本实用新型涉及供水控制系统技术领域，更具体地说，涉及一种基于三相电控制的供水系统。
背景技术：
热水系统主要是依靠控制板来控制水箱中的加热管对水进行加热。现有技术中的热水系统都是控制继电器的通断来达到控制加热管工作的目的。在现有技术中，一方面当需要断开继电器时，控制板会瞬间断开继电器的电源；当需要连接继电器时，控制板会瞬间闭合继电器的电源。由于继电器在电源通断的时间会产生电弧，电弧会将继电器的连接触点氧化，并且电源通断的瞬间电压越大，产生的电弧会越大，对继电器的连接触点氧化速度越快，从而使得连接触点之间的接触性能变差，最终导致继电器无法通过连接触点接通电源，继电器的使用寿命变短，从而使得热水系统无法正常工作。另一方面，现有的热水系统都是采用两相电进行供电的，而两相电由于运行功率低，负载能力有限，使得两相电无法满足大功率热水系统的正常运行；三相电由于运行效率高，负载能力强，从而成为大功率热水系统的理想供电电源，但现有技术中还不能将三相电很好地应用到大功率热水系统中，因此，基于三相电控制的供水系统成为当前热门的研究话题。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供了一种基于三相电控制的供水系统，解决现有技术中供水系统中因继电器容易被电弧氧化而导致寿命短，且不能实现基于三相电控制运行的缺陷。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种基于三相电控制的供水系统，包括有控制芯片、电源模块、复位模块、晶振模块以及烧录模块；所述控制芯片分别与所述电源模块、复位模块、晶振模块以及烧录模块电性连接；还包括有功率控制模块、加热管、掉电保护模块、温度检测模块以及水流检测模块；其中，所述功率控制模块的输入端与所述控制芯片的控制端电信连接，所述加热管串联三相电后与所述功率控制模块的输出端电性连接，所述功率控制模块用于控制所述加热管的三相电源通断；所述掉电保护模块与所述控制芯片电性连接，用于为系统提供备用工作电源，防止该供水系统因断电而导致数据丢失以维护系统运行平稳；所述温度检测模块与所述控制芯片电性连接，用于监测水箱的进水温度、出水温度以及水箱内部温度；所述水流检测模块与所述控制芯片电性连接，用于监测水箱的进水流速。
该供水系统的工作原理是：所述复位模块为所述控制芯片提供复位操作，所述晶振模块为所述控制芯片提供工作频率，所述烧录模块为所述控制芯片提供程序录入操作，所述电源模块为系统提供工作电压，所述掉电保护模块为系统提供备用工作电源；所述控制芯片先控制所述温度检测模块和水流检测模块采集水温和水流速度；然后根据系统预设温度，所述控制芯片通过所述功率控制模块控制所述加热管的三相电源通断实现对水箱内部水进行加热处理，然后利用所述温度检测模块和水流检测模块实时监测反馈的水温与水流速度信息进一步控制所述加热管的三相电源通断，从而达到基于三相电控制的恒温供水目的。
作为本实用新型的优选方案，该供水系统还包括有显示控制模块，所述显示控制模块与所述控制芯片的控制端电性连接，用于控制显示温度。
作为本实用新型的优选方案，该供水系统还包括有报警控制模块，所述报警控制模块与所述控制芯片的控制端电性连接，用于控制报警。
作为本实用新型的优选方案，该功率控制模块包括有驱动芯片、双向可控硅芯片、电阻以及加热管；所述驱动芯片的电源端与所述电源模块电性连接，所述驱动芯片的信息输入端与所述控制芯片的控制端电性连接，所述驱动芯片的信息输出端与所述双向可控硅芯片的信息输入端电性连接，所述加热管串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片的信息输出端电性连接。
作为本实用新型的优选方案，该功率控制模块包括有驱动芯片 U10、双向可控硅芯片U1-U5、电阻R19-23、以及加热管heating1- heating5；所述驱动芯片U10的电源端与所述电源模块电性连接，所述驱动芯片U10的信息输入端与所述控制芯片的控制端电性连接，所述双向可控硅芯片U1的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U1的第二输入端串联电阻R19后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating1串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U1的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U2 