具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，包括混水箱，冷、热水管均与混水箱连接，两个手自一体调节阀分别设于冷、热水管上，手自一体调节阀与混水箱之间的管路上还设有文丘里管和流量变送装置；水温检测探头设于混水箱底部，微控制器连接两个手自一体调节阀、两个流量变送装置和水温检测探头，流量显示器和水温显示器也与微控制器连接。本实用新型提供的系统克服了现有技术的不足，通过实时性的自动调节系统，使用户能够使用水温稳定且流量平稳的温水，具有记忆特性和跟踪能力，在实现自动调节水温的同时还可以自动调节流量，同时附带显示模块，便于用户操作，改善了用户的体验效果。
【专利说明】具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可自动调节的温水供应系统，更具体的，涉及一种基于反馈原理的、具记忆特性的水温及流量自动调节系统。
【背景技术】
[0002]当前浴室用的热水器包括电热水器、燃气热水器、太阳能热水器和空气能热水器等。在一些工厂、学校以及公共场所的浴室中，往往需要布置大量的热水器以满足多人同时使用。由于太阳能热水器和空气能热水器具有体积较大、加热时间长、热水储备有限等制约因素，而电热水器和燃气热水器则弥补了这些缺陷，因此电热水器和燃气热水器更多地被用于公共场所的浴室中。
[0003]目前，大部分浴室的温水供应系统采用的是热水和冷水混合水流。即出水口的水流是经过来自热水管道的热水混合了来自冷水管道的冷水之后得到的，并由热水与冷水的比例来控制出水口的水温。而问题在于，不管是燃气加热还是电加热，其对水加热的速率并不是实时不变的。当用户将出水口的水温手动调节到某一适宜温度时，热水管水流量与冷水管水流量的比例将近似为一定值。由于热水器的加热速率不稳定，从热水器出水口的水流温度将随加热速率的变化而不断变化，因此热水管中的水流温度并不是稳定在某一固定温度上的，这将导致混合水流的温度时高时低、冷热不定，用户在使用时水流温度往往会出现忽冷忽热的情况，使用户体验的舒适度严重下降。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够自动调节水温及流量，使水温与流量能稳定在用户手动调节的设定值上，且具有延时记忆特性的水温及流量自动调节系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:包括混水箱，冷水管、热水管均与混水箱连接，第一手自一体调节阀、第二手自一体调节阀分别设于冷水管、热水管上，第一手自一体调节阀、第二手自一体调节阀与混水箱之间的管路上分别设有第一文丘里管和第二文丘里管，第一流量变送装置、第二流量变送装置分别设于第一文丘里管与第一手自一体调节阀、第二文丘里管与第二手自一体调节阀之间的管路上；水温检测探头设于混水箱底部，微控制器连接第一手自一体调节阀、第二手自一体调节阀、第一流量变送装置、第二流量变送装置和水温检测探头，流量显示器和水温显示器也与微控制器连接。
[0006]优选地，所述水温检测探头设于所述混水箱底部的出水口的边沿。
[0007]优选地，所述流量显示器和水温显示器均为LED显示模块。
[0008]优选地，所述第一流量变送装置、第二流量变送装置上设有数据输出接口，所述第一流量变送装置、第二流量变送装置通过有线或者无线的方式与所述微控制器连接。
[0009]优选地，所述水温检测探头采用热敏电阻为测温元件，所述水温检测探头上设有数据输出接口，所述水温检测探头通过有线或者无线的方式与所述微控制器连接。[0010]优选地，所述微控制器为51系列单片机，51系列单片机外部设有防潮防湿保护壳。
[0011]本实用新型提供的具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统用户通过手动调节手自一体调节阀来设定冷水管与热水管的流量，从而确定所需水温。微控制器对用户的设定信息进行延时记忆，并根据水流量检测装置和水温检测装置反馈的实时温度信息与实时流量信息，对手自一体调节阀进行电动调节，使水温值和流量值稳定在所记忆的用户设定值上。在系统的整个工作过程中，检测所得的水温值和流量值通过连接到微控制器上的两个LED数字显示仪实时显示，以便用户直观地观察当前的水温与流量情况，进行合理的设定。由于本系统具有延时记忆的特性，并基于反馈控制原理，能够在很短的延时下跟踪与记忆用户对水温和流量的动态设定，并将水温与流量自动调节在用户的设定值上，解决了冷热水混合供水系统中水温忽冷忽热的问题，使用户能够使用水温稳定且流量平稳的温水，不受热水器加热速率不稳定等因素造成的水温突变的影响，改善了用户的体验效果。
[0012]与当前普遍使用的冷热水混合供水系统相比，本实用新型提供的具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统具有如下有益效果:
[0013]I)通过实时性的自动调节系统，解决了冷热水混合供水系统中水温忽冷忽热的问题，使用户能够使用水温稳定且流量平稳的温水，不受热水器加热速率不稳定等因素造成的水温突变的影响，改善了用户的体验效果。
