本實用新型涉及機械設計與自動控制領域，具體地說，涉及一種基于STM32的定時變量開水器。

背景技術：

在工礦企業(yè)、學校、圖書館、學生宿舍諸多單位均配備有開水器；市面上銷售的開水器有沸騰式開水器、步進式開水器等多種開水器，但開水器或多或少均存在著以下不足:(1)日常供水量大于需求，始終處于滿水位運行，從而導致電能損耗嚴重,存在耗電量大的情況；(2)由于其供水過多導致余量增多，而保溫性能不好，導致開水器需要對過多余量的水反復多次加熱，同時存在著冷熱水混合加熱的情況，產生不利于健康的因素；(3)開水器保溫效果較差，熱量散失嚴重，而且對這部分熱量沒有進行有效地循環(huán)再利用。

目前，市面上存在一種新型的即熱式開水器，但這種開水器出水速度慢，不能滿足集中供水的需求；同時還有一種新型的磁能定時變量開水器，這種開水器采用磁能加熱，雖然省電，但是由于新的加熱技術在市場上普遍反映可靠性不夠高，同時售價昂貴，難以推廣；該開水器定時變量供水是人為設置時間段和高、中、低水位，時間和供水準確性較低。

技術實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，克服傳統(tǒng)熱水器全部時間內滿水位運行，從而造成耗電及熱量的浪費問題，本實用新型提出一種基于STM32的定時變量開水器。該開水器采用多個水箱體對散失或即將散失的熱量進行二次利用，根據(jù)實際需要定時變量供水，精準控制煮水量，減少功耗。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:包括涼水箱、煮水箱、自來水箱、儲水箱、水位傳感器、電磁閥、換熱器、浮球閥，其特征在于采用多個水箱固定在箱體框架內，水箱之間通過電磁閥控制，箱體頂部有限壓閥，箱體側壁下部開有進水口；所述煮水箱位于自來水箱的下面，煮水箱內設有第一加熱管，第一水位傳感器固定在煮水箱內頂部，煮水箱用于對水進行煮沸，并將煮沸的開水注入儲水箱內；煮水箱上部有兩個熱交換器固定在自來水箱內，通過熱交換器將熱量傳導給自來水；所述儲水箱內設有第二加熱管，兩個加熱管橫向排列間距為83mm，第二水位傳感器固定在儲水箱內頂部，儲水箱用于儲存煮水箱煮沸的開水并對其保溫；所述涼水箱與所述儲水箱分別位于煮水箱的下面,涼水箱與儲水箱之間由單向電磁閥控制，涼水箱與儲水箱底部分別有第一排水口、第二排水口；涼水箱內設有第一換熱器,第一換熱器一端與進水口連接,另一端與自來水箱內浮球閥連接,浮球閥用來控制閥門的開閉，自來水箱內浮球閥控制水位不低于85mm；涼水箱用于儲存煮沸的開水，并對用戶提供涼開水；工作時STM32通過內部定時器設置時間使超聲波模塊HC-SR04對水箱的水位進行采樣，STM32通過讀取超聲波模塊返回的高電平的持續(xù)時間，得出注水時間與注水量，并將數(shù)據(jù)通過SPI總線傳輸給W25Q64存儲器保存；STM32通過SPI總線讀取W25Q64的數(shù)據(jù)，在規(guī)定的時間給水箱注入規(guī)定的水量；STM32微控制器通過發(fā)出PWM波或電平信號，控制繼電器導通或斷開，控制電磁閥的導通或斷開，進而控制注水與否；STM32微控制器輸出另一路PWM波或電平信號，控制繼電器導通或斷開，控制加熱與否；同時，溫度傳感器將讀出的溫度數(shù)據(jù)傳回至STM32微控制器，與設定的溫度進行比對決定是否加熱，實現(xiàn)對溫度閉環(huán)控制；STM32通過內部的靜態(tài)存儲控制器操作TFT-LCD，實時地顯示各模塊運行狀態(tài)與溫度，水位參數(shù)；同時通過UASRT串口與PC端進行通訊返回各狀態(tài)與參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)運行。

