CN103486732A - 户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于户外淋浴系统燃油热水器水温控制技术领域，公开了户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及方法。该户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统包括：循环泵、多台燃油热水器、混水箱、管路、模数转换器、数模转换器、第一单片机、第二单片机、主控制器。循环泵、多台燃油热水器和管路通过循环泵形成水循环回路。混水箱用于向外提供淋浴用水。每台燃油热水器的出水口设有出水水温传感器、以及供水流量传感器；每台燃油热水器的油路上设有电动调节阀；模数转换器的输入端分别电连接所有出水水温传感器、供水流量传感器；第一单片机电连接第二单片机，第二单片机电连接主控制器，数模转换器的输出端分别电连接所有电动调节阀。

Description

户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及方法

技术领域

本发明属于户外淋浴系统燃油热水器水温控制技术领域，涉及户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及方法。

背景技术

目前，单台的燃油热水器已经能实现加热火力连续调节，并能提供稳定温度的热水。但是当在野外需要使用多台燃油热水器提供大量稳定热水时（如地震灾害受灾人员的洗浴），缺乏对应的水温控制系统和水温控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提出户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及控制方法。本发明的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统无需混水阀，且在变流量条件下可提供大量稳定热水。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，包括：贮水罐、循环泵、多台燃油热水器、混水箱；所述循环泵的出水口通过管路分别连接所有燃油热水器的进水口；所有燃油热水器的出水口通过管路汇集后连接混水箱的进水口；混水箱具有第一出水口和第二出水口，所述混水箱的第一出水口和贮水罐通过管路汇集后连接循环泵的进水口，所述混水箱的第二出水口通过管路连接多个淋浴喷头；每台燃油热水器的出水口设置有出水水温传感器、以及供水流量传感器；所述每台燃油热水器的油路上设置有电动调节阀；

所述户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统还包括：模数转换器、数模转换器、电连接模数转换器输出端的第一单片机、电连接数模转换器输入端的第二单片机、CAN总线T、用于计算燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量的主控制器；所述模数转换器的输入端分别电连接所有出水水温传感器以及所有供水流量传感器；所述第一单片机的UART接口电连接第二单片机的UART接口，所述第二单片机通过CAN总线T电连接主控制器，所述数模转换器的输出端分别电连接所有电动调节阀。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述每台燃油热水器的进水口设置有进水水温传感器；所述混水箱的进水口设置有总供水水温传感器，混水箱的第二出水口设置有总混水水温传感器；所述模数转换器的输入端分别电连接总供水水温传感器、总混水水温传感器、以及所有进水水温传感器。

所述户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，还包括电连接第一单片机的语音芯片、电连接语音芯片的扬声器、以及设置在每台燃油热水器的燃烧器上的火焰传感器；所述第一单片机的GPIO接口分别电连接所有火焰传感器。

所述第二单片机的GPIO接口分别电连接有显示屏和按键。

所述户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，还包括CAN报文收发器，所述第二单片机电连接CAN报文收发器，CAN报文收发器电连接CAN总线T。

技术方案二：

户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法，基于上述户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，包括以下步骤：

S1：利用按键向第二单片机中输入设定出水温度；第二单片机通过CAN总线将设定出水温度发送至主控制器；

S2：每个出水水温传感器采集对应的燃油热水器的出水温度，每个供水流量传感器采集对应的燃油热水器的供水流量；所有出水水温传感器、所有供水流量传感器将采集到的模拟信号发送至模数转换器；模数转换器将接收到的模拟信号转变为对应的数字信号，并将所述数字信号发送至第一单片机；

S3：第一单片机根据对应的数字信号，计算得出每个燃油热水器的出水温度和供水流量；第一单片机将每个燃油热水器的出水温度和供水流量通过第二单片机和CAN总线发送至主控制器；

S4：主控制器根据设定出水温度、以及每个燃油热水器的出水温度和供水流量，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量；

