水温调节装置的制作方法

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种水温调节装置。

背景技术：

在日常生活中，人们需要用水时，通常利用水温调节开关(例如水龙头)来进行水温调节。这种水温调节方式需要通过手动控制，例如在用户进行沐浴时，一般根据需要的温度以一定角度手动将水温调节开关打开，由于用户无法实时获知出水的温度和流量，因此需要通过人体来感知水温和流量是否满足需求。

然而，传统水温调节开关的温度调节范围较窄，并且调节的温度不够准确，当水流量发生变化时，水温不会及时做出调整，导致出水水温的波动性较大，难以实现精确控制水温。一旦水温调节开关的出水水温波动范围过大，有可能会造成用户烫伤或冻伤的情况，并且用户在使用过程中，需要不断通过手动对开关进行调节，使得这种水温调节方式不够便捷，整体上降低了用户体验。

技术实现要素：

本发明提供一种水温调节装置，以实现水温和水流量的自动语音控制。

本发明提供了一种水温调节装置，包括：语音识别模块、水温调节模块、流量检测模块、温度检测模块和控制器；所述控制器与所述语音识别模块、所述水温调节模块、所述流量检测模块和所述温度检测模块电连接；

所述语音识别模块用于对识别到的语音调节指令进行转换，并将转换后的所述语音调节指令发送至所述控制器；其中，所述语音调节指令包括水温调节值和/或水流量调节值；

所述水温调节模块连接热水管、冷水管和出水管，所述水温调节模块用于通过调节所述热水管和所述冷水管的水流量以调节所述出水管的水温和水流量；

所述流量检测模块用于检测所述出水管的水流量信号，并将所述水流量信号发送至所述控制器；所述温度检测模块包括依次电连接的温度传感单元、第一显示控制单元和第一显示单元；所述温度传感单元用于检测所述出水管的水温信号，并将所述水温信号发送至所述控制器和所述第一显示控制单元；所述第一显示控制单元用于根据所述水温信号控制所述第一显示单元显示所述出水管的水温；

所述控制器用于根据所述水温调节值和/或所述水流量调节值对所述水温调节模块进行控制，以及根据所述水流量信号、所述水温信号和所述语音调节指令的差异对所述水温调节模块进行控制。

可选地，所述温度传感单元包括第一晶体管、第一电阻、热敏二极管、第二电阻和滑动变阻器；

所述第一晶体管、所述第一电阻和所述热敏二极管依次连接，所述第一晶体管的第一端和所述第二电阻的第一端接入电源信号，所述第一晶体管的栅极和所述热敏二极管的第一极连接所述第一显示控制单元的第一信号输入端，所述第二电阻的第二端连接所述滑动变阻器的第一端，所述滑动变阻器的第二端连接所述热敏二极管的第二极并接地，所述滑动变阻器的滑动触头连接所述第一显示控制单元的第二信号输入端。

可选地，所述第一显示控制单元包括模数转换器、译码器和显示驱动器；

所述模数转换器用于将所述温度传感单元检测的所述水温信号转换为数字信号；所述译码器用于对数字信号形式的所述水温信号进行译码；所述显示驱动器用于根据译码后的所述水温信号驱动所述第一显示单元进行显示。

可选地，所述第一显示单元包括多个发光二极管数码管。

可选地，所述水温调节模块包括调节阀，所述调节阀包括热水进水口、冷水进水口和出水口；所述热水进水口连接所述热水管，所述冷水进水口连接冷水管，所述出水口连接所述出水管；所述调节阀通过转动以调节所述热水管和所述冷水管的水流量。

可选地，还包括保护电路，所述保护电路与所述控制器电连接；所述保护电路用于对所述水温调节装置进行过温保护、过电流保护、过电压保护和短路保护。

可选地，还包括设置在所述热水管中的加热装置，所述加热装置与所述控制器电连接，所述加热装置用于在所述控制器的控制下，根据所述语音调节指令和所述热水管的水温对所述热水管中存储的水进行加热。

