CN105352193A - 一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，包含微控制器模块以及与其连接的冷水管电磁阀、热水管电磁阀、温度传感器、流量传感器、显示单元和键盘输入单元，所述微控制器模块包含对比单元和控制单元；本发明通过检测混水口的温度和水流量进而控制热冷电磁阀的开度，不仅实现流量稳定在设定值，更重要的是使出水温度也稳定在设定值；有效的解决了喷头出水忽冷忽热、忽大忽小的问题，进而实现了恒温混水的功能。

Description

一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统

技术领域

本发明涉及一种恒温混水装置，尤其涉及一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，属于恒温混水控制领域。

背景技术

当前，在国家大力发展新能源的大环境下，水能、太阳能、生物质能等的开发利用得到了格外的重视。在这些领域中，太阳能热水器则是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐。

在太阳能热水器的诸多部件中，有一个是用户们最经常接触的，那就是混水阀——在洗浴过程中使用的阀门。它的一些缺陷也是用户们最能直接体会到的：普通机械混水阀非常的难以调解：用手进行的一个幅度很小的扭动可能会导致很大的水温变化。水温的确定依靠人的感觉：这方面的主要问题在于用户调节阀门后还要等很长一段时间才能确定真正的水温，因为调节后的水从混水点流至喷头处还有不短的距离。如果不合适还要再进行调整，不仅耗费时间，还很浪费水资源。用户如果中断洗浴则需要关闭阀门，继续洗浴则要再次进行调节。这样一来，有不少用户为了减少不便，甚至在不使用水的过程中也不关闭阀门，极大地浪费了水资源。

目前的太阳能热水器，大多为落水式，即热水管中的水压完全由水在热水器安置高度与用户所在高度之间形成压力提供。这样的水压提供方式往往不稳定，并且如果楼层高则较小，再加之自来水管水压的不稳定，导致普通机械混水阀无法控制洗浴过程中水的压力变化，最终的表现是：出水忽冷忽热。

此外，若要使最终的出水量和水温稳定，必须要考虑的一个重要影响是水压。现在的太阳能热水器普遍采用落水式安装方法，水压往往不稳定，同时，如果用户所住楼层较高，则热水管自身的水压太小，再加之自来水水压不时的变化，最终导致了喷头出水水温的忽冷忽热，忽大忽小，严重的还会导致热水管道中水的回流。

例如申请号为“201010002396.5”的一种自动恒温混水阀用混水装置,包括冷水进水口、热水进水口、混合室以及混合水出水口,以及水流涡旋发生器。冷水和热水分别从所述冷水进水口、热水进水口流向水流涡旋发生器,而产生螺旋运动,并在所述混合室中产生涡旋运动。因此，冷、热水便快速混合均匀。该发明提出的自动恒温出水装置用涡旋混水器,尺寸小、成本低并且结构简单,使自动恒温混水阀的温度传感器能正确反映冷热水混合均匀的温度。从而使采用本混水装置的自动恒温混水阀避免出水温度忽高、忽低。

又如申请号为“201210038291.4”一种智能恒温混水装置，包括中空的阀体和控制器，阀体上设置有冷水进口、热水进口和出水口，所述阀体内在冷水进口处设置有冷水流量控制机构和冷水温度传感器，阀体内在热水进口处设置有热水流量控制机构和热水温度传感器，阀体内在出水口处设置有出水温度传感器、出水流量传感器和电磁阀，冷水温度传感器、热水温度传感器、出水温度传感器和出水流量传感器均与控制器通讯连接，冷水流量控制机构、热水流量控制机构和电磁阀均由控制器控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其解决了出水忽冷忽热、忽大忽小的问题，进而实现了恒温混水的功能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，包含调控终端以及与其连接的检测终端，所述检测终端包含微控制器模块以及与其连接的温度传感器、流量传感器和数据传输模块，所述调控终端包含主控制器模块以及与其连接的显示模块、键盘输入模块、冷水管电磁阀、热水管电磁阀、射频识别模块；

所述射频识别模块包括一整流稳压电路，所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、电路稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述电路稳压电路分别与限幅泄流电路、电路稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流泄放；所述稳压电路用于进行稳压处理、输出稳定的电源电压供其它电路模块使用；

