CN105823205A - 一种基于stm32的定时变量开水器 - Google Patents

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谭翔元
王杰
马钧文
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Abstract

本发明公开了一种基于STM32的定时变量开水器。开水器采用多个水箱对散失或即将散失的热量进行二次利用，根据实际需要定时变量供水，精准控制煮水量。煮水箱根据用水量注水并煮水；储水箱用于储存煮水箱煮开的水并对其保温；凉水箱用于储存煮开的水并对用户提供凉开水，储水箱的水若在加热后没有用完，则储水箱内的水通过单向电磁阀注入凉水箱。煮水箱和储水箱内置加热管，根据不同水量的水使用相应数量的加热管加热保温。煮水箱上部安装热交换器固定在自来水箱内，通过热交换器将热量传导给自来水；凉水箱和自来水箱用浮球阀来控制阀门开闭，用以增加和排出水。各水箱外部覆有聚氨酯材料以隔绝与外部环境的热交换，减少功耗。

Description

一种基于STM32的定时变量开水器
技术领域
本发明涉及机械设计与自动控制领域，具体地说，涉及一种基于STM32的定时变量开水器。
背景技术
在工矿企业、学校、图书馆、学生宿舍诸多单位均配备有开水器；市面上销售的开水器有沸腾式开水器、步进式开水器等多种开水器，但开水器或多或少均存在着以下不足:(1)日常供水量大于需求，始终处于满水位运行，从而导致电能损耗严重,存在耗电量大的情况；(2)由于其供水过多导致余量增多，而保温性能不好，导致开水器需要对过多余量的水反复多次加热，同时存在着冷热水混合加热的情况，产生不利于健康的因素；(3)开水器保温效果较差，热量散失严重，而且对这部分热量没有进行有效地循环再利用。
目前，市面上存在一种新型的即热式开水器，但这种开水器出水速度慢，不能满足集中供水的需求；同时还有一种新型的磁能定时变量开水器，这种开水器采用磁能加热，虽然省电，但是由于新的加热技术在市场上普遍反映可靠性不够高，同时售价昂贵，难以推广；该开水器定时变量供水是人为设置时间段和高、中、低水位，时间和供水准确性较低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服传统热水器全部时间内满水位运行，从而造成耗电及热量的浪费问题，本发明提出一种基于STM32的定时变量开水器。该开水器采用多个水箱体对散失或即将散失的热量进行二次利用，根据实际需要定时变量供水，精准控制煮水量，减少功耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括凉水箱、煮水箱、自来水箱、储水箱、水位传感器、电磁阀、换热器、浮球阀，其特征在于采用多个水箱固定在箱体框架内，水箱之间通过电磁阀控制，箱体顶部有限压阀，箱体侧壁下部开有进水口；所述煮水箱位于自来水箱的下面，煮水箱内设有第一加热管，第一水位传感器固定在煮水箱内顶部，煮水箱用于对水进行煮沸，并将煮沸的开水注入储水箱内；煮水箱上部有两个热交换器固定在自来水箱内，通过热交换器将热量传导给自来水；所述储水箱内设有第二加热管，两个加热管横向排列间距为83mm，第二水位传感器固定在储水箱内顶部，储水箱用于储存煮水箱煮沸的开水并对其保温；所述凉水箱与所述储水箱分别位于煮水箱的下面,凉水箱与储水箱之间由单向电磁阀控制，凉水箱与储水箱底部分别有第一排水口、第二排水口；凉水箱内设有第一换热器,第一换热器一端与进水口连接,另一端与自来水箱内浮球阀连接,浮球阀用来控制阀门的开闭，自来水箱内浮球阀控制水位不低于85mm；凉水箱用于储存煮沸的开水，并对用户提供凉开水；工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样，STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间，得出注水时间与注水量，并将数据通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存；STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