專利名稱：一種高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高校恒溫供水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前熱水淋浴系統(tǒng)普遍存在打開開關(guān)后，首先出來的是管道中的冷水，只有管道中冷水全部放完后，熱水才會(huì)姍姍來遲這些問題不僅造成了嚴(yán)重的不舒適，而且浪費(fèi)大量的水資源，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年僅此一項(xiàng)，我國就會(huì)浪費(fèi)幾千萬噸自來水。這種現(xiàn)象在高校中更為嚴(yán)重，因?yàn)樵谝话慵彝ブ?，人們?huì)出于節(jié)約的考慮而將一開始流出的冷水用各種容器接下來用于其它用處，而在高校中，大部分高校是免費(fèi)供水，從而造成了學(xué)生的節(jié)水意識(shí)薄弱的現(xiàn)實(shí)，大量的水資源會(huì)白白流失。關(guān)于熱水循環(huán)系統(tǒng)，目前有不少研究，市場上也有了一些產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品大多是針對(duì)家庭用戶設(shè)計(jì)，并不是很適合高校宿舍使用，原因在于:(I)現(xiàn)有產(chǎn)品價(jià)格高昂，高校宿舍多，一次性投資大，很多高校并不愿意為此投入過大的財(cái)力安裝這種循環(huán)系統(tǒng)；(2)現(xiàn)有產(chǎn)品安裝難度大，需要對(duì)原有供水系統(tǒng)作較大的改造，而高校宿舍設(shè)施已經(jīng)成型，做大規(guī)模的改造，工程浩大，可行性低；(3)現(xiàn)有產(chǎn)品操作復(fù)雜，不適合高校學(xué)生使用。高校洗浴設(shè)備屬于公用設(shè)施，使用頻繁，容易出現(xiàn)故障，現(xiàn)有的系統(tǒng)維修麻煩，需要廠方專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，非常不方便。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型 解決的問題就是在現(xiàn)有的高校熱水供應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供一種安裝簡單、操作方便的智能節(jié)水裝置，這種裝置可以起到節(jié)約水資源的作用，并提供個(gè)使用者很好的舒適感。采用的技術(shù)方案是，一種高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，由單片機(jī)控制模塊、溫度傳感器、閥門、水泵、顯示模塊、操作界面和冷水回水管組成，閥門和水泵通過回水管與高校原有熱水供應(yīng)系統(tǒng)的出水龍頭相連，溫度傳感器安裝在與水龍頭相連的水管上，對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，單片機(jī)控制模塊、顯示模塊和操作界面安裝在與出水龍頭相鄰的墻壁上，便于使用者控制與查看，用戶通過操作界面設(shè)置理想水溫并控制整個(gè)裝置的工作，溫度傳感器采集水管中水的溫度，并將信息傳送給單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊將溫度傳感器采集到的溫度與用戶設(shè)置的水溫進(jìn)行比較，決定閥門和水泵的工作情況，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊將溫度傳感器采集到的溫度在顯示模塊上進(jìn)行顯示，供用戶觀察。對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的溫度傳感器2為DS18B20溫度傳感器?？刂扑堫^是否出水的閥門3采用電磁閥。水泵4為高壓水泵。單片機(jī)控制模塊I中的單片機(jī)為51單片機(jī)中的STC89C51單片機(jī)。本實(shí)用新型有益效果是通過在原有熱水器的基礎(chǔ)上智能控制系統(tǒng)和循環(huán)泵而成的，因此，運(yùn)行穩(wěn)定、投資少，并且解決以下問題:[0013]1、與高校熱水供應(yīng)系統(tǒng)配合使用，沐浴時(shí)無需等待冷水排放過程，通過該產(chǎn)品自動(dòng)循環(huán)的功能，達(dá)到即開即用舒適熱水；2、全自動(dòng)控制出水溫度，水溫顯示，直觀、便捷控制水溫；3、可預(yù)設(shè)開機(jī)時(shí)間段，人性化體現(xiàn)關(guān)懷；4、恒溫出水，提供舒適的淋浴體驗(yàn)；5、安全、環(huán)保、節(jié)能。

圖1為恒溫供水系統(tǒng)的工作原理圖。圖2為恒溫供水系統(tǒng)的安裝示意圖。附圖標(biāo)記說明:、單片機(jī)控制模塊；2、溫度傳感器；3、閥門；4、水泵；5、顯示模塊；
6、操作界面；7、冷水回水管；8、加熱器
具體實(shí)施方式