S5：主控制器根据燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量，通过CAN总线、第二单片机向数模转换器发送对应的数字控制信号；数模转换器将数字控制信号转变为对应的模拟控制信号，数模转换器根据模拟控制信号，调节对应的燃油热水器的油路上的电动调节阀的阀位，从而控制对应的燃油热水器的加热功率。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

在步骤S4中，主控制器首先根据以下公式计算所有燃油热水器供水后的理论混合水温：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{t}_i=t_{\mathrm{ll}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

上式中，N为燃油热水器的台数，i取1至N，t_i和G_i分别为第i台燃油热水器的出水温度和供水流量，t_ll为所有燃油热水器供水后的理论混合水温；

主控制器计算出热量差q；

$q=c_w{\mathrm{\ρ}}_w(t_{\mathrm{ll}}-t_s)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

c_w为水的比热，ρ_w为在理论混合水温时水的比热和密度；t_s为设定出水温度；

主控制器根据热量差q、每台燃油热水器的最大加热功率、每台燃油热水器的最大供水量，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量。

在步骤S5之后，循环执行步骤S2至步骤S5。

在步骤S1之前，利用语音芯片电连接第一单片机，利用扬声器电连接语音芯片；

在步骤S3中，当任一台燃油热水器的出水温度大于设定温度阈值时，第一单片机向语音芯片发送对应的控制信号，语音芯片控制扬声器发出警报声。

本发明的有益效果为：本发明的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统不需要混水阀，在变流量条件下可提供温度恒定的热水，并且不需要进行手动调节。

附图说明

图1为本发明的户外淋浴系统的连接示意图；

图2为本发明的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明实施例的主要目的在于提供一种户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统及控制方法，在该户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统中，将多台燃油热水器和主控制器组成网络系统。根据水路上安装的各种传感器，获知水路的温度和流量信息，主控制器根据温度和流量参数，动态的调整多台热水器的工作状态，达到可供人使用的40摄氏度淋浴水温。

该户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统主要由以下两部分组成：户外淋浴系统以及对应的水温控制系统。由于户外淋浴系统的作用是提供淋浴用水，其供水水温就要有所限定。本发明实施例中，可以预先设定出水温度。例如设定出水温度为37℃～40℃。

参照图1，为本发明的户外淋浴系统的连接示意图。该户外淋浴系统主要由贮水罐1提供冷水来源，贮水罐1的体积可以根据所需淋浴用水来确定。户外淋浴系统还设置有管路、循环泵2、多台燃油热水器3和混水箱4；循环泵2用于提供水流流动的动力；循环泵2的进水口通过管路分别连接所有燃油热水器3的进水口。在本发明实施例中，燃油热水器的数目可以根据所需淋浴用水来确定。例如，可以设置为8个。燃油热水器中，设置有燃烧器和水箱，燃烧器通过燃烧燃油来加热水箱中的水。混水箱4的进水口通过管路分别连接所有燃油热水器3的出水口，每台燃油热水器3通过对应的出水口向外提供热水。所有燃油热水器3提供的热水汇集到一个总管路上，该总管路连接混水箱4的进水口。由于每台燃油热水器3提供的热水的温度可能不同，甚至相差较大，这样在总管路中的水温可能并不恒定，所以混水箱可以将每台燃油热水器3提供的热水进行充分混合，这样在每台燃油热水器3的加热功率和供水流量处于不变的情况下，混水箱4中的水温能够保持在比较稳定的水准。混水箱4设置有两个出水口；其中，第一出水口和贮水罐1通过管路汇集后连接循环泵2的进水口，混水箱4提供的热水与贮水罐1提供的冷水混合，然后混合后的水被送入循环泵2中。这样循环泵2、所有燃油热水器3和混水箱4通过管路就形成了一个水循环回路，循环泵2为该水循环系统提供水循环动力。混水箱4的第二出水口通过管路连接多个淋浴喷头；本发明实施例中，与户外淋浴系统对应的水温控制系统的主要目的就在于：控制送入到淋浴喷头的热水的水温。

