基于STC12C5A08PWM的恒溫水龍頭設計

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

　　1 設計方案及工作原理

　　系統設計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)現溫度中和。當混水溫度達到設定值后，開(kāi)啟3供水。當水溫未達設定值時(shí)，開(kāi)啟4將混水腔0中的水排出至加熱裝置(如燃氣熱水器)的入水口，以循環(huán)利用，減少不必要的浪費。

　　1，2進(jìn)水口由電動(dòng)調節碟閥控制，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中設置DS18820溫度監測點(diǎn)，根據采集到的現場(chǎng)溫度由單片機驅動(dòng)電動(dòng)執行機構控制電動(dòng)調節閥的開(kāi)度，從而控制1，2的進(jìn)水量，以及快速開(kāi)啟或切斷3，4的出水。

　　2 硬件電路設計

　　水龍頭控制是以宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機為核心，檢測DS18820采集的現場(chǎng)溫度信號，分析后做出相應控制處理。用水溫度的設定和顯示分別由鍵盤(pán)輸入和數碼管顯示。冷、熱水進(jìn)入口水量的調節由單片機輸出通過(guò)繼電器驅動(dòng)調節閥實(shí)現，采用脈寬調制(PWM)變頻技術(shù)智能調控水流大小，實(shí)現精確配比。系統設計框圖如圖2所示。

　　2．1 單片機控制模塊

　　采用STC12C5A08PWM單片機實(shí)現，它是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專(zhuān)用復位電路，看門(mén)狗，兩路PWM，片內有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(xiàn)式數字溫度傳感器DS18820測量水溫，可直接輸出9～12位(二進(jìn)制)溫度讀數，便于單片機處理。DS18820測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0．5℃?？稍?50 ms(最小值)內把溫度轉換成12位二進(jìn)制數字值，溫度采集具有準確性和及時(shí)性。DS18820采用單總線(xiàn)的數據傳輸方式，多個(gè)DS18820可掛接在一條總線(xiàn)上，實(shí)現多點(diǎn)溫度測量，輕松組建傳感網(wǎng)絡(luò )。該系統中分別檢測熱水進(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

　　該系統設計了兩位八段數碼管，由單片機I／O口直接驅動(dòng)，采用動(dòng)態(tài)顯示方法，顯示用戶(hù)設定的溫度值。

　　2．4 鍵盤(pán)模塊

　　本系統需要三個(gè)按鍵，采用三鍵獨立式鍵盤(pán)，直接接單片機I／O口，采用軟件去抖。三個(gè)按鍵分別實(shí)現的功能如表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)調節蝶閥，單片機通過(guò)控制調節蝶閥的開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)水量的大小。使用單片機內部2路PWM邏輯產(chǎn)生高頻PWM信號，通過(guò)電動(dòng)執行機構驅動(dòng)電動(dòng)調節蝶閥，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，在單片機的控制下實(shí)現快速開(kāi)關(guān)水。

　　3 軟件設計

　　本控制系統是以單片機為中心的控制系統，單片機結合一定的外圍電路完成系統數據輸入、溫度采集、輸出控制信號以及實(shí)時(shí)顯示等功能，它是一個(gè)完整的智能控制系統。圖3為系統程序流程圖，表明亍整個(gè)過(guò)程的控制思想。

　　根據溫度對電動(dòng)蝶閥的控制算法為：首先將系統設定溫度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(kāi)，熱水進(jìn)入口蝶閥開(kāi)一半；

　　第二種：若T-T2T1-T，將熱水進(jìn)入口蝶閥全開(kāi)，冷水進(jìn)入口蝶閥開(kāi)一半；

　　第三種：若T-T2=T1-T，將熱水進(jìn)入口蝶閥全開(kāi)，冷水進(jìn)入口蝶閥也全開(kāi)；

　　系統水龍頭出水口溫度T3隨系統工作時(shí)間逐漸升高，當T3T時(shí)，開(kāi)循環(huán)水電控蝶閥，且穩定不變后，第一種情況下，將熱水蝶閥開(kāi)3／4；第二種情況將冷水蝶閥開(kāi)為1／4；第三種情況將冷水蝶閥開(kāi)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(kāi)水龍頭電控蝶閥。

　　4 結 語(yǔ)

　　該系統提出了一種利用單片機、溫度傳感器、蝶閥以及其他控制電路實(shí)現水龍頭出水恒溫控制的方法，解決了傳統手動(dòng)調溫的不便，避免了在調溫過(guò)程中的用水浪費。方便用戶(hù)使用，實(shí)現用水溫度的精確設定以及恒溫用水。具有較高的實(shí)用價(jià)值。