下 面結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的整體裝置結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由單片機(jī)控制模塊1、溫度傳感器2、閥門3、水泵4、顯示模塊5和操作界面6六個(gè)模塊組成。用戶通過操作界面6設(shè)置理想水溫并控制整個(gè)裝置的工作。溫度傳感器2采集水管中水的溫度，并將信息傳送給單片機(jī)控制模塊1，單片機(jī)控制模塊I將溫度傳感器2采集到的溫度與用戶設(shè)置的水溫進(jìn)行比較，決定閥門3和水泵4的工作情況，閥門3可為電磁閥，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊I將溫度傳感器2采集到的溫度在顯示模塊5上進(jìn)行顯示，供用戶觀察。附圖2是本實(shí)用新型裝置與高校熱水供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)合使用的示意圖。高校熱水供應(yīng)系統(tǒng)的水管布局雖然不盡相同，但是基本上都符合附圖2所示循環(huán)原理圖。一個(gè)宿舍大概有三個(gè)淋浴裝置，智能型熱水循環(huán)控制系統(tǒng)就安裝在其中一個(gè)出水口，可以保證所有的用水口都能夠隨時(shí)用上熱水。智能型熱水循環(huán)系統(tǒng)采用溫度傳感器2對(duì)每一個(gè)出水口里的熱水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，將檢測到的信號(hào)送入單片機(jī)控制模塊1，判斷當(dāng)時(shí)熱水管里的熱水是否低于設(shè)置的溫度(初始默認(rèn)40°C，略高于人體體溫)。如果是，就啟動(dòng)水泵4，將熱水管里的冷水通過冷水回水管7回送入加熱器8中，加熱器8里的熱水會(huì)補(bǔ)充熱水管，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后系統(tǒng)自動(dòng)停止工作，整個(gè)過程能夠快速完成，一般不會(huì)超過一分鐘；當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，裝置進(jìn)入恒溫模式，在淋浴過程中，利用PID控制算法和水溫控制算法對(duì)水管中的水進(jìn)行冷熱水的自動(dòng)混合并恒溫輸出，混合的溫度有用戶自己設(shè)定。用戶也可以取消自動(dòng)恒溫功能，手動(dòng)調(diào)節(jié)熱水和冷水的大小來達(dá)到適合的溫度，從而達(dá)到智能控制和手動(dòng)控制相結(jié)合，隨時(shí)使用適合自己的熱水的目的。下面是本實(shí)用新型的具體選材方案及技術(shù)原理。由于本系統(tǒng)的控制相對(duì)比較簡單，而且考慮到成本問題，所以單片機(jī)控制模塊I中的單片機(jī)選擇了 51單片機(jī)中的STC89C51單片機(jī)。該單片機(jī)共有32個(gè)通用IO 口，兩個(gè)定時(shí)器，兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口，而且價(jià)格低廉，對(duì)于我們這個(gè)系統(tǒng)來說非常合適。溫度傳感器需要對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏，經(jīng)濟(jì)可靠，我們選擇了 DS18B20。DS18B20體積小、經(jīng)濟(jì)、靈活?？梢猿浞职l(fā)揮“一線總線”的長處。DS18B20只有3個(gè)管腳，分別是VCCjGND和數(shù)據(jù)線，即支持“一線總線”接口，非常適合51單片機(jī)的控制。測量溫度范圍為-55° C +125° C，在-10 +85° C范圍內(nèi)，精度為±0.5° C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡單化和降低成本，本系統(tǒng)采用共陰數(shù)碼管來顯示用戶設(shè)定的溫度和熱水管實(shí)際測得的溫度。數(shù)碼管具有成本低廉，顯示清晰和控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)使用靜態(tài)顯示方法，不需要B⑶譯碼器?？紤]到本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)混水恒溫控制，要比較精確地控制熱水和冷水的比例，所以我們采用了目前運(yùn)用非常成熟的PID控制算法，通過檢測熱水，冷水和混水的溫度來調(diào)節(jié)P、1、D三個(gè)值的大小,繼而控制熱水和冷水的流速,達(dá)到恒溫的目的。PID控制器(比例-積分-微分控制器)，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過三個(gè)參數(shù)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)水溫的恒溫控制。PID增量式算法離散化公式:比例控制(P)是一種簡單的控制方式。其控制器輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error )。積分控制(I)中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)積分成正比關(guān)系。