CN102818371B - 热水器的恒温系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热水器的恒温系统及控制方法，包括有显示控制单元，还具有单片机，以及对单片机输入连接的进水量检测单元、进/出水温度检测单元和出水量检测单元，所述的单片机还输出连接有脉冲点火单元和阀门控制单元，所述的显示控制单元与单片机双向连接。本发明热水器的恒温系统及控制方法，系统的超调量≤3℃，恒温稳定时间≤10S，加热时间≤15S，显示精度±1℃。能够使热水器能根据用户设定的温度自动调节进水量或进气阀，并且使出水温度恒定在设定的温度，整个系统操作简单、安全可靠。

Description

热水器的恒温系统及控制方法

技术领域

本发明涉及热水器的控制系统和方法，具体的讲是热水器的恒温系统及控制方法。

背景技术

目前大部分家用燃气热水器都是采用手动调整进水阀和气阀来控制热水器的出水温度，由于影响出水温度的因素很多，例如：进水温度、进水流量、环境温度、燃气流量、燃气类别、热交换率等等，很难达到理想的控制效果。用户为了调整出水温度，需要经常调整进水量或进气阀，这样使得热水器的使用非常不方便。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供了一种热水器的恒温系统及控制方法，使热水器能根据用户设定的温度自动调节进水量或进气阀，以使出水温度恒定在设定温度。

本发明热水器的恒温系统及控制方法，包括有显示控制单元，还具有单片机，以及对单片机输入连接的进水量检测单元、进/出水温度检测单元和出水量检测单元，所述的单片机还输出连接有脉冲点火单元和阀门控制单元，所述的显示控制单元与单片机双向连接。其中显示控制单元包括有显示屏和带有按键的控制面板，阀门控制单元包括了截止阀和进气阀的控制电路，目前的进气阀常见的有两种，比例阀和蝶阀。其它所述的各检测单元可以使用现有的检测模块、检测电路等。通过检测进水温度、进水流量，经PID(微积分调节)控制算法计算出当前设定的出水温度所需的火力对应的单片机PWM(脉宽调制信号)的占空比，把单片机输出的PWM与进气阀反馈电流通过比较器比较后输出方波来控制进气阀的开度，进而控制火力的大小，使其达到自动恒温。

进一步的，对所述单片机输入连接的还有超温检测回路和火焰检测回路。超温检测回路用户当出水温度超过设定温度时(如75摄氏度)，单片机立即关闭进气阀中的比例阀和截止阀，并发出超温报警，显示相应的故障代码。火焰检测回路用于检测是否处于燃烧状态。

可选的，所述单片机还双向连接有直流无刷风机。

可选的，还包括对所述单片机输入连接的用于检测所述直流无刷风机压力的风压检测单元。当外界压强大于直流无刷风机向外排风的压强时，风压开关断开，此时输出一个高电平，当单片机检测到这个高电平时，立即关闭进气阀中的比例阀和截止阀并发出故障报警，显示相应代码。

本发明还提供了一种用于上述系统的热水器的恒温控制方法，包括：

获得单片机PWM与热量之间的对应表：通过单片机PWM的占空比来控制进气阀的开度，从而调节热水器的火力大小，单片机PWM有与进气阀的最小电流和最大电流对应的最小PWM值和最大PWM值，根据目标温度、进水温度和进水量能够得到热量值，所述最小PWM值和最大PWM值之间的每个PWM值都有对应的热量值，由此获得每个PWM值与热量值的对应表；

当热水器的出水温度未达到设定的目标温度或目标温度改变时，系统的单片机通过进水量检测单元得到当前的进水量，通过进/出水温度检测单元检测到当前出水温度，根据目标温度与当前出水温度的差值，由单片机进行PID模糊运算后得出温度的调整量，把所述调整量作为新的温升，通过热量公式计算出热量值，在所述单片机PWM与热量的对应表里查出所述热量值对应的PWM，通过单片机根据该PWM值调节占空比来调节热水器的火力；

