芯及时更换问题、净水热水器与单片机之间的连接电路繁杂，随着智能家居的发展，目前的净水热水器无法保证与智能手机的数据通信顺畅准确。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种智能净水热水器控制系统，旨在解决现有技术中净水热水器无法实时检测水质安全以及滤芯及时更换所导致安全隐患的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种智能净水热水器控制系统，所述智能净水热水器控制系统包括：

温度检测单元，用于实时检测所述净水热水器的温度；

漏水检测单元，用于检测所述净水热水器是否存在漏水；

液位检测单元，用于实时检测所述净水热水器的液位；

tds检测单元，用于实时检测所述净水热水器的tds值；

进出水控制单元，用于控制所述净水热水器的进出水；

控制处理单元，用于控制所述温度检测单元、漏水检测单元、液位检测单元、tds检测单元以及进出水控制单元；

无线通信单元，用于通过无线通信网络与所述控制处理单元进行数据传输。

可选地，所述tds检测单元包括：阻抗测量芯片、两个运算放大器以及若干个电阻电容。

可选地，所述控制处理单元包括：微处理器，所述微处理器连接电源电路、待机唤醒电路、led电路、蜂鸣器电路、swdswc调试电路及系统时钟电路。

可选地，所述进出水控制单元包括：

按键控制电路，用于取冷和/或热水；

电磁阀控制电路，用于控制电磁阀，所述电磁阀用于控制进水口和/或出水口；

继电器控制电路，用于控制继电器；

所述按键控制电路，电磁阀控制电路以及继电器控制电路均连接所述控制处理单元。

可选地，所述智能净水热水器控制系统还包括：

触摸控制单元，用于触摸控制所述控制处理单元。

可选地，所述无线通信单元包括：gprs通信电路。

可选地，所述触摸控制单元包括物联网串口组态屏dc80480f070。

可选地，所述gprs通信电路包括通信芯片ga6。

本实用新型提出的技术方案中tds检测电路实现了tds值的实时检测，避免了由于对水质检测不及时所导致的用水过程中的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型净水热水器控制系统整体结构框图；

图2为本实用新型漏水检测单元的电路结构图；

图3为本实用新型液位检测单元的电路结构图；

图4为本实用新型按键单元的电路结构图；

图5为本实用新型温度检测单元的电路结构图；

图6为本实用新型tds检测单元的电路结构图；

图7为本实用新型控制处理单元的电路结构图；

图8为本实用新型无线通信单元的电路结构图；

图9为本实用新型触摸控制单元的电路结构图；

图10为本实用新型电磁阀控制控制电路的电路结构图；

图11为本实用新型继电器控制电路的电路结构图；

图12为本实用新型电源电路的电路结构图；

图13为本实用新型净水热水器控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，本实用新型提供一种智能净水热水器控制系统，所述智能净水热水器控制系统包括：

温度检测单元，用于实时检测所述净水热水器的温度；

漏水检测单元，用于检测所述净水热水器是否存在漏水；

液位检测单元，用于实时检测所述净水热水器的液位；

tds(totaldissolvedsolids总溶解性固体物质)检测单元，用于实时检测所述净水热水器的tds值；

进出水控制单元，用于控制所述净水热水器的进出水；

控制处理单元，用于控制所述温度检测单元、漏水检测单元、液位检测单元、tds检测单元以及进出水控制单元；

无线通信单元，用于通过无线通信网络与所述控制处理单元进行数据传输。

通过tds检测单元实现了对水质的实时检测，通过温度、漏水、液位检测单元实现对所述净水热水器的温度、漏水以及液位的实时检测，让用户更好的掌握热水器的信息，增加用户体验度，同时设有无线通信单元，实现了智能终端(诸如智能手机，ipad，掌上电脑，pc等智能终端)对净水热水器的控制。

在某一实施方式中，如图2所示，漏水检测单元包括：接线端子j1，接线端子j1的第1引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，接线端子j1的第2引脚接地。接线端子j1用于连接漏水传感器。

采用传感器的探头直接放置在大水箱焊接部位的下方，一旦水从水箱中有滴水情况，传感器会把数字信号传递给单片机的i/o口进行报警。

在某一实施方式中，如图3所示，液位检测单元包括：接线端子j2与接线端子j3，所述接线端子j2的第1引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，所述接线端子j3的第1引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，所述接线端子j2的第2引脚接地，所述接线端子j3的第2引脚接地。接线端子j2与j3分别用于连接液位传感器。

为了正确测量水位检测与进水控制，当净水热水器正常工作时，所设计的水位检测电路的高、低液位探针分别放置水箱规定的位置进行实时检测，一旦液位不在所规定的范围内，传感器会把数字信号传递给单片机的i/o口进行控制进水电磁阀进水，直到传感器不再发出信号为止。