可选地，在所述语音调节指令包括所述水温调节值时，所述控制器用于根据所述水温信号和所述水温调节值的差异对所述水温调节模块进行比例积分微分控制；

在所述语音调节指令包括所述水流量调节值时，所述控制器用于根据所述水流量信号和所述水流量调节值的差异对所述水温调节模块进行比例积分微分控制。

可选地，所述控制器包括嵌入式单片机。

可选地，所述流量检测模块包括依次电连接的流量传感单元、第二显示控制单元和第二显示单元；所述流量传感单元用于检测所述水流量信号，并将所述水流量信号发送至所述控制器和所述第二显示控制单元；所述第二显示控制单元用于根据所述水流量信号控制所述第二显示单元显示所述出水管的水流量。

本发明提供的水温调节装置包括语音识别模块、水温调节模块、流量检测模块、温度检测模块和控制器，通过语音识别模块对识别到的语音调节指令进行转换，并将转换后的语音调节指令发送至控制器，以实现语音调节水温和水流量，能够使不同用户根据自身的用水需求来更加便捷地调节水温和水流量，通过水温调节模块调节热水管和冷水管的水流量以调节出水管的水温和水流量，通过流量检测模块检测出水管的水流量信号，并将水流量信号发送至控制器，通过温度检测模块中的温度传感单元检测出水管的水温信号，并将水温信号发送至控制器和第一显示控制单元，通过第一显示控制单元根据水温信号控制第一显示单元显示出水管的水温，使得用户在用水过程中能够方便地获知水温而无需用人体器官去感知水温，并通过控制器根据水温调节值和/或水流量调节值对水温调节模块进行控制，以及根据水流量信号、水温信号和语音调节指令的差异对水温调节模块进行控制，以形成流量和温度的双闭环控制系统，有助于精确调节水温和水流量。与现有技术相比，本发明的技术方案缓解了现有水温调节方式控制精度较低及水温调节不便捷的问题，实现了水温和水流量的自动语音控制，提高了用水的便捷性和舒适度，有助于提升用户体验。

附图说明

图1是本发明提供的一种水温调节装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种温度检测模块的结构示意图；

图3是本发明提供的另一种温度检测模块的结构示意图；

图4是本发明提供的另一种水温调节装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明提供的一种水温调节装置的结构示意图，具体为水温调节装置的模块结构示意图；图2是本发明提供的一种温度检测模块的结构示意图，具体为温度检测模块的模块结构示意图。结合图1和图2，该水温调节装置包括：语音识别模块100、水温调节模块200、流量检测模块300、温度检测模块400和控制器500；控制器500与语音识别模块100、水温调节模块200、流量检测模块300和温度检测模块400电连接；语音识别模块100用于对识别到的语音调节指令进行转换，并将转换后的语音调节指令发送至控制器500；其中，语音调节指令包括水温调节值和/或水流量调节值；水温调节模块200连接热水管、冷水管和出水管，水温调节模块200用于通过调节热水管和冷水管的水流量以调节出水管的水温和水流量；流量检测模块300用于检测出水管的水流量信号，并将水流量信号发送至控制器500；温度检测模块400包括依次电连接的温度传感单元410、第一显示控制单元420和第一显示单元430；温度传感单元410用于检测出水管的水温信号，并将水温信号发送至控制器500和第一显示控制单元420；第一显示控制单元420用于根据水温信号控制第一显示单元430显示出水管的水温；控制器500用于根据水温调节值和/或水流量调节值对水温调节模块200进行控制，以及根据水流量信号、水温信号和语音调节指令的差异对水温调节模块200进行控制。