所述限幅检测电路包含第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管和第四PMOS晶体管，第一电阻；第一NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的一端相连接，第二NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的另一端相连接，第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的源极相连接，其连接的节点设为A；第一PMOS晶体管的源极与第四PMOS晶体管的源极与所述A点相连接；第四PMOS晶体管的漏极与第一电阻的一端相连接；第一电阻的另一端接地；第四PMOS晶体管的栅极与第一PMOS晶体管的漏极和栅极以及第二PMOS晶体管的源极相连接；第二PMOS晶体管的漏极和栅极与第三PMOS晶体管的源极相连接；第三PMOS晶体管的漏极和栅极接地；

其中，温度传感器，用于实时检测混水口的水温；

流量传感器，用于实时检测混水口的水流量；

微控制器模块，用于将温度传感器检测混水口的水温和流量传感器检测混水口的水流量通过数据传输模块传输至移动监控终端；

射频识别模块，用于接收和识别微控制器模块通过数据传输模块发送的水温及水流量；

键盘输入模块，用于调节水温及水流量预设值；

主控制器模块，用于根据接收的水温、水流量与水温、水流量预设值进行对比，若水温、水流量低于或高于预设值则通过控制电磁阀开度直至温度及水流量达到预设值；

显示模块，用于显示混水口当前的水温、水温预设值、水流量和水流量预设值。

作为本发明一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块的型号为AVR系列单片机。

作为本发明一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统的进一步优选方案，所述温度传感器采用DS18B20温度传感器。

作为本发明一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统的进一步优选方案，所述水流量传感器采用叶轮式流量计。

作为本发明一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明结构简单有效的解决了喷头出水忽冷忽热、忽大忽小的问题，进而实现了恒温混水的功能；

2、本发明通过检测混水口的温度和水流量进而控制热冷电磁阀的开度，不仅实现流量稳定在设定值，更重要的是使出水温度也稳定在设定值

3、本发明采用双控制器，工作效率更高。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，包含调控终端以及与其连接的检测终端，所述检测终端包含微控制器模块以及与其连接的温度传感器、流量传感器和数据传输模块，所述调控终端包含主控制器模块以及与其连接的显示模块、键盘输入模块、冷水管电磁阀、热水管电磁阀、射频识别模块；

所述射频识别模块包括一整流稳压电路，所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、电路稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述电路稳压电路分别与限幅泄流电路、电路稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流泄放；所述稳压电路用于进行稳压处理、输出稳定的电源电压供其它电路模块使用；

所述限幅检测电路包含第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管和第四PMOS晶体管，第一电阻；第一NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的一端相连接，第二NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的另一端相连接，第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的源极相连接，其连接的节点设为A；第一PMOS晶体管的源极与第四PMOS晶体管的源极与所述A点相连接；第四PMOS晶体管的漏极与第一电阻的一端相连接；第一电阻的另一端接地；第四PMOS晶体管的栅极与第一PMOS晶体管的漏极和栅极以及第二PMOS晶体管的源极相连接；第二PMOS晶体管的漏极和栅极与第三PMOS晶体管的源极相连接；第三PMOS晶体管的漏极和栅极接地；

其中，温度传感器，用于实时检测混水口的水温；

流量传感器，用于实时检测混水口的水流量；

微控制器模块，用于将温度传感器检测混水口的水温和流量传感器检测混水口的水流量通过数据传输模块传输至移动监控终端；

射频识别模块，用于接收和识别微控制器模块通过数据传输模块发送的水温及水流量；

键盘输入模块，用于调节水温及水流量预设值；

主控制器模块，用于根据接收的水温、水流量与水温、水流量预设值进行对比，若水温、水流量低于或高于预设值则通过控制电磁阀开度直至温度及水流量达到预设值；

显示模块，用于显示混水口当前的水温、水温预设值、水流量和水流量预设值。

作为本发明一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块的型号为AVR系列单片机。

其中，所述温度传感器采用DS18B20温度传感器，所述水流量传感器采用叶轮式流量计，所述显示模块采用LCD显示屏。

其中，温度测量部分和流量测量部分具体如下：温度测量部分为DS18B20温度传感器，放置在混水口之后，冷热水已经充分混合均匀的位置处，测量水温。此传感器精度较高，并可直接将温度数据串行发送至PIC32，数据处理起来非常方便。流量测量部分为叶轮式流量计，放置在温度传感器之后。它可将水的流量情况直接以脉冲信号传送给单片机，根据简单的公式计算后即可得到实际的液体流量。通过测定流量：其一，引入了一个已知数据量，可以使两个电磁阀在调节水温的同时，进行流量的调节，使二者全部稳定在设定值；其二，水压的影响在一定程度上体现在对水流量的影响上，通过测定液体流量，可以间接地消减水压变化对装置的影响。装置的输出部分为分别安置在冷水管道中和热水管道中的两个电磁阀。对于阀门的调整，为双输入双输出。