本发明实施例中，在每台燃油热水器3的进水口设置有进水水温传感器，该进水水温传感器用于测量对应的燃油热水器3的进水温度；在每台燃油热水器3的出水口设置有用于测量对应的燃油热水器3的出水温度的出水水温传感器、以及用于测量对应的燃油热水器3的供水流量的供水流量传感器；混水箱4的进水口设置有用于测量混水箱4的进水温度的总供水水温传感器，混水箱4的第二出水口设置有用于测量混水箱4的出水温度的总混水水温传感器。在每台燃油热水器3的水箱中，设置有用于测量液位的水量液位传感器、用于测量水压的液体压力传感器。在每台燃油热水器3的燃烧器中，安装有电动调节阀、用于测量油量液位的油量液位传感器、以及用于测量火焰状态的火焰传感器；其中，电动调节阀在接收到外部控制信号时，可以改变自身的阀位，从而改变燃油的流量或流速，进而控制燃油热水器3的加热功率。电动调节阀的开度为0%～100%，这样可以利用电动调节阀关闭燃油供应，从而使对应的燃油热水器停止工作。火焰传感器为数字式火焰传感器，能够将采集到的信号转变为数字信号，并将该数字信号向外输出。

参照图2，为本发明的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统的电路连接示意图。在本发明实施例中，还设置有模数转换器，它的输入端分别电连接总供水水温传感器、总混水水温传感器、所有进水水温传感器、所有出水水温传感器、所有供水流量传感器、所有水量液位传感器、所有油量液位传感器、所有水量液位传感器。模数转换器接收以上所有传感器（指总供水水温传感器、总混水水温传感器、所有进水水温传感器、所有出水水温传感器、所有供水流量传感器、所有水量液位传感器、所有油量液位传感器、所有水量液位传感器）发送的模拟信号，模数转换器将接收到的模拟信号转变为对应的数字信号，并将数字信号向外输出。模数转换器的输出端连接第一单片机的I/O接口，第一单片机的型号为C8051F350。第一单片机依次电连接语音芯片和扬声器，第一单片机的UART接口连接第二单片机的UART接口，这样第一单片机和第二单片机可以通过UART协议实现两者之间的数据传输。第一单片机通过GPIO接口连接火焰传感器。第二单片机的I/O接口电连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端电连接电动调节阀。第二单片机主要的功能在于控制电动调节阀的阀位，从而控制燃油热水器的加热功率。第二单片机通过UART接口连接卫星定位系统终端，上述卫星定位系统终端为GPS卫星定位系统终端或北斗卫星定位系统终端。第二单片机通过GPIO接口分别电连接按键和显示屏，按键用于向第二单片机中输入信息（例如设定出水温度），显示屏用于显示各种参数（例如温度、流量、压力）以及警报信息。第二单片机上还连接有CAN报文收发器，CAN报文收发器连接CAN总线T，CAN总线T上还连接有主控制器，这样，第二单片机就可以通过CAN总线T与主控制器进行通讯。第二单片机的型号为C8051F040。主控制器主要用于计算燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量的，它可以为微处理器或单片机。

在本发明实施例中，户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法包括以下步骤：利用按键向第二单片机中输入设定出水温度（例如40℃）；第二单片机通过CAN总线将设定出水温度发送至主控制器；为了满足人体正常的淋浴需求，一般将设定出水温度设置在37℃～40℃。然后循环执行以下步骤：

模数转换器接收总供水水温传感器、总混水水温传感器、所有进水水温传感器、所有出水水温传感器、所有供水流量传感器、所有水量液位传感器、所有油量液位传感器和所有水量液位传感器发送的模拟信号，模数转换器将接收到的模拟信号转变为对应的数字信号，并将数字信号输出至第一单片机；与此同时，火焰传感器实时将实时采集的数字信号传送至第一单片机。第一单片机根据对应的数字信号，计算得出混水箱的进水温度、混水箱4的出水温度、每个燃油热水器的进水温度、出水温度、供水流量、计算得出每个燃油热水器的燃烧器的火焰状态、油量液位，计算得出每个燃油热水器的水箱的水量液位和水压，第一单片机将计算得出的数据通过第二单片机和CAN总线发送至主控制器。