在某一实施方式中，如图5所示，温度检测单元包括：接线端子j6，接线端子j6的第1引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，接线端子j6的第1引脚通过电阻r5连接3.3v电源端，接线端子j6的第1引脚通过电容c5接地，接线端子j6的第2引脚接地。接线端子j6用于连接温度传感器。

为了正确检测水箱的温度与加热控制，当净水热水器正常工作时，所设计的温度检测电路的温度传感器ntc放置水箱中与箱体紧贴，对水箱中的水温进行实时测量，其温度检测包括ntc传感器、r5和c5，r5为电阻10k用于分压，c5为电容106pf用于高频滤波，对采集的温度信号经传感器转换成电压信号再由单片机ad转换进行采集保持并上传到上位机进行实时检测，若水箱中水温不能满足实际温度的需要，由单片机发出信号控制继电器进行加热。

在某一实施方式中，所述tds检测单元包括：阻抗测量芯片、两个运算放大器以及若干个电阻电容。

如图6所示，所示tds检测单元的具体电路结构为：阻抗测量芯片ad5933的scl引脚与sda引脚连接微处理器，所述阻抗测量芯片ad5933的mclk引脚连接有源晶振x1的输出引脚，所述阻抗测量芯片ad5933的rfb引脚通过电阻r3连接运算放大器u6b的输出端，所述阻抗测量芯片ad5933的vin引脚连接运算放大器u6b的输出端，所述运算放大器u6b的输出端连接i-引脚，所述运算放大器u6b的i+引脚通过电阻r28接地，所述运算放大器u6b的i+引脚通过电阻r27连接5v电源端，所述运算放大器u6b的i+引脚连接j4的第1引脚，所述j4的第1引脚通过电阻r1连接第2引脚，所述j4的第2引脚连接运算放大器u6a的输出端，所述运算放大器u6a的输出端连接i-引脚，所述运算放大器u6a的i+引脚通过电容c1连接阻抗测量芯片ad5933的vout引脚，所述运算放大器u6a的i+引脚通过电阻r4接地，所述运算放大器u6a的i+引脚通过电阻r2连接5v电源端，所述电容c1并联连接极性电容c2，所述阻抗测量芯片ad5933的dvdd引脚连接avdd1与avdd2引脚，所述阻抗测量芯片ad5933的dvdd引脚通过电容c3接地，所述阻抗测量芯片ad5933的dvdd引脚连接5v电源端，所述阻抗测量芯片ad5933的dvdd引脚通过电容c4接地，所述有源晶振x1的gnd引脚接地，所述有源晶振x1的vcc引脚连接3.3v电源。

ad5933是一款高精度的阻抗测试芯片，内部集成了带有12位采样频率，高达1msps的ad转换的频率发生器，这个频率发生器可以产生特定的频率激励外部电阻，电阻上得到响应信号被adc采样并通过片上的dsp进行傅立叶变换。32单片机与ad5933通过串口实现通讯，单片机把从ad5933读到的阻抗测试结果的实部和虚部，通过串口传到上位机，上位机计算得到阻抗值。选取ad5933一种阻抗测试芯片，其体积小功率低，最高频率可达100khz，分辨率小于0.1hz，具有0.5％系统精度可大大降低有关仪器的成本。通过ad5933电压输出引脚vout,它能发出一定频率的正弦扫描信号，对外部阻抗进行激励，信号通过被测水质后再经放大，滤波后被模数转换器取样进行离散傅立叶变换，最终计算出待测阻抗值，进而得到其电导率，实现tds值检测。当tds值超过规定的范围时stm32f103rbt6单片机向服务器端发送提醒信息，服务器端在收到信息后向有关工作人员的pc发送提醒更换滤芯的信息以保证水质的安全问题。

