專利名稱：能控制水溫和流量的出水機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能控制水溫和流量的出水機構。
背景技術：
目前，隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展，市面上已出現(xiàn)了多種新的衛(wèi)浴產(chǎn)品，例 如電子龍頭。所述電子龍頭內設有處理器，處理器內設置有溫控閥芯，利用溫控閥芯控制出 水水溫，使出水水溫保持恒定。雖然電子龍頭能夠實現(xiàn)智能精準控制出水水溫的優(yōu)點，但是 也存在有如下缺點1.溫控閥芯易結水垢，使用壽命較短；2.電子龍頭停電后無法使用。針對上述不足，有人提出了解決方案，如中國專利數(shù)據(jù)庫在2006年10月25日公 告的專利CN200420150310. 3。一種數(shù)控主動恒溫供水龍頭，包括結構相同、用于分別導入 冷熱水的二個閥門、導出冷熱混合水的出水龍頭，所述出水龍頭包括水流切換開關，所述閥 門包括控制手柄、閥體。所述數(shù)控主動恒溫供水龍頭還包括主控電路，所述閥門還包括閥門 驅動機構、進水溫度檢測電路、流量檢測裝置，所述進水溫度檢測電路、流量檢測裝置的信 號輸出端分別與所述主控電路的信號輸入端連接，所述閥門驅動機構的控制信號輸入端與 所述主控電路的控制信號輸出端連接，所述閥門驅動機構與所述閥門控制手柄機械連接。 所述數(shù)控主動恒溫供水龍頭還包括出水口溫度檢測電路，所述出水口溫度檢測電路包括出 水口溫度傳感器，設置于所述出水龍頭的出水口處，所述出水口溫度檢測電路的檢測信號 輸出端與所述主控電路電連接。對比傳統(tǒng)的溫控閥門，CN200420150310.3具有恒溫準確 度高，控制速度快之優(yōu)點，但也存在有如下不足之處1.開啟時，用戶轉動二閥門的手柄控 制出水溫度，主控電路保存出水溫度，然后主控電路自動保持該出水溫度，出水溫度設定不 便、不準；2.手動控制無法實現(xiàn)出水水量、出水溫度的精準控制；3.用戶無法實現(xiàn)出水水量 調節(jié)，設定后主控電路控制二閥門使其保持出水溫度，出水溫度保持也即出水流量保持，無 法調節(jié)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了能控制水溫和流量的出水機構，其克服了背景技術中的供水龍頭所 存在的不足。本發(fā)明解決其技術問題的所采用的技術方案是能控制水溫和流量的出水機構，它包括冷水管、熱水管、水溫調節(jié)機構、流量調節(jié) 機構、控制面板和控制裝置；水溫調節(jié)機構包括混合閥和溫度電機，混合閥的二進水口分別 接通冷熱水管，溫度電機控制混合閥動作；流量調節(jié)機構包括流量閥和流量電機，流量閥連 接混合閥的出口，流量電機控制流量閥動作；冷水管的水溫為Tc，流量為Fc ；熱水管內的水溫為TH，流量為Fh ；流量閥的出口的 水溫為TM;控制面板用于供用戶輸入設定溫度T/和設定流量F/ ；所述控制單元包括溫度計算模塊，它包括
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第一計算模塊，它用于獲取T。、F。、TH、Fh和T/，并通過該些數(shù)據(jù)計算Al和A2，其 中Al為(Th-Tm' )/(TM' _TC)，A2為！VFh，比較Al和Α2，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第一溫控信號 以控制溫度電機工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度粗調；及第二計算模塊，用于獲取Tm和T/，比較Tm和T/，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第二溫控信 號以控制溫度電機工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度精調；及流量計算模塊，它獲取F/、FC*FH，比較F/與&和？