[0014]2)具有记忆特性和跟踪能力，当用户在使用过程中动态调节水温和水流量的设定时，可以在很短的延时之后动态记忆用户的期望水温与期望水流量，并通过反馈控制系统将水温与流量始终控制在用户设定值上。
[0015]3)在实现自动调节水温的同时还可以自动调节流量，同时保持水温和流量的稳定。所用的微控制器具有处理速度快，输出无延时的特点，使水温能在一个极短的时间内得到调节。
[0016]4)附带显示模块，能够让用户实时且直观地了解水温和水流的信息，从而进行合理的设定。
[0017]本实用新型提供的系统克服了现有技术的不足，通过实时性的自动调节系统，使用户能够使用水温稳定且流量平稳的温水，具有记忆特性和跟踪能力，在实现自动调节水温的同时还可以自动调节流量，同时附带显示模块，便于用户操作，改善了用户的体验效果O
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统示意图；
[0019]图2为具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统记忆过程的原理示意图；
[0020]图3为具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统自动调节过程的原理示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0022]图1为本实用新型提供的具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统示意图，所述的具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统包括混水箱9，冷水管I与热水管2均与混水箱9连接，第一手自一体调节阀3和第二手自一体调节阀4分别安装于冷水管I与热水管2上的合适位置(此位置根据实地安装时选择)。如情况允许，应安装于用户平视或较高处，避免使用时碰到调节阀手柄，造成控制器错误记忆等情况。第一手自一体调节阀3和第二手自一体调节阀4用于手动或电动调节热水管和冷水管的水流量，从而调节混水箱中的水温。
[0023]第一手自一体调节阀3、第二手自一体调节阀4与混水箱9之间的管路上分别装有第一文丘里管7和第二文丘里管8，第一流量变送装置5、第二流量变送装置6分别安装于第一文丘里管7与第一手自一体调节阀3、第二文丘里管8与第二手自一体调节阀4之间的管路上，靠近文丘里管，便于准确测量流量值。两个流量变送装置用以检测冷水管与热水管的当前水流量，并反馈给微控制器；两个文丘里管用以减小流量变送装置的测量误差。
[0024]水温检测探头10安装于混水箱9的底部，靠近出水口的边沿，以便准确获得出水口的温度，并反馈给微控制器。微控制器11安装于较高位置，尽量高于淋浴头，进一步保护控制器电路板不受水滴破坏。微控制器11连接第一手自一体调节阀3、第二手自一体调节阀4、第一流量变送装置5、第二流量变送装置6和水温检测探头10。为方便使用和节省能源，流量显示器12和水温显示器13选用LED显示模块，并通过杜邦线连接到微控制器11上，对当前水流量和水温信息进行数字量实时显示。图1中字母标识的虚线表示信号流:a、b-第一、二流量变送装置与微控制器的信号传输流；c-水温检测探头与微控制器的信号传输流；d、e-第一、二手自一体调节阀与微控制器的信号传输流。
[0025]微控制器11对手自一体调节阀手动调节后的水温和流量信息进行延时记忆，并作为自动调节过程的设定水温值和流量值，根据反馈得到的实时水温值和流量值，计算并输出电控制信号以驱动手自一体调节阀的电动调节，使水温值和流量值稳定在所记忆的用户设定值上。微控制器选用体积小、成本低的51系列单片机，外部带有防潮防湿保护壳。
[0026]手自一体调节阀既可以由用户手动调节，又可以通过微控制器输出的控制信号电驱动其动作；手自一体调节阀安装时，将其水流短管作为连接件安装在便于操作的适当位置。
[0027]流量变送装置采用具有数据输出接口的小型流量检测变送装置，并通过有线或者无线的方式将水流量信息实时传送至微控制器。
[0028]水温检测探头采用以热敏电阻为测温元件的、具有数据输出接口的小型温度检测变送装置，并通过有线或者无线的方式将水温信息实时传送至微控制器。热敏电阻用具有良好导热性能的封装材料封装，安装在混水箱内部。微控制器具有温度补偿功能，能补偿热敏电阻上封装材料所带来的温度损失。
[0029]基于以上配置，具有记忆特性的水温及流量自动调节系统的工作原理如下:
[0030]图2为具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统的记忆过程的原理示意图。具延时记忆特性，主要指当手自一体调节阀处于手动调节状态时，为确保得到用户最终设定信息，微控制器能在调节动作停止后延时一小段时间将用户手动调节的水温和流量信息存储起来，并作为之后自动调节过程的设定输入。