的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U2的第二输入端串联电阻R20后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating2串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U2的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U3的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U3的第二输入端串联电阻R21后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating3串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U3的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U4的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U4的第二输入端串联电阻R22后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating4串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U4的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片 U5的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U5的第二输入端串联电阻R23后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating5串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U5的信息输出端电性连接，该驱动芯片U10为采用达林顿管结构的 ULN2003芯片。
作为本实用新型的优选方案，该水流检测模块包括有水流传感器、电阻R33、R47、J14以及电容C20；所述水流传感器的供电电源VCC 端与供电电源5V端电性连接，所述水流传感器的电源地端与供电电源地端电性连接，所述水流传感器的控制端第一支路串联电阻R33和J14后与所述控制芯片的控制端电性连接，所述水流传感器的控制端第二支路串联电阻R33和电容C20后与供电电源地端电性连接，所述水流传感器的控制端第三支路串联电阻R47后与供电电源5V端电性连接。
作为本实用新型的优选方案，该温度检测模块包括有温度传感器、电阻R11、R57、J13、电容C13与C22；所述电阻R57与电容C13组成阻容电路，所述温度传感器的供电端与所述电源模块的5V端电性连接，所述温度传感器的控制端的第一支路串联所述阻容电路后与供电电源地端电性连接，所述温度传感器的控制端的第二支路串联所述电阻R11和电容C22后与供电电源地端电性连接，所述温度传感器的控制端的第三支路串联所述电阻R11后与所述控制芯片的控制端电性连接。
作为本实用新型的优选方案，该掉电保护模块包括有掉电保护芯片U8、电阻R40与R41、以及电容C19；所述掉电保护芯片U8的电源端与所述电源模块的5V端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SCL 端第一支路串联电阻R40后与所述电源模块的5V端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SCL端第二支路与所述控制芯片的SCK端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SDA端第一支路串联电阻R41后与所述电源模块的5V端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SDA端第二支路与所述控制芯片的SDA端电性连接，所述电容C19的一端与所述电源模块的5V端电性连接，所述电容C19的另一端分别与所述掉电保护芯片U8的A端、B端、C端与GND端以及供电电源地端电性连接，该掉电保护芯片U8为atmel的24C02芯片。