在某一实施方式中，所述控制处理单元包括：微处理器，所述微处理器连接电源电路、待机唤醒电路、led电路、蜂鸣器电路、swdswc调试电路及系统时钟电路。

如图7所示，所述控制处理单元的具体电路结构图为：微处理器为stm32f103rbt6单片机u3a与stm32f103rbt6单片机u3b，所述stm32f103rbt6单片机u3a连接led电路、蜂鸣器电路、待机唤醒电路、swdswc调试电路及系统时钟电路。led电路为电阻r6通过led灯d1接地。值得说明的是，stm32f103rbt6单片机u3a与stm32f103rbt6单片机u3b为一个单片机，其中，u3b是单片机的电源转换电路。蜂鸣器电路包括：电阻r7通过电阻r8连接三极管qn1的发射极，三极管qn1的发射极接地，三极管qn1的基极连接在所述电阻r7与电阻r8之间的节点，三极管qn1的集电极连接蜂鸣器。待机唤醒电路包括开机按键j8，开机按键j8的第2引脚通过电阻r11连接三极管q1的基极，三极管q1的基极通过电阻r10连接3.3v电源端，三极管q1的发射极连接3.3v电源端，三极管q1的集电极连接stm32f103rbt6单片机u3a。swdswc调试电路包括：调试按键j7，调试按键j7的第2引脚与第3引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，调试引脚j7的第1引脚连接3.3v电源端，调试引脚j7的第4引脚接地。系统时钟电路包括：无源晶振y1，无源晶振y1的第2引脚接地，无源晶振y1的第1引脚与第2引脚之间通过电容c8连接，无源晶振y1的第1引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，无源晶振y1的第4引脚通过电容c7连接stm32f103rbt6单片机u3a。

在某一实施方式中，所述进出水控制单元包括：

如图4所示，按键控制电路，用于取冷和/或热水；所述按键控制电路包括热水控制按键j5，冷水控制按键j13，所述热水控制按键j5连接stm32f103rbt6单片机u3a，所述冷水控制按键j13连接stm32f103rbt6单片机u3a。

按键电路用来控制出水量，其中kh按键是控制热水的出水，kc按键是控制冷水的出水，通过按键电路把信号传递给单片机的i/o口并上传到上位机进行控制出水量，从而实现了按键取水的操作。

如图10所示，电磁阀控制电路，用于控制电磁阀，所述电磁阀用于控制进水口和/或出水口；所述电磁阀控制电路包括两路电磁阀电路，其中一路为:接线端子j10的第1引脚连接三极管qn2的集电极，所述接线端子j10的第2引脚连接24v电源端，所述三极管qn2的集电极通过电阻r12与二极管d2连接24v电源端，所述三极管qn2的发射极接地，所述三极管qn2的基极通过电阻r14与发光二极管d3接地，所述三极管qn2的基极通过电阻r13连接stm32f103rbt6单片机u3a。另一路电磁阀电路为：接线端子j14的第1引脚连接三极管qn4的集电极，所述接线端子j14的第2引脚连接24v电源端，所述三极管qn4的集电极通过电阻r29与二极管d6连接24v电源端，所述三极管qn4的发射极接地，所述三极管qn4的基极通过电阻r31与发光二极管d11接地，所述三极管qn4的基极通过电阻r30连接stm32f103rbt6单片机u3a。接线端子j10与j14分别用于连接电磁阀。

如图11所示，继电器控制电路，用于控制继电器；所述继电器控制电路包括：继电器k1，所述继电器k1的第3引脚连接接线端子j11的第1引脚，所述继电器k1的第5引脚连接接线端子j11的第2引脚，所述继电器k1的第2引脚连接24v电源端，所述继电器k1的第1引脚连接三极管qn3的集电极，所述三极管qn3的发射极接地，所述三极管qn3的基极通过电阻r16连接stm32f103rbt6单片机u3a，所述三极管qn3的基极通过电阻r17与发光二极管d5接地，所述三极管qn3的集电极通过二极管d4连接24v电源端，所述三极管qn3的集电极通过电阻r15、电容cf7、电容c9接地，所述电容c9与所述电容cf7之间的节点连接24v电源端。所述继电器用于控制净水热水器的加热。

由上可知，所述按键控制电路，电磁阀控制电路以及继电器控制电路均连接所述控制处理单元。

在某一实施方式方式中，如图9所示，所述智能净水热水器控制系统还包括：

触摸控制单元，用于触摸控制所述控制处理单元。所述触摸控制单元包括物联网串口组态屏j9，所述物联网串口组态屏j9的型号为dc80480f070。所述物联网串口组态屏j9的第1-2引脚连接5v电源端，所述物联网串口组态屏j9的第4与第5引脚连接stm32f103rbt6单片机u3a，所述物联网串口组态屏j9的第6引脚连接第5引脚，所述物联网串口组态屏j9的第7-8引脚接地。

触摸屏显示部分采用物联网串口组态屏为dc80480f070系列，该串口组太屏具有程序调试：上位机集成了“虚拟机串口屏”，“虚拟串口屏”仿真结果与真实串口一模一样，无需连接硬件，通过自己单片机rs232串口与它相连即可相互通信，直接keilide与其绑定调试；启动时间：上电即运行无系统加载时间；组态控件：拥有按钮、文本、下拉菜单、二维码、曲线、数据记录等各种组态控制；系统键盘：内置虚拟数字，字符键盘，可自定义键盘。