11之和，根據(jù)比較結果產(chǎn)生 流量控制信號以控制流量電機工作，流量閥動作以實現(xiàn)流量調節(jié)，然后調用第二計算模塊。一較佳實施例之中所述溫度計算模塊還包括判斷模塊，判斷模塊判斷A2是否位 于Al的預定誤差之內，如果是則調用第二計算模塊，否則調用第一計算模塊。一較佳實施例之中所述溫度電機采用同步電機。一較佳實施例之中所述流量閥采用快開閥。一較佳實施例之中它還包括供電電源，供電電源為外接電源和內置電源，外接電 源為整個系統(tǒng)供電，內置電源是在外接電源斷開的情況下，為電磁閥和控制模塊供電。一較佳實施例之中所述冷水管之內設置有流量傳感器和感溫傳感器用于獲取 TC,FC ；熱水管之內設置有流量傳感器和感溫傳感器用于獲取Th、Fh ；流量閥的出口處也設置 有感溫傳感器用于獲取TM。一較佳實施例之中所述控制模塊信號連接冷水管、熱水管的流量傳感器、感溫傳 感器，信號連接混合閥的出口的感溫傳感器。一較佳實施例之中所述第二計算模塊，用于獲取Tm和T/，比較Tm和T/，根據(jù) 比較結果產(chǎn)生第二溫控信號以控制溫度電機工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度精調，然后調用 流量計算模塊。一較佳實施例之中所述流量閥出口處設置有電磁閥。本技術方案與背景技術相比，它具有如下優(yōu)點控制裝置獲?。、^^、^、F/數(shù)據(jù)，依據(jù)該數(shù)據(jù)控制流量閥動作以調節(jié) 流量，依據(jù)該數(shù)據(jù)計算出Al和A2，比較Al和A2并利用比較結果控制混合閥動作以調節(jié)溫 度，它克服了背景技術所存在的不足并產(chǎn)生如下有益效果a.利用Al和A2結果控制混合 閥，溫度調節(jié)速度快，調節(jié)準確，基本上一次計算即可獲得粗調到位；b.巧妙結合流量閥和 混合閥，用戶能調節(jié)出水水溫，也能調節(jié)出水流量，具有實用性，能節(jié)省水資源；c.用戶能 通過控制面板直接設定T/、IV，設定方便、準確；d.比較Tm和T/，依據(jù)比較結果精調混 合閥，調節(jié)準確率高；e.采用混合閥調節(jié)冷、熱水管流量，加設功能，停電后仍可出水，能定 時定量出水功能，結構簡單，使用壽命長；f.通過比較實際的流量閥出口的溫度和預設的 溫度，根據(jù)比較結果精調溫度電機，提高出水溫度的準確率，避免因流量調節(jié)影響出水溫度 (流量調節(jié)會影響出水溫度，出水溫度調節(jié)也會影響出水流量)。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1繪示了一較佳實施例的出水機構的立體分解示意圖。圖2繪示了一較佳實施例的出水機構的結構示意圖。圖3繪示了一較佳實施例的出水機構的帶有水路示意的立體半剖示意圖。
圖4繪示了一較佳實施例的出水機構的剖面示意圖。圖5繪示了一較佳實施例的出水機構的原理示意圖。圖6繪示了一較佳實施例的單片機PIC16F916和電子元器件的電路圖。圖7繪示了一較佳實施例的微動開關的電路圖。圖8繪示了一較佳實施例的傳感器的電路圖。圖9繪示了一較佳實施例的流量電機的驅動電路。圖10繪示了一較佳實施例的溫度電機的驅動電路。圖11繪示了 一較佳實施例的電磁閥的驅動電路。