[0031]用户开始使用时，通过手动调节第一手自一体调节阀3、第二手自一体调节阀4，以获得用户个人体验的最佳温度以及冷水管、热水管的最适流量。此处，当热水管流量和冷水管流量被调节为一定值时，混水箱9的出水口处的水流量便近似的为一定值，同时混水箱9的出水口的温度也趋于一定值。水温检测探头10所得的热水管和冷水管水流量信息以及混水箱9出水口的水温信息，经过延时处理后送入微控制器11中保存，并将所保存的温度和冷热水流量之和作为自动控制过程的设定输入(控制目标)。
[0032]上述延时处理过程能保证微控制器11在用户不再动作之后才进行记忆，从而确保微控制器11中存储的信息为用户最终设定值。延时处理过程如下:
[0033]设定延时时间为5秒，开始计时的时间节点为手自一体调节阀停止动作时刻；计时开始以后，若连续5秒内手自一体调节阀有新的动作，则停止当前计时过程，并等待手自一体调节阀停止动作的时刻，在下一个停止动作时刻重新开始计时；若连续5秒内手自一体调节阀没有动作，则将5秒内采样所得数据的平均值作为记忆信息进行存储，并进入自动调节过程。
[0034]图3为具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统的自动调节过程的原理示意图。此时微控制器11中已保存有记忆过程所获取的用户设定数据。在自动调节过程中，水流量检测和水温检测装置(即第一流量变送装置5、第二流量变送装置6和水温检测探头10)均保持工作，定时地将检测数据传送至微控制器11中，用于反馈控制。反馈控制原理，主要指在调节过程中实时地将所检测到的水温及流量信息反馈给微控制器，在以调节水温为目的而改变冷水管与热水管的水流量比例的同时，微控制器根据当前的流量信息对水流量进行反馈控制，保持混合水温度恒定的同时也保持冷水管和热水管的流量之和恒定。其具体控制过程为:
[0035]设温度的设定输入为Ttl,水流量(冷水管与热水管水流量之和)的设定输入为F。，实际测得的温度为T，实际测得的流量(冷水管与热水管水流量之和)为F ;
[0036]当T > Ttl，且T-Ttl有增大趋势时，微控制器11输出控制信号，驱动热水管第二手自一体调节阀4开口减小，同时驱动冷水管第一手自一体调节阀3开口增大，增大量由F-Ftl的大小决定，使冷热水管流量之和保持动态稳定；当T = Ttl时，两手自一体调节阀停止动作；
[0037]当T < Ttl，且T-Ttl有增大趋势时，微控制器11输出控制信号，驱动热水管第二手自一体调节阀4开口增大，同时驱动冷水管第一手自一体调节阀3开口减小，减小量由F-Ftl的大小决定，使冷热水管流量之和保持动态稳定；当T = Ttl时，两手自一体调节阀停止动作；
[0038]当T > Ttl或T < Ttl，但T-T0有减小趋势时，可通过给系统设定误差阈值，实现不调节或微调。
【权利要求】
1.一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:包括混水箱(9)，冷水管(I)、热水管(2)均与混水箱(9)连接，第一手自一体调节阀(3)、第二手自一体调节阀(4)分别设于冷水管(I)、热水管(2)上，第一手自一体调节阀(3)、第二手自一体调节阀(4)与混水箱(9)之间的管路上分别设有第一文丘里管(7)和第二文丘里管(8)，第一流量变送装置(5)、第二流量变送装置(6)分别设于第一文丘里管(7)与第一手自一体调节阀(3)、第二文丘里管(8)与第二手自一体调节阀(4)之间的管路上；水温检测探头(10)设于混水箱(9)底部，微控制器(11)连接第一手自一体调节阀(3)、第二手自一体调节阀(4)、第一流量变送装置(5)、第二流量变送装置(6)和水温检测探头(10)，流量显示器(12)和水温显示器(13)也与微控制器(11)连接。
2.如权利要求1所述的一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:所述水温检测探头(10)设于所述混水箱(9)底部的出水口的边沿。
3.如权利要求1所述的一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:所述流量显示器(12)和水温显示器(13)均为LED显示模块。
4.如权利要求1所述的一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:所述第一流量变送装置(5)、第二流量变送装置(6)上设有数据输出接口，所述第一流量变送装置(5)、第二流量变送装置(6)通过有线或者无线的方式与所述微控制器(11)连接。
5.如权利要求1或2所述的一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:所述水温检测探头(10)采用热敏电阻为测温元件，所述水温检测探头(10)上设有数据输出接口，所述水温检测探头(10)通过有线或者无线的方式与所述微控制器(11)连接。
6.如权利要求1所述的一种具延时记忆特性的水温及流量自动调节系统，其特征在于:所述微控制器(11)为51系列单片机，51系列单片机外部设有防潮防湿保护壳。
【文档编号】F24H9/20GK203561079SQ201320677691
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】董爱华, 赛吉尔呼, 戴盛芳, 胡飞, 张牛 申请人:东华大学