基于單片機(jī)的恒溫水龍頭設(shè)計(jì)

    水龍頭是水的“指揮家”，是人們生活中必不可少的用水設(shè)備。現(xiàn)有的雙聯(lián)式水龍頭可同時(shí)接冷熱兩根管道，其水溫調(diào)節(jié)的方法是手動(dòng)調(diào)整閥門的機(jī)械位置，控制冷熱水管道的出水比例，其調(diào)節(jié)復(fù)雜，且調(diào)節(jié)過程中浪費(fèi)的水量多。即使調(diào)好的水溫也會(huì)受到水壓變化的影響，降低了使用的舒適性。甚至出現(xiàn)水溫突變，燙傷身體的極端情況。單片機(jī)作為一種智能化的控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種家用電器中，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。本文主要介紹了采用單片機(jī)控制的方法，實(shí)現(xiàn)水龍頭的出水溫度的精確調(diào)節(jié)，避免用水浪費(fèi)，是基于單片機(jī)的水龍頭智能化改造。

1 設(shè)計(jì)方案及工作原理
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理如圖1所示。熱水和冷水分別流入后在0中混合，實(shí)現(xiàn)溫度中和。當(dāng)混水溫度達(dá)到設(shè)定值后，開啟3供水。當(dāng)水溫未達(dá)設(shè)定值時(shí)，開啟4將混水腔0中的水排出至加熱裝置(如燃?xì)鉄崴?的入水口，以循環(huán)利用，減少不必要的浪費(fèi)。

    1，2進(jìn)水口由電動(dòng)調(diào)節(jié)碟閥控制，3，4出水口由電動(dòng)快速切斷蝶閥控制。在熱水進(jìn)入口1、冷水進(jìn)入口2和混水腔0中設(shè)置DS18820溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制1，2的進(jìn)水量，以及快速開啟或切斷3，4的出水。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
    水龍頭控制是以宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機(jī)為核心，檢測(cè)DS18820采集的現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)，分析后做出相應(yīng)控制處理。用水溫度的設(shè)定和顯示分別由鍵盤輸入和數(shù)碼管顯示。冷、熱水進(jìn)入口水量的調(diào)節(jié)由單片機(jī)輸出通過繼電器驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)，采用脈寬調(diào)制(PWM)變頻技術(shù)智能調(diào)控水流大小，實(shí)現(xiàn)精確配比。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

2．1 單片機(jī)控制模塊
    采用STC12C5A08PWM單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，它是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，看門狗，兩路PWM，片內(nèi)有8 KB FLASH ROM，1 280 B RAM，支持ISP。
2．2 溫度傳感器模塊
    采用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18820測(cè)量水溫，可直接輸出9～12位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，便于單片機(jī)處理。DS18820測(cè)量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0．5℃?？稍?50 ms(最小值)內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成12位二進(jìn)制數(shù)字值，溫度采集具有準(zhǔn)確性和及時(shí)性。DS18820采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，多個(gè)DS18820可掛接在一條總線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，輕松組建傳感網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)中分別檢測(cè)熱水進(jìn)入口溫度T1，冷水進(jìn)入口溫度T2和水龍頭出水口溫度T3。
2．3 顯示模塊
    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩位八段數(shù)碼管，由單片機(jī)I／O口直接驅(qū)動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)顯示方法，顯示用戶設(shè)定的溫度值。
2．4 鍵盤模塊
    本系統(tǒng)需要三個(gè)按鍵，采用三鍵獨(dú)立式鍵盤，直接接單片機(jī)I／O口，采用軟件去抖。三個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)的功能如表1所示。

2．5 水流控制模塊
    如圖1所示，熱水和冷水進(jìn)入口1，2采用電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，單片機(jī)通過控制調(diào)節(jié)蝶閥的開度來控制進(jìn)水量的大小。使用單片機(jī)內(nèi)部2路PWM邏輯產(chǎn)生高頻PWM信號(hào)，通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，從而減輕了軟件的工作，提高了軟件的效率。水龍頭出水口3和循環(huán)水出水口4采用電動(dòng)快速切斷蝶閥，在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)水。

3 軟件設(shè)計(jì)
    本控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為中心的控制系統(tǒng)，單片機(jī)結(jié)合一定的外圍電路完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入、溫度采集、輸出控制信號(hào)以及實(shí)時(shí)顯示等功能，它是一個(gè)完整的智能控制系統(tǒng)。圖3為系統(tǒng)程序流程圖，表明亍整個(gè)過程的控制思想。

    根據(jù)溫度對(duì)電動(dòng)蝶閥的控制算法為：首先將系統(tǒng)設(shè)定溫度T與冷水溫度T2和熱水溫度T1比較，分為以下三種情況：
    第一種：若T-T2>T1-T，將冷水進(jìn)入口蝶閥全開，熱水進(jìn)入口蝶閥開一半；
    第二種：若T-T2<T1-T，將熱水進(jìn)入口蝶閥全開，冷水進(jìn)入口蝶閥開一半；
    第三種：若T-T2=T1-T，將熱水進(jìn)入口蝶閥全開，冷水進(jìn)入口蝶閥也全開；
    系統(tǒng)水龍頭出水口溫度T3隨系統(tǒng)工作時(shí)間逐漸升高，當(dāng)T3<T時(shí)，開循環(huán)水電控蝶閥，且穩(wěn)定不變后，第一種情況下，將熱水蝶閥開3／4；第二種情況將冷水蝶閥開為1／4；第三種情況將冷水蝶閥開為3／4。采用逐步次逼近的方法，直到T3=T時(shí)，關(guān)循環(huán)水電控蝶閥，開水龍頭電控蝶閥。

4 結(jié) 語
    該系統(tǒng)提出了一種利用單片機(jī)、溫度傳感器、蝶閥以及其他控制電路實(shí)現(xiàn)水龍頭出水恒溫控制的方法，解決了傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)溫的不便，避免了在調(diào)溫過程中的用水浪費(fèi)。方便用戶使用，實(shí)現(xiàn)用水溫度的精確設(shè)定以及恒溫用水。具有較高的實(shí)用價(jià)值。