从上述的技术方案可以看出，在本实用新型中，由于所述加热管串联在三相电源中且其控制端口设置在所述功率控制模块的输出端上，所述复位模块为所述控制芯片提供复位操作，所述晶振模块为所述控制芯片提供工作频率，所述烧录模块为所述控制芯片提供程序录入操作，所述电源模块为系统提供工作电压；所述控制芯片先控制所述温度检测模块和水流检测模块采集水温和水流速度；然后根据系统预设温度，所述控制芯片通过所述功率控制模块控制所述加热管的三相电源通断实现对水箱内部水进行加热处理，然后利用所述温度检测模块和水流检测模块实时监测反馈的水温与水流速度信息进一步控制所述加热管的三相电源通断，从而达到基于三相电控制的恒温供水目的；因此，本实用新型利用所述控制芯片控制所述功率控制模块工作，通过所述功率控制模块控制所述加热管的三相电源的通断，从而使得串联在三相电源上的加热管可随着所述功率控制模块的输出端信号而改变工作状态，且由于所述功率控制模块内采用双向可控硅芯片来实现信号传输，这种直接通过双向可控硅芯片来控制所述加热管的三相电源的通断的方式不再使用继电器，从而克服了现有技术中供水系统中因继电器容易被电弧氧化而导致寿命短的缺陷，延长了本供水系统的使用寿命，提高了本供水系统的使用效率；并且，由于所述功率控制模块采用模块化设置，使得功率控制模块内的双向可控硅芯片相对继电器来说，控制方式上更加灵活，控制性能更强，可靠性更高，可根据系统运行而快速响应，加热管上的三相电源可在所述功率控制模块的控制下实现快速通断状态的转换，使得该供水系统能在三相电源中得以稳定运行，从而解决了现有技术中供水系统中不能实现基于三相电控制运行的缺陷；并且，本实用新型通过控制芯片利用温度检测模块监测水流温度，利用水流检测模块监测水流速度，然后利用功率控制模块控制加热管上三相电源的通断使得加热管的工作状态得以控制，从而使得水箱中的水保持在预设的恒定温度，且所述控制芯片利用所述温度检测模块和水流检测模块随时反馈信号，及时调整所述加热管的工作时间，最终使得本供水系统达到基于三相电控制的恒温供水的目的。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型实施例的系统框图。
图2为本实用新型实施例的电源模块的部分电路连接图。
图3为本实用新型实施例的控制芯片的电路连接图。
图4为本实用新型实施例的复位模块的电路连接图。
图5为本实用新型实施例的晶振模块的电路连接图。
图6为本实用新型实施例的功率控制模块的电路连接图。
图7为本实用新型实施例的掉电保护模块的电路连接图。
图8为本实用新型实施例的温度检测模块的电路连接图。
图9为本实用新型实施例的水流控制模块的电路连接图。
图10为本实用新型实施例的报警控制模块的电路图。
图11为本实用新型实施例的运行波形图。
图12为本实用新型实施例的控制运行图。
图13为本实用新型实施例的控制内部逻辑图。
图中：20-电源模块；21-控制芯片；22-复位模块；23-晶振模块； 24-烧录模块；25-功率控制模块；26-掉电保护模块；27-温度检测模块；28-水流检测模块；29-报警控制模块；201-显示控制模块。
具体实施方式
本实用新型实施例：如图1-13所示，本实用新型实施例提供了一种基于三相电控制的供水系统，包括有控制芯片21、电源模块20、复位模块22、晶振模块23以及烧录模块24；所述控制芯片21分别与所述电源模块20、复位模块22、晶振模块23以及烧录模块24电性连接；还包括有功率控制模块25、加热管、掉电保护模块26、温度检测模块27以及水流检测模块28；其中，所述功率控制模块25 的输入端与所述控制芯片21的控制端电信连接，所述加热管串联三相电后与所述功率控制模块25的输出端电性连接，所述功率控制模块25用于控制所述加热管的三相电源通断；所述掉电保护模块26与所述控制芯片21电性连接，用于为系统提供备用工作电源，防止该供水系统因断电而导致数据丢失以维护系统运行平稳；所述温度检测模块27与所述控制芯片21电性连接，用于监测水箱的进水温度、出水温度以及水箱内部温度；所述水流检测模块28与所述控制芯片21 电性连接，用于监测水箱的进水流速。
该供水系统的工作原理是：所述复位模块22为所述控制芯片21 提供复位操作，所述晶振模块23为所述控制芯片21提供工作频率，所述烧录模块24为所述控制芯片21提供程序录入操作，所述电源模块20为系统提供工作电压；所述控制芯片21先控制所述温度检测模块27和水流检测模块28采集水温和水流速度；然后根据系统预设温度，所述控制芯片21通过所述功率控制模块25控制所述加热管的三相电源通断实现对水箱内部水进行加热处理，然后利用所述温度检测模块27和水流检测模块28实时监测反馈的水温与水流速度信息进一步控制所述加热管的三相电源通断，从而达到基于三相电控制的恒温供水目的。