具体地，语音识别模块100能够将用户的语音内容转换为相应的计算机可读的信号。热水管、冷水管和出水管通过水温调节模块200连接，当用户需要用水时，可通过水温调节模块200控制热水管中的热水和冷水管中的冷水进入出水管，以使用出水管中的水。水温调节模块200还可以分别调节热水管中进入出水管的水流量以及冷水管中进入出水管的水流量，以调节出水管中的热水和冷水的混合比例，进而在调节出水管的水流量的同时，实现调节出水管的水温。流量检测模块300可包括设置在出水管中的流量检测装置，以实时检测出水管中的水流量。可选地，流量检测模块300还可以包括分别设置在热水管和冷水管中的流量检测装置，以实时检测热水管和冷水管中的水流量。温度检测模块400中的温度传感单元410可设置在出水管内，以实时检测出水管的水温。温度检测模块400中的第一显示控制单元420和第一显示单元430可设置在水管的外部，以使用户在用水过程中能够获知出水管的实时水温。控制器500能够对语音识别模块100、水温调节模块200、流量检测模块300、温度检测模块400进行控制，例如控制器500可包括型号为stm32系列的嵌入式单片机。

示例性地，在用户需要用水时，可向水温调节装置发出包括水温调节值和/或水流量调节值的语音调节指令，例如用户发出的语音调节指令为“将水温调节到x摄氏度，将水流量调节到y”时，语音识别模块100可识别到用户设置的水温调节值为x摄氏度，水流量调节值为y，将该语音调节指令的转换为计算机可读的指令，并将转换后的指令发送至控制器500。控制器500可根据该指令中的水温调节值和水流量调节值自动生成相应的控制信号并发送至水温调节模块200，例如该控制信号可包括水温调节值为x摄氏度，水流量调节值为y时热水管汇入出水管中的水流量，以及冷水管中汇入出水管中的水流量。水温调节模块200能够根据该控制信号对热水管汇入出水管中的水流量和冷水管中汇入出水管中的水流量进行调节，以在调节水流量的同时控制出水管中的水温。同时，流量检测模块300可实时检测出水管中的水流量的大小，生成相应的水流量信号并发送至控制器500，使控制器500对语音调节指令中的水流量调节值和实时的水流量信号进行比较，根据二者的差异继续对水温调节模块200进行控制，以形成闭环控制，使得出水管中的水流量满足用户设置的水流量调节值。温度传感单元410可实时检测出水管中的水温，生成相应的水温信号并发送至控制器500，使控制器500对语音调节指令中的水温调节值和实时的水温信号进行比较，根据二者的差异继续对水温调节模块200进行控制，以形成闭环控制，使得出水管中的水温逐渐趋近用户设置的水温调节值。并且，温度传感单元410还可以将水温信号发送至第一显示控制单元420，以使第一显示控制单元420根据水温信号控制第一显示单元430显示出水管的实时水温，以便用户在用水的过程中可以看到实时显示的温度，无需用人体器官去感知水温，以免出现烫伤等意外。

本发明的技术方案，利用语音识别模块实现了语音调节水温和水流量，能够使不同用户根据自身的用水需求来更加便捷地调节水温和水流量，利用流量检测模块、温度检测模块和控制器形成了流量和温度的双闭环控制系统，有助于精确调节水温和水流量，并且利用第一显示单元实时显示水温，使得用户在用水过程中能够方便地获知水温而无需用人体器官去感知水温。与现有技术相比，本发明的技术方案缓解了现有水温调节方式控制精度较低及水温调节不便捷的问题，实现了水温和水流量的自动语音控制，提高了用水的便捷性和舒适度，有助于提升用户体验。

图3是本发明提供的另一种温度检测模块的结构示意图，具体为温度检测模块的电路结构示意图。结合图1至图3，在上述方案的基础上，可选地，设置温度传感单元410包括第一晶体管vt、第一电阻r1、热敏二极管vd、第二电阻r2和滑动变阻器rp1；第一晶体管vt、第一电阻r1和热敏二极管vd依次连接，第一晶体管vt的第一端和第二电阻r2的第一端接入电源信号，第一晶体管vt的栅极和热敏二极管vd的第一极连接第一显示控制单元420的第一信号输入端(例如第一显示控制单元420的端口30)，第二电阻r2的第二端连接滑动变阻器rp1的第一端，滑动变阻器rp1的第二端连接热敏二极管vd的第二极并接地，滑动变阻器rp1的滑动触头连接第一显示控制单元420的第二信号输入端(例如第一显示控制单元420的端口31)。