数据记录：支持数据纪录控件内容导出到sid(systemidentification)卡。用户单片机只需要发送和接收相应的串口指令就可以轻松实现文本、图片和曲线显示。作为触摸屏的显示部分，一方面与传统的显示部分的设计相比较与单片机连接更加简单化，另一方面可以在触摸屏上设置按钮部分，控制出水量，同时本实用新型在触摸屏上还可以增加广告，不仅可以传递公司的经营理念和发展史，还可以招商引资，实现企业最大利益化。

在某一实施方式中，所述无线通信单元包括：gprs通信电路。如图8所示，所述gprs通信电路包括通信芯片ga6。

gprs数据通信部分采用ga6模块，该模块具有永远在线：只要激活gprs应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务；按量计费：gprs服务虽然保持一直在线，但不必担心费用问题；因为只有产生通信流量时才计费；高速传输：目前gprs可支持85.6kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100余kbps；价格便宜：相对于sim系列的模块价格只有其的一半。大大降低了物联网设备的入门门槛。ga6模块通过ttl接口(u_rxu_tx)和rst复位引脚与mcu相连。通过使用ga6数据通信模块可以实现网络通讯功能，与服务器相连。不仅可以实现实时反馈当前状态信息，还可以将采集的温度、漏水、订单的接收、水量的上传、tds值等数据准确传输至数据中心，实现对热水器“互联网+”的控制。

如图12所示，电源电路能够为所示智能净水热水器控制系统提供需要的电源，提供24v、5v、4v以及3.3v电源端，包括24v至5v电源转换电路，24v至4v电源转换电路，5v至3.3v电源转换电路；其中，24v至5v电源转换电路通过电源芯片u4(型号为mp1548)实现，24v至4v电源转换电路通过电源芯片u8(型号为mp1548)实现，5v至3.3v电源转换电路通过电源芯片u5(型号为spx1117)实现。

本实用新型所述智能净水热水器控制系统是由pcb制板，由漏水传感器、液位传感器、ntc温度传感器及ad5933电路进行检测电路的模拟信号与数字信号后由32单片机电路进行采样处理并通过单片机与触摸屏模块和gprs数据通信模块进行上位机操作。本实用新型检测电路设计结构简单，体积小，响应速度快、性能优越，可提高整个系统的精确性和可靠性，可实现智能净水热水器的检查和控制。

为实现上述目的，如图13所示，本实用新型还提供一种智能净水热水器控制方法，包括步骤：

实时获取所述净水热水器的温度信息、漏水信息、液位信息、tds检测信息及进出水控制信息；

根据所述净水热水器的温度信息、漏水信息、液位信息、tds检测信息及进出水控制信息向所述净水热水器发送对应的进行控制指令。

通过tds检测单元实现了对水质的实时检测，通过温度、漏水、液位检测单元实现对所述净水热水器的温度、漏水以及液位的实时检测，让用户更好的掌握热水器的信息，增加用户体验度，同时设有无线通信单元，实现了智能终端(诸如智能手机，ipad，掌上电脑，pc等智能终端)对净水热水器的控制。

本实用新型的有益效果包括：

1)本实用新型的漏水检测电路是检测数字信号，其结构简单，操作方便，检测可靠，成本低，检测效率高等

2)本实用新型的液位检测电路是实时监测水箱水位的高低情况，它是将位的高度转化为电信号的形式进行输出，采用双极式探针，其稳定性好，具有反响保护，限流保护电路，安装简单，结构简单，经济耐用。

3)本实用新型的ntc温度检测电路，其检测灵敏度高，响应快，结构简单具有良好的绝缘密封和抗弯折能力

4)本实用新型的tds检测电路，其ad5933是一款高精度的阻抗测试芯片，内部集成了带有12位采样频率，高达1msps的ad转换的频率发生器，这个频率发生器可以产生特定的频率激励外部电阻，电阻上得到响应信号被adc采样并通过片上的dsp进行傅立叶变换。32单片机与ad5933通过串口实现通讯，单片机把从ad5933读到的阻抗测试结果的实部和虚部，通过串口传到上位机，上位机计算得到阻抗值。

5)本实用新型gprs数据通信部分采用ga6模块，该模块具有永远在线：只要激活gprs应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务；按量计费：gprs服务虽然保持一直在线，但不必担心费用问题；因为只有产生通信流量时才计费；高速传输：目前gprs可支持85.6kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达100余kbps；价格便宜：相对于sim系列的模块价格只有其的一半。

6)触摸屏显示部分采用物联网串口组态屏为dc80480f070系列，该串口组太屏具有程序调试：上位机集成了“虚拟机串口屏”，“虚拟串口屏”仿真结果与真实串口一模一样，无需连接硬件，通过自己单片机rs232串口与它相连即可相互通信，直接keilide与其绑定调试；启动时间：上电即运行无系统加载时间；组态控件：拥有按钮、文本、下拉菜单、二维码、曲线、数据记录等各种组态控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。