所述第一加熱管為多個，每個加熱管為750W,每兩個加熱管間距為75mm。

自來水箱、煮水箱、涼水箱與儲水箱外部包覆聚氨酯材料，隔絕各水箱之間與外部環(huán)境的熱交換。

所述第二換熱器采用紫銅材料。

有益效果

本實用新型提出的一種基于STM32的定時變量開水器，采用多個水箱體進行熱量再利用，根據(jù)實際需要定時變量供水，精準控制煮水量，避免了耗電及熱量的浪費現(xiàn)象。

本實用新型定時變量開水器可減少熱量散失并回收熱量；開水器采用雙聚能加自來水雙重預熱設計，在自來水注入自來水箱的過程中，管道經(jīng)過涼水箱，吸收涼水箱內的余熱，預熱自來水并加速涼水箱內水的降溫。煮水期間，蒸汽通過自來水箱內的熱交換器對自來水進行預熱；水箱體包覆保溫材料保證熱量的散失減小到最低。

本實用新型定時變量開水器可提供健康用水；開水器分時段變量供水有效地避免千滾水的產生，多箱體的設計將熱水和涼水完全隔離開，避免了陰陽水的產生。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本實用新型一種基于STM32的定時變量開水器作進一步詳細說明。

圖1為本實用新型定時變量開水器結構示意圖。

圖2為本實用新型定時變量開水器結構側視圖。

圖3為本實用新型定時變量熱水器結構俯視圖。

圖4a、圖4b為本實用新型定時變量開水器的自來水箱換熱器示意圖。

圖5a、圖5b為本實用新型定時變量開水器的水位測量電路圖。

圖6為本實用新型定時變量開水器的水位信息存儲電路圖。

圖7a、圖7b為本實用新型定時變量開水器的電磁閥控制電路圖。

圖8a、圖8b為本實用新型定時變量開水器的加熱控制電路圖。

圖9a、圖9b為本實用新型定時變量開水器的溫度采集電路圖。

圖10為本實用新型定時變量開水器的顯示模塊電路圖。

圖中

1.第一排水口 2.進水口 3.第一換熱器 4.涼水箱 5.保溫層 6.第一加熱管7.煮水箱 8.浮球閥 9.自來水箱 10.第二換熱器 11.限壓閥 12.第一電磁閥13.第一水位傳感器 14.第二電磁閥 15.第二水位傳感器 16.儲水箱 17.第二加熱管18.第二排水口

具體實施方式

本實施例是一種基于STM32的定時變量開水器。

1.信息處理過程

本實施例中,選用STM32系列的STM32F103ZET6微控制器作為控制電路的核心部件。

如圖5、圖6所示，工作時STM32通過內部定時器設置時間使超聲波模塊HC-SR04對水箱的水位進行采樣。STM32通過讀取超聲波模塊返回的高電平的持續(xù)時間，分析計算得出合理的注水時間與注水量，并將結果通過SPI總線傳輸給W25Q64存儲器保存，確保不因意外斷電而丟失數(shù)據(jù)。

如圖7、圖8、圖9所示，工作時，STM32通過SPI總線讀取W25Q64的數(shù)據(jù)，在規(guī)定的時間給水箱注入規(guī)定的水量。STM32微控制器通過發(fā)出PWM波或電平信號，控制繼電器導通或斷開，最終控制電磁閥的導通或斷開，進而控制注水與否；STM32微控制器輸出另一路PWM波或電平信號，控制繼電器導通或斷開，控制加熱與否；同時，溫度傳感器DS18B20通過“一線總線”形式將讀出的溫度傳回至STM32微控制器，與設定的溫度進行比對決定是否加熱，對溫度實現(xiàn)閉環(huán)控制。

如圖10所示，STM32通過內部的靜態(tài)存儲控制器操作TFT-LCD，實時地顯示各模塊運行狀態(tài)與溫度，水位相關參數(shù)；同時通過UASRT串口與PC端進行通訊返回各狀態(tài)與參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)的運行。