具体地，第一晶体管vt可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)。热敏二极管vd可以是对温度敏感的二极管，其正向压降可随着温度的变化而变化。示例性地，热敏二极管vd可以是型号为1n4148的二极管，其内部pn结的正向压降具有负的温度系数，且在一定温度范围内呈现线性变化，具体地，该二极管的正向压降温度系数约为－2.2mv/℃(即温度每升高t℃，正向压降约减小2.2mv)，该二极管可测量的温度范围是－50～+150℃，具有良好的线性度。若采用恒流源为该二极管提供恒定的正向工作电压，还可进一步改善其测温的线性度，使温度传感单元410的测量误差≤0.5℃。

示例性地，第一晶体管vt、第一电阻r1、热敏二极管vd、第二电阻r2和滑动变阻器rp1构成测温电桥。其中，热敏二极管vd作为温度传感器，第一晶体管vt和第一电阻r1构成恒流源，为热敏二极管vd提供恒定的正向电流，第二电阻r2和滑动变阻器rp1构成测温电桥的另外两个桥臂。在该测温电桥中，第一晶体管vt的第一端和第二电阻r2的第一端接入电源信号+v，滑动变阻器rp1的第二端和热敏二极管vd的第二极接地，热敏二极管vd的第一极(例如第一极为阳极)和滑动变阻器rp1的滑动触头的输出信号代表温度函数的差动信号电压，其中，滑动变阻器rp1的滑动触头处的电压可作为固定参考电压，热敏二极管vd的第一极处的电压则作为随温度而变化的函数电压。本实施例这样设置的好处在于，有利于增大温度传感单元的测温范围，提升温度传感单元的测量精度及测温速度。

结合图1至图3，可选地，设置第一显示控制单元420包括模数转换器、译码器和显示驱动器(图中未示出)；模数转换器用于将温度传感单元410检测的水温信号转换为数字信号；译码器用于对数字信号形式的水温信号进行译码；显示驱动器用于根据译码后的水温信号驱动第一显示单元430进行显示。

具体地，模数转换器能够将温度传感单元410输出的表示出水管的水温的电压模拟信号(即水温信号)转换为相应的数字信号，以使译码器继续对该数字信号继续进行处理，将该数字信号转换为控制第一显示单元430进行显示的信号，并将该信号发送至显示驱动器，进而通过显示驱动器驱动第一显示单元430显示出水管的实时水温。另外，模数转换器还能将其转换的数字信号发送至控制器500，以使控制器500根据该数字信号和语音调节指令对出水管的水温进行闭环控制。

结合图1至图3，可选地，设置第一显示单元430包括多个发光二极管(led)数码管。具体地，led数码管可以是由七个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，其“8”字型的每个笔画分别对应一个发光二极管，且每个发光二极管的接线端均引出至led数码管的外部，各笔画对应的发光二极管的接线端可分别表示为a端、b端、c端、d端、e端、f端和g端。第一显示单元430中的多个led数码管可在第一显示单元430中的显示驱动器的控制下显示出水管的实时水温。

示例性地，第一显示单元430包括三个led数码管，由于百位的数码管只需显示“1”和“－”号，故仅连接百位数码管的b端、c端和g端对应的发光二极管即可。第一显示单元430可安装在水温调节装置的透明液晶显示中，以使用户在用水过程中可以看到实时显示的温度，无需用人体器官去感知水温，以免出现烫伤等意外。