具體實施例方式請查閱圖1至圖5，能控制水溫和流量的出水機構，它包括冷水管100、熱水管200、 水溫調節(jié)機構、流量調節(jié)機構、控制面板500、控制裝置、本體700和上蓋800。冷水管100之內設置有第一流量傳感器110和第一感溫傳感器120用于獲取冷水 水溫T。、冷水流量F。；熱水管200之內設置有第二流量傳感器210和第二感溫傳感器220用 于獲取熱水水溫TH、熱水流量Fh。上述的第一流量傳感器110、第二流量傳感器210例如采 用水壓傳感器或流速傳感器等。水溫調節(jié)機構包括混合閥310和溫度電機320，溫度電機320采用步進電機?；旌?閥310的二進水口分別接通冷熱水管100、200，冷、熱水分別從兩進水口進入并混合。溫度 電機320能夠控制混合閥310動作，如溫度電機320的輸出軸轉動，通過輸出軸轉動帶動混 合閥310動作，混合閥310動作并調節(jié)冷熱水管100、200的進水量，通過冷熱水量變化實現(xiàn) 混合水溫調節(jié)。流量調節(jié)機構包括流量閥410和流量電機420，流量閥410連接混合閥310的出 口，流量電機420控制流量閥410動作以實現(xiàn)出水流量調節(jié)。本實施例之中，流量閥410可 采用快開閥。流量閥410的出口處也設置有第三感溫傳感器430用于獲取混合水溫TM。控制面板500用于供用戶輸入設定溫度T/和設定流量F/，上述的控制面板500 例如采用觸摸屏或旋鈕。操作面板可通過數(shù)據(jù)線連接PCB控制板，將數(shù)據(jù)傳輸至PCB控制 板，操作面板上設有調節(jié)溫度高低和流量大小的數(shù)個按鈕，操作簡單、便捷。控制單元，用于接收處理操作面板和各組件反饋的信息并發(fā)出控制指令，它包括 一流量計算模塊和一溫度計算模塊，溫度計算模塊包括第一計算模塊、第二計算模塊和判 斷模塊?？刂茊卧盘栠B接第一流量傳感器110、第一感溫傳感器120、第二流量傳感器 210、第二感溫傳感器220、第三感溫傳感器430、控制面板500用于獲取F。、Tc, TH、FH、TM、 Tm'、Fm'，控制單元信號連接溫度電機320和計量電機420，用于控制溫度電機320和計量 電機420工作。上述的第一計算模塊，它用于獲取T。、F。、Th、Fh和T/，并通過該些數(shù)據(jù)計算Al和 A2，其中Al為(Th-Tm' )/(Tm' -Tc)，A2為!VFh，比較Al和A2，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第一溫 控信號以控制溫度電機320工作，控制溫度電機320的運轉的角度，溫度電機320依運轉角 度工作并帶動混合閥310動作以使粗調溫度快速處于預設的出水溫度范圍。其原理如下假定混合前冷水的能量為Q。，熱水的能量為Qh?；旌虾蟮幕旌纤芰繛镼m。則根據(jù)能量守恒原理，有Qm = Qc+Qh ；則根據(jù)水的能量公式為Q = CMT(C為常數(shù)，M、T分別為水 的質量和溫度)則有MmTm = McTc+MhTh又因為相同時間內，管內流過水的質量M同水的流量F呈正比關系則有
1 / τ τ’A =Fc/F' = T其中，F(xiàn)' C、F' H為達到所設溫度的理論上的冷熱水進
/ 1 H IM-Ic
水流量，τ' M為用戶所設定的溫度值，TH為熱水溫度值，TC為冷水溫度值。由預定出水溫度值T' M用以上公式得出要達到預設出水溫度值所需的冷熱水的 進水流量比值應為A1，再由系統(tǒng)反饋的冷熱水的實際流量值Fc和Fh，公式A2 = Fc/Fh得出 A2,將實際比值A2與理論所需比值A1比較、反饋調節(jié)，控制混合閥芯旋轉從而實現(xiàn)A1和A2 相近，快速調節(jié)到所需的溫度范圍，粗調結束。上述的第二計算模塊，用于獲取Tm和T/，比較Tm和T/，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第二 溫控信號以控制溫度電機320工作，控制溫度電機320的運轉角度，混合閥310動作依運轉 角度轉動實現(xiàn)溫度精調，然后調用第四計算模塊。上述的判斷模塊判斷A2是否位于Al的預定誤差之內，例如A2是否位于 (A1-0. 5 A1+0. 5)之內，如果是則調用第二計算模塊，否則調用第一計算模塊。