因此，本实用新型利用所述控制芯片21控制所述功率控制模块25工作，通过所述功率控制模块25控制所述加热管的三相电源的通断，从而使得串联在三相电源上的加热管可随着所述功率控制模块25的输出端信号而改变工作状态，且由于所述功率控制模块25 内采用双向可控硅芯片来实现信号传输，这种直接通过双向可控硅芯片来控制所述加热管的三相电源的通断的方式不再使用继电器，从而克服了现有技术中供水系统中因继电器容易被电弧氧化而导致寿命短的缺陷，并且，由于所述功率控制模块25采用模块化设置，使得功率控制模块25内的双向可控硅芯片相对继电器来说，控制方式上更加灵活，控制性能更强，可靠性更高，可根据系统运行而快速响应，加热管上的三相电源可在所述功率控制模块25的控制下实现快速通断状态的转换，使得该供水系统能在三相电源中得以稳定运行，从而解决了现有技术中供水系统中不能实现基于三相电控制运行的缺陷；并且，本实用新型通过控制芯片21利用温度检测模块27监测水流温度，利用水流检测模块28监测水流速度，然后利用功率控制模块25 控制加热管上三相电源的通断使得加热管的工作状态得以控制，从而使得水箱中的水保持在预设的恒定温度，且所述控制芯片21利用所述温度检测模块27和水流检测模块28随时反馈信号，及时调整所述加热管的工作时间，最终使得本供水系统达到基于三相电控制的恒温供水的目的。
具体地，该供水系统还包括有显示控制模块201，所述显示控制模块201与所述控制芯片21的控制端电性连接，用于控制显示温度；该供水系统还包括有报警控制模块29，所述报警控制模块29与所述控制芯片21的控制端电性连接，用于控制报警。所述显示控制模块 201主要是输入并显示内容，可以是液晶显示屏，也可以是触摸屏，只要能输入并显示出内容即可，也可以利用附图根据实际需求选择不同型号的电子元器件组合成所述显示控制模块201的驱动电路。所述显示控制模块201主要是驱动蜂鸣器进行报警，可以利用附图根据实际需求选择不同型号的电子元器件组合成蜂鸣器的驱动电路。
作为本实用新型的优选方案，该功率控制模块25包括有驱动芯片、双向可控硅芯片、电阻以及加热管；所述驱动芯片的电源端与所述电源模块20电性连接，所述驱动芯片的信息输入端与所述控制芯片21的控制端电性连接，所述驱动芯片的信息输出端与所述双向可控硅芯片的信息输入端电性连接，所述加热管串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片的信息输出端电性连接；更具体地，该功率控制模块25包括有驱动芯片U10、双向可控硅芯片U1-U5、电阻R19-23、以及加热管heating1-heating5；所述驱动芯片U10的电源端与所述电源模块20电性连接，所述驱动芯片U10的信息输入端与所述控制芯片21的控制端电性连接，所述双向可控硅芯片U1的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U1的第二输入端串联电阻 R19后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管 heating1串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U1的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U2的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U2的第二输入端串联电阻R20后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating2串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U2的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U3的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片 U3的第二输入端串联电阻R21后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating3串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U3的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U4的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U4的第二输入端串联电阻R22后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管 heating4串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U4的信息输出端电性连接；所述双向可控硅芯片U5的第一输入端与电源端电性连接，所述双向可控硅芯片U5的第二输入端串联电阻R23后与所述驱动芯片U10的信息输出端电性连接，所述加热管heating5串联三相电电源后与所述双向可控硅芯片U5的信息输出端电性连接，该驱动芯片 U10为采用达林顿管结构的ULN2003芯片。