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差或簡稱差系統(tǒng)(System withSteady-state Error).消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于 時(shí)間積分，隨著時(shí)間增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間增加加大，它推動(dòng)控制器輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制(D)中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)微分(即誤差變化率)成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)克服誤差調(diào)節(jié)過程中能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因由于存較大慣性組件(環(huán)節(jié))或滯后(delay)組件，具抑制誤差作用，其變化總落后于誤差變化。解決辦法使抑制誤差作用變化“超前”，即誤差接近零時(shí)，抑制誤差作用就應(yīng)該零。這就說，控制器中僅引入匕例”項(xiàng)往往夠，比例項(xiàng)作用僅放大誤差幅值，目前需要增加“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化趨勢(shì)，這樣，具比例+微分控制器，就能夠提前使抑制誤差控制作用等于零，甚至負(fù)值，從避免被控量嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)較大慣性或滯后被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中動(dòng)態(tài)特性。
權(quán)利要求1.一種高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，由單片機(jī)控制模塊(I)、溫度傳感器(2)、閥門(3)、水泵(4)、顯示模塊(5)、操作界面(6)和冷水回水管(7)組成，特征在于，閥門(3)和水泵(4)通過回水管(7)與高校原有熱水供應(yīng)系統(tǒng)的出水龍頭相連，溫度傳感器(2)安裝在與水龍頭相連的水管上，對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，單片機(jī)控制模塊(I)、顯示模塊(5)和操作界面(6)安裝在與出水龍頭相鄰的墻壁上，便于使用者控制與查看，用戶通過操作界面(6)設(shè)置理想水溫并控制整個(gè)裝置的工作，溫度傳感器(2)采集水管中水的溫度，并將信息傳送給單片機(jī)控制模塊(I )，單片機(jī)控制模塊(I)將溫度傳感器(2)采集到的溫度與用戶設(shè)置的水溫進(jìn)行比較，決定閥門(3)和水泵(4)的工作情況，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊(I)將溫度傳感器(2 )采集到的溫度在顯示模塊(5 )上進(jìn)行顯示，供用戶觀察。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，其特征在于:對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的溫度傳感器(2)為DS18B20溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，其特征在于:控制水龍頭是否出水的閥門(3 )采用電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，其特征在于:水泵(4)為高壓水泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，其特征在于:單片機(jī)控制模塊(I)中的單片 機(jī)為51單片機(jī)中的STC89C51單片機(jī)。
專利摘要一種高校淋浴系統(tǒng)的恒溫供水裝置，由單片機(jī)控制模塊、溫度傳感器、閥門、水泵、顯示模塊、操作界面和冷水回水管組成，閥門和水泵通過回水管與高校原有熱水供應(yīng)系統(tǒng)的出水龍頭相連，溫度傳感器安裝在與水龍頭相連的水管上，對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，單片機(jī)控制模塊、顯示模塊和操作界面安裝在與出水龍頭相鄰的墻壁上，便于使用者控制與查看，用戶通過操作界面設(shè)置理想水溫并控制整個(gè)裝置的工作，溫度傳感器采集水管中水的溫度，并將信息傳送給單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)控制模塊將溫度傳感器采集到的溫度與用戶設(shè)置的水溫進(jìn)行比較，決定閥門和水泵的工作情況，同時(shí)，單片機(jī)控制模塊將溫度傳感器采集到的溫度在顯示模塊上進(jìn)行顯示，供用戶觀察。
文檔編號(hào)F24D19/10GK203131964SQ201320088810
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者宮辰 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)