上述的流量計算模塊，它獲取F/、FjPFH，比較F/與Fc和Fh之和，根據(jù)比較結 果產(chǎn)生流量控制信號以控制流量電機420工作，流量閥410動作以實現(xiàn)流量調節(jié)，然后再調 用第二計算模塊對水溫進行精調。理由如下在不同冷熱水溫度、不同水壓下的出水溫度和 流量就各不相同，這就造成當溫度固定時，調節(jié)流量的時候，會出現(xiàn)溫度偏差，不恒定，或者 當流量固定時，調節(jié)溫度的時候，會出現(xiàn)流量偏差，不恒定。本方案在流量的調節(jié)中，通過實 時反饋信號，系統(tǒng)通過采集的溫度值和進水流量，自身實時修正，不斷的調節(jié)，從而保證出 水溫度恒定。在溫度的調節(jié)中，不斷的實時反饋信號、調節(jié)，實現(xiàn)流量的恒定，真正的實現(xiàn)精 確控制溫度和流量。本實施例之中，在流量閥410出口處另設置有一控制出水開關的第一電磁閥600。 上述的電磁閥采用DC6V的工作電壓，即可附加設干電池組，可實現(xiàn)停電仍可出水的功能。根據(jù)需要，它還包括供電電源，供電電源為控制模塊、溫度電機和流量電機提供電 能。所述供電電源可包括內置供電電源和外接供電電源，外接供電電源為整個系統(tǒng)提供電 源，內置供電電源為當外接供電電源無輸入時，供電給電磁閥和PCB控制板，不供電給其他 部件。所述內置供電電源可包括干電池、鋰電池或發(fā)電模塊，所述發(fā)電模塊包括一設在水路 (冷水管、熱水管或混合閥出口處)的葉輪和一發(fā)電機構，通過葉輪相對發(fā)電機構轉動實現(xiàn) 發(fā)電。則在外部無供電的情況下，PCB控制板就連通干電池組，從而實現(xiàn)停電狀態(tài)下電磁閥 仍可控制出水開關。本實施例之中，所述控制單元的各模塊集成為PCB控制板900，請查閱圖6，它包 括單片機PIC16F916，及其它電子元器件。請查閱圖8，它繪示了各傳感器的傳感電路。請 查閱圖9，它繪示了流量電機的驅動電路，它包括一第一光耦合器M0C3063、一第一可控硅 TAl、第二光耦合器M0C3063、第二可控硅TA2，所述第一光耦合器M0C3063和第二光耦合器 M0C3063的輸入端連接PIC16F913以獲取控制信號，所述第一可控硅TAl和第二可控硅TA2
6連接在第一光耦合器和第二光耦合器的輸出端并連接流量電機。由于在PIC16F913和流量 電機設置光耦合器和可控硅，則控制精確，避免電機干擾PIC16F913。請查閱圖10，它繪示 了溫度電機的驅動電路。請查閱圖11，它繪示了電磁閥的驅動電路。上述的本體700和上蓋800配合組成一內有容置空間的殼體，所述冷水管100、熱 水管200、水溫調節(jié)機構、流量調節(jié)機構、控制面板500、控制裝置、第一電磁閥600都設置在 殼體之內，而且，所述冷水管100和熱水管200穿過殼體以外接供水源，所述第一電磁閥600 的出口處固設有一出水管，所述出水管穿過殼體以向外供水。另外，還可設置起始點溫度位置(一般為38°C )，設定溫度如果高于38°C，系統(tǒng)會 提示溫度過高。另外，還可設置起始流量位置(在最小流量位置，在0. Ibar壓力下，供水一 般為1-1. 5L/min)，開機啟動后，系統(tǒng)自動控制電機帶動流量閥處于半開位置，即開機時的 默認流量，之后使用者可通過控制面板調節(jié)流量大小。流量調節(jié)除可設置為連續(xù)調節(jié)外，也 可設置為預設的檔位調節(jié)(檔位調節(jié)的原理同連續(xù)調節(jié)，此處不再贅述)。為使審查員進一步了解本發(fā)明，下面具體介紹出水機構操作方法之一1.開機當控制面板檢測有開機鍵被按下時，立刻發(fā)送開機命令給控制單元，單片機 (PIC16F916)接受到開機命令后，立刻驅動電磁閥打開，同時驅動溫度電機和流量電機復位 到初始位置。電機轉接軸上設有微動開關，請查閱圖7的微動開關的電路圖，當微動開關檢 測到轉接軸的凹槽時，立刻停止電機轉動。2.控制溫度當控制面板檢測到溫度(+)鍵時，相應得溫度檔位遞加，同時發(fā)送設定的溫度值 T' 給單片機(PIC16F916)接受到溫度值Tm后，驅動溫度電機往溫度增加方向轉動，同 時單片機通過冷水溫度傳感器，熱水溫度傳感器，冷水流量計，熱水流量計實時采集冷水