当进水量改变时，系统的单片机先根据之前的PWM值，在所述对应表中查得该PWM值对应热量1，再根据当前的进水量和温升算出热量2，根据水量的增大或减少把热量1和热量2进行相应的加或减(水量增大时进行加，水量减小时进行减)，得出热量3，在对应表里查出热量3对应的PWM值，从而调节热水器的火力。

优选的，热水器开机后，检测热水器中是否有水，如果有水则按照程序向下执行，没有水则中断等待，这样能保证热水器不会由于干烧造成损坏。

进一步的，热水器开机后，先检测热水器的各传感器是否正常，如果正常再进行点火，不正常则停止点火并进行故障提示。

进一步的，热水器开机后，先通过直流无刷风机对热水器进行清扫后，在进行点火。

可选的，为避免一些意外情况打不着火，热水器的点火分为两次，当第一次点火失败后进行第二次点火，第二次点火失败则进行点火失败提示，两次点火之间可以间隔几秒。

经测试，本发明热水器的恒温系统及控制方法，系统的超调量≤3℃，恒温稳定时间≤10S，加热时间≤15S，显示精度±1℃。能够使热水器能根据用户设定的温度自动调节进水量或进气阀，并且使出水温度恒定在设定的温度，整个系统操作简单、安全可靠，所述的各检测单元均可以使用现有的检测模块、检测电路等，节省开发成本。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1为本发明热水器的恒温系统的框图。

图2为本发明热水器的恒温控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示本发明热水器的恒温系统，包括有显示控制单元，还具有单片机，以及对单片机输入连接的进水量检测单元、进/出水温度检测单元和出水量检测单元，对所述单片机输入连接的还有超温检测回路和火焰检测回路，单片机还输出连接有脉冲点火单元和阀门控制单元，所述的显示控制单元与单片机双向连接，单片机还双向连接有直流无刷风机，并输入连接有用于检测所述直流无刷风机压力的风压检测单元。其中显示控制单元包括有显示屏和带有按键的控制面板，阀门控制单元包括了截止阀和进气阀的控制电路。超温检测回路用户当出水温度超过设定温度时(如75摄氏度)，单片机立即关闭进气阀中的比例阀和截止阀，并发出超温报警，显示相应的故障代码。火焰检测回路用于检测是否处于燃烧状态。所述的各检测单元可以使用现有的检测模块、检测电路等。

如图2所示本发明用于上述系统的热水器的恒温控制方法，包括：

获得单片机PWM与热量之间的对应表PwmTable：

温升ΔT＝设定的目标温度Tout－进水温度Tin；

热量W＝ΔT×进水量m；

热水器系统开机后，检测是否有水，如果有谁便打开直流无刷风机进行前清扫2秒，反之则继续等待。在前清扫的同时检测各传感器是否完好，如果有故障，则退出前清扫，报警并通过显示控制单元显示相应的故障代码，反之前清扫完毕后就打开火焰检测使能、阀门控制单元中的截止阀和进气阀，开始点火。如果点火成功后，就根据当前的热量W在对应表PwmTable里查出所需的PWM值；如果8秒内都没点着火，则进行第二次点火，如果第二次也点不着火，则显示点火失败故障并报警，停止点火。

点火成功后，通过单片机PWM的占空比来控制进气阀的开度，从而调节热水器的火力大小，单片机PWM有与进气阀的最小电流和最大电流对应的最小PWM值PwmMin和最大PWM值PwmMax，根据目标温度Tout、进水温度Tin和进水量m能够得到热量值W，所述最小PWM值PwmMin和最大PWM值PwmMax之间的每个PWM值都有对应的热量值W，由此获得每个PWM值与热量值W的对应表PwmTable；

当热水器的出水温度未达到设定的目标温度Tout或目标温度Tout改变时，系统的单片机通过进水量检测单元得到当前的进水量m，通过进/出水温度检测单元检测到当前出水温度，根据目标温度与当前出水温度的差值，由单片机进行PID(微积分调节)模糊运算后得出温度的调整量p，把所述调整量p作为新的温升ΔT，通过上述的热量公式计算出热量值W。在所述单片机PWM与热量的对应表PwmTable里查出所述热量值W对应的PWM，通过单片机根据该PWM值调节占空比来调节热水器的火力；