本实用新型实施例可以利用附图根据实际需求选择不同型号的电子元器件组合成功率控制模块25的工作电路，由于电路的电子元器件的型号因应用情景不同而不同，且，本实用新型实施例的创新点在于创造应用该具体的电路连接图，因此，本实用新型实施例只给出了具体的电路连接图，并没有给出各个具体元器件的型号。该水流检测模块28包括有水流传感器、电阻R33、R47、J14以及电容C20；所述水流传感器的供电电源VCC 端与供电电源5V端电性连接，所述水流传感器的电源地端与供电电源地端电性连接，所述水流传感器的控制端第一支路串联电阻R33和 J14后与所述控制芯片21的控制端电性连接，所述水流传感器的控制端第二支路串联电阻R33和电容C20后与供电电源地端电性连接，所述水流传感器的控制端第三支路串联电阻R47后与供电电源5V端电性连接。该温度检测模块27包括有温度传感器、电阻R11、R57、 J13、电容C13与C22；所述电阻R57与电容C13组成阻容电路，所述温度传感器的供电端与所述电源模块20的5V端电性连接，所述温度传感器的控制端的第一支路串联所述阻容电路后与供电电源地端电性连接，所述温度传感器的控制端的第二支路串联所述电阻R11和电容C22后与供电电源地端电性连接，所述温度传感器的控制端的第三支路串联所述电阻R11后与所述控制芯片21的控制端电性连接。该掉电保护模块26包括有掉电保护芯片U8、电阻R40与R41、以及电容C19；所述掉电保护芯片U8的电源端与所述电源模块20的5V 端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SCL端第一支路串联电阻R40 后与所述电源模块20的5V端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SCL 端第二支路与所述控制芯片21的SCK端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SDA端第一支路串联电阻R41后与所述电源模块20的5V端电性连接，所述掉电保护芯片U8的SDA端第二支路与所述控制芯片 21的SDA端电性连接，所述电容C19的一端与所述电源模块20的5V 端电性连接，所述电容C19的另一端分别与所述掉电保护芯片U8的 A端、B端、C端与GND端以及供电电源地端电性连接，该掉电保护芯片U8为atmel的24C02芯片。
从附图11-13中可以看出，在本实用新型实施例中，t:可控硅开通的时间，单位ms；T:可控硅开通的时间周期(与加热器热惯性有些关联)，这里设定1000ms。在实际应用中，t,T对应机器的功率，机器总功率(可控硅全开时)为：k，此时要控制输出功率：j,则可通过以下公式计算t；t＝1000*j/k,通过控制时间t来控制功率,总功k是已知值，输出功率j在以下系统控制流程里计算得出。整个系统控制的流程如下：当机器需要加热时，根据设定值(Ts) 与当前温度(T)的差，求出偏差(e)和偏差变化率(ec),然后经过模糊化处理，得出模糊化偏差(E)和模糊化温差变化率(EC),通过推理(if条件1and条件2，then结果)求出U,然后清晰化求u，在整个模糊控制器环节需要用到知识库的数据(专家知识)。在整个系统里主要是通过调节可控硅的开通时间来控制加热器的功率，从而控制出水温度恒定在，在开始加热时，我们一般会给一个参考功率，然后再根据模糊控制进行调节。参考功率要求如下：根据氺的能量计算公式：Q＝cm△t(其中Q是热量,C是水的比热容,是4.2*103；m是质量,，△t是温差)和加热器的加热效率，我们可以转换成功率P(w), 流量L(L/min),温差△t(℃)之间关系：P＝77*△t*L,所以开始加热时我们可以通过这个公式求出当前温度下和当前流量所需要的功率，然后以这个功率值作为控制的参考值，可以加快恒温速度和保持稳定。
从附图中可以得知，本实用新型的运行过程为：所述控制芯片 21先根据系统配置信息对电路进行初始化处理，然后检测加热管的状态是否要改变，若需要改变加热管的工作状态，则：所述控制芯片 21根据模糊控制算法计算出输出功率j，然后计算出所述功率控制模块25的信号通断时间，然后通过所述功率控制模块25控制所述双向可控硅芯片在周期T时间内的开通时间t，当所述双向可控硅芯片的导通时间达到t后则关闭所述双向可控硅芯片，使得所述加热管在所述双向可控硅芯片的导通时间t控制下导通三相电源，循环运行，从而使得该供水系统能够在三相电源中得以更加便利运行控制，实现了基于三相电控制运行的目的。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。