本发明实施例中，如果第一单片机没有接收到其中任一个水温传感器（指总供水水温传感器、总混水水温传感器、所有进水水温传感器和所有出水水温传感器的任一个水温传感器）的数据，则说明对应的温度传感器发生故障，则向语音芯片发送报警控制信号，语音芯片控制扬声器发出报警声；与此同时，第一单片机通过第二单片机向数模转换器发送停机控制信号，数模转换器将停机控制信号转变为对应的模拟控制信号，并将该模拟控制信号发送至对应的电动调节阀，该电动调节阀接收到模拟控制信号，改变自身的阀位，使自身的开度变为0%，从而切断对应的燃烧器的燃油供应，使对应的燃油热水器停止工作。当第一单片机计算出以上数据后，如果发现其中一个水温传感器（指总供水水温传感器、总混水水温传感器、所有进水水温传感器和所有出水水温传感器的任一个水温传感器）的温度数值高于对应的设定温度阈值（例如45℃），或当任一燃油热水器的供水流量低于预设流量阈值时，或当任一台燃油热水器的燃烧器的火焰状态异常时，进行停机和报警，此时，停机和报警的过程与温度传感器发生故障时停机和报警的过程相同。

主控制器根据设定出水温度、以及每个燃油热水器的出水温度和供水流量，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量。其具体过程如下：主控制器首先根据以下公式计算所有燃油热水器供水后的理论混合水温：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{t}_i=t_{\mathrm{ll}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

上式中，N为燃油热水器的台数，i取1至N，t_i和G_i分别为第i台燃油热水器的出水温度和供水流量，t_ll为所有燃油热水器供水后的理论混合水温；

主控制器计算出所需要提供的热量差q；

$q=c_w{\mathrm{\ρ}}_w(t_{\mathrm{ll}}-t_s)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

c_w为水的比热，ρ_w为在理论混合水温时水的比热和密度；t_s为设定出水温度；热量差q表示混合热量和设定热量之差，混合热量为所有燃油热水器的总供水的热量，设定热量为所有燃油热水器的总供水在设定出水温度时的热量。主控制器计算出热量差q之后，如果q是正值，则说明需要降低其中一台或几台燃油热水器的加热功率，反之，如果q时负值，则说明需要增加中一台或几台燃油热水器的加热功率。

主控制器根据热量差q每台燃油热水器的最大加热功率、每台燃油热水器的最大供水量（已知条件），计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量。即如果其中3台燃油热水器就可满足热量需求，就关闭剩余的燃油热水器（例如通过电动调节阀），对于这3台燃油热水器，则通过对应的电动调节阀控制其加热功率。

本发明实施例中，在主控制器计算出热量差q之后，还可以热量差q进行修正，然后根据修正值计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量，从而可以提高计算的准确度。其具体过程如下：对总供水温度和设定出水温度t_s的偏差作PID控制，得出第一热量修正值，对总混水温度和设定出水温度t_s的偏差作PID控制，得出第二热量修正值。根据第一热量修正值或第二热量修正值，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量。

主控制器根据燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量，通过CAN总线、第二单片机向数模转换器发送对应的数字控制信号；数模转换器将数字控制信号转变为对应的模拟控制信号，数模转换器根据模拟控制信号，调节对应的燃油热水器的油路上的电动调节阀的阀位，从而控制对应的燃油热水器的加热功率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，包括：贮水罐（1）、循环泵（2）、多台燃油热水器（3）以及混水箱（4）；所述循环泵（2）的出水口通过管路分别连接所有燃油热水器（3）的进水口；所有燃油热水器（3）的出水口通过管路汇集后连接混水箱（4）的进水口；混水箱（4）具有第一出水口和第二出水口，所述混水箱（4）的第一出水口和贮水罐（1）通过管路汇集后连接循环泵（2）的进水口，所述混水箱（4）的第二出水口通过管路连接多个淋浴喷头；每台燃油热水器（3）的出水口设置有出水水温传感器、以及供水流量传感器；所述每台燃油热水器（3）的油路上设置有电动调节阀；