结合图1至图3，在上述各方案的基础上，可选地，第一显示控制单元420可以是型号为icl7107的模数(a/d)转换驱动集成电路，该a/d转换驱动集成电路的内部可集成模数(a/d)转换器、bcd七段译码器、led数码管驱动器、时钟和参考基准电压源等功能模块，该a/d转换驱动集成电路可将输入的水温信号转换为数字信号，通过bcd七段译码器对该数字信号进行译码，并利用led数码管驱动器根据译码后的信号驱动led数码管显示出水管的实时水温。另外，该a/d转换驱动集成电路还具有归零、自动显示温度极性(即正负)以及超量程指示等功能，一旦出水管的水温超过人体能够承受的水温，就会自动发出语音提醒，并通过控制器进行水温控制，使温度保持为适宜的温度。

示例性地，该a/d转换驱动集成电路的第一引脚1输入电源信号+v(例如5v电压)，第二十六引脚26输入电源信号-v(例如-5v电压)。第二引脚2至第八引脚8的输出信号用于驱动个位led数码管进行显示，第二引脚2连接个位led数码管的d端，第三引脚3连接个位led数码管的c端，第四引脚4连接个位led数码管的b端，第五引脚5连接个位led数码管的a端，第六引脚6连接个位led数码管的f端，第七引脚7连接个位led数码管的g端，第八引脚8连接个位led数码管的e端。第九引脚9至第十五引脚15的输出信号用于驱动十位led数码管进行显示，第九引脚9连接十位led数码管的d端，第十引脚10连接十位led数码管的c端，第十一引脚11连接十位led数码管的b端，第十二引脚12连接十位led数码管的a端，第十三引脚13连接十位led数码管的f端，第十四引脚14连接十位led数码管的e端，第十五引脚15连接十位led数码管的g端。第十六引脚16、第二十引脚20和第二十四引脚24的输出信号用于驱动百位led数码管进行显示，第十六引脚16连接百位led数码管的b端，第二十引脚20连接百位led数码管的g端，第二十四引脚24连接百位led数码管的c端。第二十一引脚21用于输入接地信号，第三十二引脚32为模拟信号公共端，第三十五引脚35用于输入参考电压，第二十一引脚21、第三十二引脚32和第三十五引脚35均接地。第二十七引脚27为积分电容器的信号端，连接第三电容c3，即积分电容。第二十八引脚28为缓冲放大器输出端，连接第四电阻r4，即积分电阻。第二十九引脚29为积分器和比较器的反向输入端，连接第四电容c4，第四电容c4用于实现自动调零。第三十引脚30和第三十一引脚31均为模拟信号输入端，第三十引脚30连接测温电桥中的热敏二极管vd的第一极，第三十一引脚31连接测温电桥中的第一滑动变阻器rp1的滑动触头，第三十引脚30和第三十一引脚31还分别连接第二电容c2的两端，第二电容c2为滤波电容。第三十三引脚33和第三十四引脚34均为外接基准电容端，分别连接第一电容c1的两端，第一电容c1为基准电容。第三十六引脚36用于输入参考信号，第三十六引脚36连接第二滑动变阻器rp2的滑动触头，第三电阻r3为限流电阻，第二滑动变阻器rp2处的电压可作为参考电压。第三十八引脚38、第三十九引脚39和第四十引脚40均为时钟振荡器的引出端，第三十八引脚38连接第五电容c5，第三十九引脚39连接第五电阻r5，第五电容c5和第五电阻r5构成振荡器。第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8分别是百位、十位和个位led数码管的限流电阻。

参考图1，可选地，设置水温调节模块200包括调节阀，调节阀包括热水进水口、冷水进水口和出水口；热水进水口连接热水管，冷水进水口连接冷水管，出水口连接出水管；调节阀通过转动以调节热水管和冷水管的水流量。示例性地，水温调节模块200在控制器500的控制下对水温和水流量进行调节时，可自动控制调节阀正转以控制进入出水口的热水的水流量，并自动控制调节阀反转以控制进入出水口的冷水的水流量，进而在调节出水管的水流量的同时，实现调节出水管的水温。