据，在规定的时间给水箱注入规定的水量；STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制电磁阀的导通或断开，进而控制注水与否；STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制加热与否；同时，温度传感器将读出的温度数据传回至STM32微控制器，与设定的温度进行比对决定是否加热，实现对温度闭环控制；STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD，实时地显示各模块运行状态与温度，水位参数；同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数，监控系统运行。
所述第一加热管为多个，每个加热管为750W,每两个加热管间距为75mm。
自来水箱、煮水箱、凉水箱与储水箱外部包覆聚氨酯材料，隔绝各水箱之间与外部环境的热交换。
所述第二换热器采用紫铜材料。
有益效果
本发明提出的一种基于STM32的定时变量开水器，采用多个水箱体进行热量再利用，根据实际需要定时变量供水，精准控制煮水量，避免了耗电及热量的浪费现象。
本发明定时变量开水器可减少热量散失并回收热量；开水器采用双聚能加自来水双重预热设计，在自来水注入自来水箱的过程中，管道经过凉水箱，吸收凉水箱内的余热，预热自来水并加速凉水箱内水的降温。煮水期间，蒸汽通过自来水箱内的热交换器对自来水进行预热；水箱体包覆保温材料保证热量的散失减小到最低。
本发明定时变量开水器可提供健康用水；开水器分时段变量供水有效地避免千滚水的产生，多箱体的设计将热水和凉水完全隔离开，避免了阴阳水的产生。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种基于STM32的定时变量开水器作进一步详细说明。
图1为本发明定时变量开水器结构示意图。
图2为本发明定时变量开水器结构侧视图。
图3为本发明定时变量热水器结构俯视图。
图4a、图4b为本发明定时变量开水器的自来水箱换热器示意图。
图5a、图5b为本发明定时变量开水器的水位测量电路图。
图6为本发明定时变量开水器的水位信息存储电路图。
图7a、图7b为本发明定时变量开水器的电磁阀控制电路图。
图8a、图8b为本发明定时变量开水器的加热控制电路图。
图9a、图9b为本发明定时变量开水器的温度采集电路图。
图10为本发明定时变量开水器的显示模块电路图。
图中
1.第一排水口2.进水口3.第一换热器4.凉水箱5.保温层6.第一加热管7.煮水箱8.浮球阀9.自来水箱10.第二换热器11.限压阀12.第一电磁阀13.第一水位传感器14.第二电磁阀15.第二水位传感器16.储水箱17.第二加热管18.第二排水口
具体实施方式
本实施例是一种基于STM32的定时变量开水器。
1.信息处理过程
本实施例中,选用STM32系列的STM32F103ZET6微控制器作为控制电路的核心部件。
如图5a、图5b、图6所示，工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样。STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间，分析计算得出合理的注水时间与注水量，并将结果通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存，确保不因意外断电而丢失数据。
如图7a、图7b、图8a、图8b、图9a、图9b所示，工作时，STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据，在规定的时间给水箱注入规定的水量。STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，最终控制电磁阀的导通或断开，进而控制注水与否；STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制加热与否；同时，温度传感器DS18B20通过“一线总线”形式将读出的温度传回至STM32微控制器，与设定的温度进行比对决定是否加热，对温度实现闭环控制。