Tc和流量F。，熱水的溫度Th和流量Fh，通過公式為
分別
計算出理論所需冷熱水流量比值A1和實際的冷熱水流量比值A2,并將A1與A2比較。當A2 介于(A1-O. 5，5)時，停止粗調，改用混合水溫度計采集溫度進行微調，當溫度值介于 (T' M-0. 1,T' M+0. 1)時，停止微調。至此，溫度調整結束。相反，當控制面板檢測到溫度(_)鍵時，相應得溫度檔位遞減。單片機驅動溫度電機往溫度遞減方向轉動。直至溫度介于(T' M-0. 1，T' Μ+0. 1) 范圍內，溫度調整結束。在溫度的調節(jié)中，為了控制流量恒定，系統(tǒng)內部實時反饋信號、調節(jié)，保證流量的 準確性。3.控制流量當控制面板檢測到流量(+)鍵時，相應得流量檔位遞加，同時發(fā)送設定的流量值 F' Μ給控制單元。單片機(PIC16F916)接受到流量值F' Μ后，驅動溫度電機往流量增加 方向轉動。同時單片機分別采集冷水流量F。和熱水流量Fh，通過公式Fm = Fc+Fh計算出混 合水的流量，并與設定流量值F' M比較。Fm介于(F' m-0.5,F' M+0. 5)范圍內時，停止流 量電機轉動，自此流量調整結束。在此同時，系統(tǒng)實時檢測出水溫度，并調控同步電機，使溫 度保持恒定。
相反，當控制面板檢測到流量(_)鍵時，相應得流量檔位遞減。單片機驅動溫度電機流量遞減方向轉動。Fm介于(F' M_0.5，F(xiàn)' M+0.5)范圍內 時，停止流量電機轉動，自此流量調整結束。在流量的調節(jié)中，為了控制溫度恒定，系統(tǒng)內部實時反饋信號、調節(jié)，保證溫度的 準確性。4.關機當控制面板檢測有關機鍵被按下時，立刻發(fā)送關機命令給控制單元。單片機 (PIC16F916)接受到關機命令后，立刻驅動溫度電機，流量電機停止轉動。同時，驅動電磁閥 關閉，停止出水。本實施例之中，所述出水機構可為水龍頭，但并不以此為限。如為水龍頭，則為了 節(jié)約浴室內的空間資源及達到審美效果，可將殼體隱藏式安裝，只將噴頭安裝在浴室內，而 控制面板采用無線遙控方式將數(shù)據(jù)傳輸至PCB控制板，操作方便。另外，通過設置多個出水 管，可以實現(xiàn)多路供水，除供淋浴使用外，還可供廚房、盥洗臺等使用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依 本發(fā)明專利范圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內。
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權利要求
能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于它包括冷水管、熱水管、水溫調節(jié)機構、流量調節(jié)機構、控制面板和控制裝置；水溫調節(jié)機構包括混合閥和溫度電機，混合閥的二進水口分別接通冷熱水管，溫度電機控制混合閥動作；流量調節(jié)機構包括流量閥和流量電機，流量閥連接混合閥的出口，流量電機控制流量閥動作；冷水管的水溫為TC，流量為FC；熱水管內的水溫為TH，流量為FH；流量閥的出口的水溫為TM；控制面板用于供用戶輸入設定溫度TM′和設定流量FM′；所述控制單元包括溫度計算模塊，它包括第一計算模塊，它用于獲取TC、FC、TH、FH和TM′，并通過該些數(shù)據(jù)計算A1和A2，其中A1為(TH TM′)/(TM′ TC)，A2為FC/FH，比較A1和A2，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第一溫控信號以控制溫度電機工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度粗調；及第二計算模塊，用于獲取TM和TM′，比較TM和TM′，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第二溫控信號以控制溫度電機工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度精調；及流量計算模塊，它獲取FM′、FC和FH，比較FM′與FC和FH之和，根據(jù)比較結果產(chǎn)生流量控制信號以控制流量電機工作，流量閥動作以實現(xiàn)流量調節(jié)，然后調用第二計算模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述溫度計算 模塊還包括判斷模塊，判斷模塊判斷A2是否位于Al的預定誤差之內，如果是則調用第二計 算模塊，否則調用第一計算模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述溫度電機 采用同步電機。
4.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述流量閥采 用快開閥。
5.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于它還包括供電 電源，供電電源為控制模塊、溫度電機和流量電機提供電能。
6.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述冷水管之 內設置有流量傳感器和感溫傳感器用于獲取Tc、Fc ；熱水管之內設置有流量傳感器和感溫 傳感器用于獲取Th、Fh ；流量閥的出口處也設置有感溫傳感器用于獲取TM。
7.根據(jù)權利要求6所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述控制模塊 信號連接冷水管、熱水管的流量傳感器、感溫傳感器，信號連接混合閥的出口的感溫傳感
8.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述第二計算 模塊，用于獲取Tm和T/，比較Tm和T/，根據(jù)比較結果產(chǎn)生第二溫控信號以控制溫度電機 工作，混合閥動作以實現(xiàn)溫度精調，然后調用流量計算模塊。
9.根據(jù)權利要求1所述的能控制水溫和流量的出水機構，其特征在于所述流量閥出 口處設置有電磁閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了能控制水溫和流量的出水機構。水溫調節(jié)機構包括混合閥和溫度電機，混合閥的二進水口分別接通冷熱水管，溫度電機控制混合閥動作；流量調節(jié)機構包括流量閥和流量電機，流量閥連接混合閥的出口，流量電機控制流量閥動作；冷水管的水溫為TC，流量為FC；熱水管內的水溫為TH，流量為FH；流量閥的出口的水溫為TM。控制裝置獲取FC、TC、TH、FH、TM、TM′、FM′數(shù)據(jù)，依據(jù)該數(shù)據(jù)控制流量閥動作以調節(jié)流量，依據(jù)該數(shù)據(jù)計算出A1和A2，比較A1和A2并利用比較結果控制混合閥動作以調節(jié)溫度，則a.利用A1和A2結果控制混合閥，溫度調節(jié)速度快，調節(jié)準確；b.巧妙結合流量閥和混合閥，用戶能調節(jié)出水水溫，也能調節(jié)出水流量，具有實用性，能節(jié)省水資源。
文檔編號F16K11/20GK101900216SQ20101025556
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權日2010年8月17日
發(fā)明者吳健文, 童燈亮, 駱程鵬 申請人:廈門市易潔衛(wèi)浴有限公司