图4是本发明提供的另一种水温调节装置的结构示意图，具体为水温调节装置的模块结构示意图。如图4所示，可选地，水温调节装置还包括保护电路600，保护电路600与控制器500电连接；保护电路600用于对水温调节装置进行过温保护、过电流保护、过电压保护和短路保护。

参考图1和图4，在上述各方案的基础上，可选地，在语音调节指令包括水温调节值时，控制器500用于根据水温信号和水温调节值的差异对水温调节模块200进行比例积分微分控制；在语音调节指令包括水流量调节值时，控制器500用于根据水流量信号和水流量调节值的差异对水温调节模块200进行比例积分微分控制。

具体地，比例积分微分控制即pid控制，在语音调节指令包括水温调节值时，控制器500能够根据水温调节值和实时的水温信号对应的温度值确定控制偏差，将该偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，进而根据该控制量控制水温调节模块200调节水温。同理，在语音调节指令包括水流量调节值时，控制器500能够根据水流量调节值和实时的水流量信号对应的流量值确定控制偏差，将该偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，进而根据该控制量控制水温调节模块200调节水流量。由于pid控制具有鲁棒性好和可靠性高的特点，本发明通过进行水温和水流量的双闭环pid控制，使得水温调节装置对水温和水流量的控制更加精确。

示例性地，保护电路600能够实时获取控制器500接收到的水温信号，当保护电路600根据水温信号确定出水管的水温大于预设水温阈值时，可控制水温调节装置停止工作，以实现过温保护。保护电路600还可以通过控制器500实时获取水温调节装置中的电能参数，例如电压和电流等参数，当保护电路600检测到水温调节装置的工作电流大于预设电流阈值时，可控制水温调节装置停止工作，以实现过电流保护。当保护电路600检测到水温调节装置的工作电压大于预设电压阈值时，可控制水温调节装置停止工作，以实现过电压保护。当保护电路600检测到水温调节装置短路时，可控制水温调节装置停止工作，以实现短路保护。这样设置的好处在于，有利于保证用户安全用水，避免发生意外。

在上述各方案的基础上，可选地，设置水温调节装置还包括设置在热水管中的加热装置，加热装置与控制器电连接，加热装置用于在控制器的控制下，根据语音调节指令和热水管的水温对热水管中存储的水进行加热。

示例性地，加热装置可以是电热执行器，电热执行器又称电热恒温控制器，电热执行器的内部包括电加热丝，电热执行器可通过电加热丝为热水管中存储的水进行加热。示例性地，可在热水管中设置具有无线通信功能的加热装置，以在用户需要用水时，通过控制器根据用户的语音调节指令和热水管的水温对热水管中的加热装置进行控制，以使加热装置对热水管中存储的水进行加热。现有水温调节方式中，在用户需要用水时，若热水管中存储有冷水，则需预先放一段时间的冷水才能使出水管的水温满足用户的需求，与现有技术相比，本实施例的方案能够提升出水管水温的上升速度，即便热水管中存储有冷水，也能迅速提升出水管的水温，有利于优化用户体验。

在上述各方案的基础上，可选地，设置流量检测模块包括依次电连接的流量传感单元、第二显示控制单元和第二显示单元；流量传感单元用于检测水流量信号，并将水流量信号发送至控制器和第二显示控制单元；第二显示控制单元用于根据水流量信号控制第二显示单元显示出水管的水流量。

示例性地，流量传感单元可包括设置在出水管中的流量传感器，第二显示控制单元可包括模数转换器、译码器和显示驱动器，例如第二显示控制单元可包括如图3所示的a/d转换驱动集成电路，第二显示单元可包括led数码管。这样设置的好处在于，模数转换器能够将流量传感器检测的出水管的水流量信号转换为相应的数字信号，以使译码器继续对该数字信号继续进行处理，将该数字信号转换为控制led数码管进行显示的信号，并将该信号发送至显示驱动器，进而通过显示驱动器驱动第二显示单元中的led数码管显示出水管的实时水流量，使用户能够便捷地获知出水管的实时水流量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。