2.工作過程

本實施例中,開水器工作過程為測量過程，供水過程，校準過程。

在測量過程，開水器自動測量用戶的用水習慣，包括周期，用水量，建立用戶用水的數(shù)學模型；在供水過程，開水器根據(jù)數(shù)學模型確定供水量并提前煮水，在需用時間段內注入儲水箱；在供水過程同時進行校準過程，在校準過程，系統(tǒng)自動記錄各個時間段內的用水量，并與先前的數(shù)據(jù)相結合，完善之前數(shù)學模型。

用戶可根據(jù)日常實際用水情況選擇測量單位供水時間和供水周期，選定之后，在其后的一個供水周期內開水器采用滿水位運行狀態(tài)，然后每一個單位供水時間內根據(jù)距離傳感器測量用戶的用水量，并記錄。

測量期間，儲水箱和煮水箱滿水位運行，用戶使用過程中第一電磁閥12,第二電磁閥14始終保持關閉狀態(tài)；當儲水箱水位低于預設的臨界水位時，第二電磁閥14打開，將儲水箱注滿水，期間保證第一電磁閥12處于關閉狀態(tài)。當?shù)诙姶砰y14關閉時，若煮水箱水位達到臨界水位，打開第一電磁閥12將煮水箱注滿水并煮開。在單位供水時間，傳感器測量并記錄下煮水箱和儲水箱的水位，計算用戶的用水量。

在測量完用戶在一個周期內用水量之后，開水器按照上一周期內的供水狀況，在每個單位時間內供應上一周期內對應單位時間內的用水量的1.2倍，以保證偶然用水量增大的情況下用水的供應。

當準備單位時間內供水時，煮水箱內注入相應的供水量，并根據(jù)水量計算時間，確保在供水前規(guī)定時間內燒好，以確保儲水箱內的水不足時仍然有水可以供應。在下一次開始時，將煮水箱內的水注入儲水箱。若在秋冬季節(jié)，涼水需求量少，可在儲水箱連續(xù)燒水后，在單位供水時間之初，將儲水箱內的剩余水量注入涼水箱；在春夏季節(jié)，可在每個設定時間將儲水箱內的水注入涼水箱內，以保證涼水的需求。

在采集用戶用水數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)需要進行校準，以保證單位時間內用水量正常供應。在每單位時間供水之后，開水器會記錄下該單位時間內用水量，并與上一周期內該時間段用水量進行比較，保存較大的用水量。

安裝過程

本實施例中,定時變量開水器箱體外殼采用不銹鋼材料加工，厚度為1.5mm，外殼體尺寸長*寬*高為460mm*560mm*670mm，箱體固定安裝在框架上，各水箱箱體之間以及水箱與外殼體之間包覆有厚度為30mm的聚氨酯發(fā)泡材料作為保溫層5。各水箱箱體尺寸長*寬*高分別為:自來水箱為400mm*450mm*100mm，煮水箱為400mm*450mm*170mm，儲水箱為400mm*250mm*300mm，涼水箱為400mm*150mm*300mm。

煮水箱7內設置四個750W的第一加熱管6，第一加熱管6豎直安裝、橫向排列，相鄰兩加熱管間距為75mm，第一水位傳感器13固定在煮水箱7內頂部壁面上。儲水箱16內安裝有兩個750W第二加熱管17，兩個橫向排列的第二加熱管之間間距為83mm，第二水位傳感器15安裝在儲水箱16內頂部壁面上。煮水箱7上部有兩個第二換熱器10固定在自來水箱9內，兩個第二換熱器對稱安裝，第二換熱器10內徑為12.5mm，外徑為14mm，材料為紫銅；自來水箱9內安裝浮球閥8控制水位不低于85mm。煮水箱7與儲水箱16、自來水箱9水箱之間分別通過第一電磁閥12、第二電磁閥14連接，儲水箱16和涼水箱4之間通過單向電磁閥連接，采用DC24V控制；涼水箱4和儲水箱16底部分別設有第一排水口1、第二排水口18,第一排水口1、第二排水口18分別與水龍頭螺紋連接。