当进水量m改变时，系统的单片机先根据之前的PWM值，在所述对应表PwmTable中查得该PWM值对应热量W1，再根据当前的进水量m和温升ΔT算出热量W2，根据水量的增大或减少把热量W1和热量W2进行相应的加或减(水量增大时进行加，水量减小时进行减)，得出热量W3，在对应表PwmTable里查出热量W3对应的PWM值，从而调节热水器的火力。

本发明的系统和方法，是通过检测进水温度Tin、进水流量，经PID(微积分调节)控制算法计算出当前设定的出水温度所需的火力对应的单片机PWM(脉宽调制信号)的占空比，把单片机输出的PWM与进气阀反馈电流通过比较器比较后输出方波来控制进气阀的开度，进而控制火力的大小，使其达到自动恒温。

经测试，本发明热水器的恒温系统及控制方法，系统的超调量≤3℃，恒温稳定时间≤10S，加热时间≤15S，显示精度±1℃。能够使热水器能根据用户设定的温度自动调节进水量或进气阀，并且使出水温度恒定在设定的温度，整个系统操作简单、安全可靠。

Claims (5)

1.热水器的恒温控制方法，用于热水器的恒温系统，该热水器的恒温系统包括有显示控制单元、单片机以及对单片机输入连接的进水量检测单元、进/出水温度检测单元和出水量检测单元，所述的单片机还输出连接有脉冲点火单元和阀门控制单元，所述的显示控制单元与单片机双向连接，阀门控制单元包括截止阀和进气阀的控制电路；其通过检测进水温度及进水量，经PID控制算法计算出当前目标温度所需的火力对应的单片机PWM值的占空比，把单片机输出的PWM值与进气阀反馈电流通过比较器比较后输出方波来控制进气阀的开度，进而控制火力的大小，使其达到自动恒温，其特征包括：

获得单片机PWM值与热量值之间的对应表：通过单片机PWM值的占空比来控制进气阀的开度，从而调节热水器的火力大小，单片机PWM值有与进气阀的最小电流和最大电流对应的最小PWM值和最大PWM值，根据目标温度、进水温度和进水量能够得到热量值，所述最小PWM值和最大PWM值之间的每个PWM值都有对应的热量值，由此获得每个PWM值与热量值的对应表；

当热水器的出水温度未达到设定的目标温度或目标温度改变时，系统的单片机通过进水量检测单元得到当前的进水量，通过进/出水温度检测单元检测到当前出水温度，根据目标温度与当前出水温度的差值，由单片机进行PID模糊运算后得出温度的调整量，把所述调整量作为新的温升，通过热量公式计算出热量值，在所述单片机PWM值与热量值的对应表里查出所述热量值对应的PWM值，通过单片机根据该PWM值调节占空比来调节热水器的火力；

当进水量改变时，系统的单片机先根据之前的PWM值，在所述对应表中查得该PWM值对应热量值1，再根据当前的进水量和温升算出热量值2，根据进水量的增大或减少把热量值1和热量值2进行相应的加或减，得出热量值3，在对应表里查出热量3对应的PWM值，从而调节热水器的火力。

2.如权利要求1所述的热水器的恒温控制方法，其特征为：热水器开机后，检测热水器中是否有水，如果有水则按照程序向下执行，没有水则中断等待。

3.如权利要求1所述的热水器的恒温控制方法，其特征为：热水器开机后，先检测热水器的各传感器是否正常，如果正常再进行点火，不正常则停止点火并进行故障提示。

4.如权利要求1所述的热水器的恒温控制方法，其特征为：热水器开机后，先通过直流无刷风机对热水器进行清扫后，再进行点火。

5.如权利要求1至4之一所述的热水器的恒温控制方法，其特征为：热水器的点火分为两次，当第一次点火失败后进行第二次点火，第二次点火失败则进行点火失败提示。