显示模块部分采用七段数码管。分别显示当前的水温、水温预设值以及流量预设值。用户可以通过按键调节预设值。这样一来能使用户直观的了解当前太阳能热水器的指标，非常人性化。AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。

具体步骤如下：若水温过高，则增大冷水阀开度，直至温度降到预设值。之后按照实际水流量与设定流量的比值同时减小冷热水阀的开度，直至流量达到预设值。如果在调整流量过程中水温发生变化，则返回前一环节进行调节，直至稳定。若水温过低，则以与A过程相反的方式进行调节。若水流量过大，则按照实际水流量与设定流量的比值同时减小冷热水阀的开度，直至流量达到预设值。这时再以过程A或B进行调节，直至稳定。若水流量过高，则以与C过程相反的方式进行。

其中水压影响是整个系统中最难处理的一部分。水压对于水温和流量的影响都是不小的，水压的影响在一定程度上体现在对水流量的影响上，通过测定液体流量，可以间接地消减水压变化对装置的影响。电磁阀采用单向电磁阀，抑制由于一方水压过大而造成的回流情况。

本发明有效的解决了喷头出水忽冷忽热、忽大忽小的问题，进而实现了恒温混水的功能；

通过检测混水口的温度和水流量进而控制热冷电磁阀的开度，不仅实现流量稳定在设定值，更重要的是使出水温度也稳定在设定值。进而保证了水的恒温控制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其特征在于：包含调控终端以及与其连接的检测终端，所述检测终端包含微控制器模块以及与其连接的温度传感器、流量传感器和数据传输模块，所述调控终端包含主控制器模块以及与其连接的显示模块、键盘输入模块、冷水管电磁阀、热水管电磁阀、射频识别模块；

所述射频识别模块包括一整流稳压电路，所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、电路稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述电路稳压电路分别与限幅泄流电路、电路稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流泄放；所述稳压电路用于进行稳压处理、输出稳定的电源电压供其它电路模块使用；

所述限幅检测电路包含第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管和第四PMOS晶体管，第一电阻；第一NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的一端相连接，第二NMOS晶体管的栅极和漏极与所述耦合电路的第二电感的另一端相连接，第一NMOS晶体管的源极与第二NMOS晶体管的源极相连接，其连接的节点设为A；第一PMOS晶体管的源极与第四PMOS晶体管的源极与所述A点相连接；第四PMOS晶体管的漏极与第一电阻的一端相连接；第一电阻的另一端接地；第四PMOS晶体管的栅极与第一PMOS晶体管的漏极和栅极以及第二PMOS晶体管的源极相连接；第二PMOS晶体管的漏极和栅极与第三PMOS晶体管的源极相连接；第三PMOS晶体管的漏极和栅极接地；

其中，温度传感器，用于实时检测混水口的水温；

流量传感器，用于实时检测混水口的水流量；

微控制器模块，用于将温度传感器检测混水口的水温和流量传感器检测混水口的水流量通过数据传输模块传输至移动监控终端；

射频识别模块，用于接收和识别微控制器模块通过数据传输模块发送的水温及水流量；

键盘输入模块，用于调节水温及水流量预设值；

主控制器模块，用于根据接收的水温、水流量与水温、水流量预设值进行对比，若水温、水流量低于或高于预设值则通过控制电磁阀开度直至温度及水流量达到预设值；

显示模块，用于显示混水口当前的水温、水温预设值、水流量和水流量预设值。

2.根据权利要求1所述的一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其特征在于：所述微控制器模块的型号为AVR系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其特征在于：所述温度传感器采用DS18B20温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其特征在于：所述水流量传感器采用叶轮式流量计。

5.根据权利要求1所述的一种基于射频识别限幅检测电路的热水器调控系统，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。