所述户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统还包括：模数转换器、数模转换器、电连接模数转换器输出端的第一单片机、电连接数模转换器输入端的第二单片机、CAN总线（T）、用于计算燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量的主控制器；所述模数转换器的输入端分别电连接所有出水水温传感器以及所有供水流量传感器；所述第一单片机的UART接口电连接第二单片机的UART接口，所述第二单片机通过CAN总线（T）电连接主控制器，所述数模转换器的输出端分别电连接所有电动调节阀。

2.如权利要求1所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，所述每台燃油热水器（3）的进水口设置有进水水温传感器；所述混水箱（4）的进水口设置有总供水水温传感器，混水箱（4）的第二出水口设置有总混水水温传感器；所述模数转换器的输入端分别电连接总供水水温传感器、总混水水温传感器、以及所有进水水温传感器。

3.如权利要求1所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，还包括电连接第一单片机的语音芯片、电连接语音芯片的扬声器、以及设置在每台燃油热水器的燃烧器上的火焰传感器；所述第一单片机的GPIO接口分别电连接所有火焰传感器。

4.如权利要求1所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，所述第二单片机的GPIO接口分别电连接有显示屏和按键。

5.如权利要求1所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，还包括CAN报文收发器，所述第二单片机电连接CAN报文收发器，CAN报文收发器电连接CAN总线（T）。

6.户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法，基于权利要求1所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用按键向第二单片机中输入设定出水温度；第二单片机通过CAN总线将设定出水温度发送至主控制器；

S2：每个出水水温传感器采集对应的燃油热水器的出水温度，每个供水流量传感器采集对应的燃油热水器的供水流量；所有出水水温传感器、所有供水流量传感器将采集到的模拟信号发送至模数转换器；模数转换器将接收到的模拟信号转变为对应的数字信号，并将所述数字信号发送至第一单片机；

S3：第一单片机根据对应的数字信号，计算得出每个燃油热水器的出水温度和供水流量；第一单片机将每个燃油热水器的出水温度和供水流量通过第二单片机和CAN总线发送至主控制器；

S4：主控制器根据设定出水温度、以及每个燃油热水器的出水温度和供水流量，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量；

S5：主控制器根据燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量，通过CAN总线、第二单片机向数模转换器发送对应的数字控制信号；数模转换器将数字控制信号转变为对应的模拟控制信号，数模转换器根据模拟控制信号，调节对应的燃油热水器的油路上的电动调节阀的阀位，从而控制对应的燃油热水器的加热功率。

7.如权利要求6所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法，其特征在于，在步骤S4中，主控制器首先根据以下公式计算所有燃油热水器供水后的理论混合水温：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i{t}_i=t_{\mathrm{ll}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

上式中，N为燃油热水器的台数，i取1至N，t_i和G_i分别为第i台燃油热水器的出水温度和供水流量，t_ll为所有燃油热水器供水后的理论混合水温；

主控制器计算出热量差q；

$q=c_w{\mathrm{\ρ}}_w(t_{\mathrm{ll}}-t_s)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_i$

c_w为水的比热，ρ_w为在理论混合水温时水的比热和密度；t_s为设定出水温度；

主控制器根据热量差q、每台燃油热水器的最大加热功率、每台燃油热水器的最大供水量，计算得出燃油热水器所需工作台数和每台燃油热水器所需提供热量。

8.如权利要求7所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法，其特征在于，在步骤S5之后，循环执行步骤S2至步骤S5。

9.如权利要求6所述的户外淋浴系统用燃油热水器集群水温控制方法，其特征在于，在步骤S1之前，利用语音芯片电连接第一单片机，利用扬声器电连接语音芯片；

在步骤S3中，当任一台燃油热水器的出水温度大于设定温度阈值时，第一单片机向语音芯片发送对应的控制信号，语音芯片控制扬声器发出警报声。

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