如图10所示，STM32利用内部的静态存储控制器操作TFT-LCD，实时地显示各模块运行状态与温度，水位相关参数；同时利用UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数，监控系统的运行。
2.工作过程
本实施例中,开水器工作过程为测量过程，供水过程，校准过程。
在测量过程，开水器自动测量用户的用水习惯，包括周期，用水量，建立用户用水的数学模型；在供水过程，开水器根据数学模型确定供水量并提前煮水，在需用时间段内注入储水箱；在供水过程同时进行校准过程，在校准过程，系统自动记录各个时间段内的用水量，并与先前的数据相结合，完善之前数学模型。
用户可根据日常实际用水情况选择测量单位供水时间和供水周期，选定之后，在其后的一个供水周期内开水器采用满水位运行状态，然后每一个单位供水时间内根据距离传感器测量用户的用水量，并记录。
测量期间，储水箱和煮水箱满水位运行，用户使用过程中第一电磁阀12,第二电磁阀14始终保持关闭状态；当储水箱水位低于预设的临界水位时，第二电磁阀14打开，将储水箱注满水，期间保证第一电磁阀12处于关闭状态。当第二电磁阀14关闭时，若煮水箱水位达到临界水位，打开第一电磁阀12将煮水箱注满水并煮开。在单位供水时间，传感器测量并记录下煮水箱和储水箱的水位，计算用户的用水量。
在测量完用户在一个周期内用水量之后，开水器按照上一周期内的供水状况，在每个单位时间内供应上一周期内对应单位时间内的用水量的1.2倍，以保证偶然用水量增大的情况下用水的供应。
当准备单位时间内供水时，煮水箱内注入相应的供水量，并根据水量计算时间，确保在供水前规定时间内烧好，以确保储水箱内的水不足时仍然有水可以供应。在下一次开始时，将煮水箱内的水注入储水箱。若在秋冬季节，凉水需求量少，可在储水箱连续烧水后，在单位供水时间之初，将储水箱内的剩余水量注入凉水箱；在春夏季节，可在每个设定时间将储水箱内的水注入凉水箱内，以保证凉水的需求。
在采集用户用水数据后，数据需要进行校准，以保证单位时间内用水量正常供应。在每单位时间供水之后，开水器会记录下该单位时间内用水量，并与上一周期内该时间段用水量进行比较，保存较大的用水量。
安装过程
本实施例中,定时变量开水器箱体外壳采用不锈钢材料加工，厚度为1.5mm，外壳体尺寸长*宽*高为460mm*560mm*670mm，箱体固定安装在框架上，各水箱箱体之间以及水箱与外壳体之间包覆有厚度为30mm的聚氨酯发泡材料作为保温层5。各水箱箱体尺寸长*宽*高分别为:自来水箱为400mm*450mm*100mm，煮水箱为400mm*450mm*170mm，储水箱为400mm*250mm*300mm，凉水箱为400mm*150mm*300mm。
煮水箱7内设置四个750W的第一加热管6，第一加热管6竖直安装、横向排列，相邻两加热管间距为75mm，第一水位传感器13固定在煮水箱7内顶部壁面上。储水箱16内安装有两个750W第二加热管17，两个横向排列的第二加热管之间间距为83mm，第二水位传感器15安装在储水箱16内顶部壁面上。煮水箱7上部有两个第二换热器10固定在自来水箱9内，两个第二换热器对称安装，第二换热器10内径为12.5mm，外径为14mm，材料为紫铜；自来水箱9内安装浮球阀8控制水位不低于85mm。煮水箱7与储水箱16、自来水箱9水箱之间分别通过第一电磁阀12、第二电磁阀14连接，储水箱16和凉水箱4之间通过单向电磁阀连接，采用DC24V控制；凉水箱4和储水箱16底部分别设有第一排水口1、第二排水口18,第一排水口1、第二排水口18分别与水龙头螺纹连接。

Claims (4)

1.一种基于STM32的定时变量开水器，包括凉水箱、煮水箱、自来水箱、储水箱、水位传感器、电磁阀、换热器、浮球阀，其特征在于:采用多个水箱固定在箱体框架内，水箱之间通过电磁阀控制，箱体顶部有限压阀，箱体侧壁下部开有进水口；所述煮水箱位于自来水箱的下面，煮水箱内设有第一加热管，第一水位传感器固定在煮水箱内顶部，煮水箱用于对水进行煮沸，并将煮沸的开水注入储水箱内；煮水箱上部有两个热交换器固定在自来水箱内，通过热交换器将热量传导给自来水；所述储水箱内设有第二加热管，两个加热管横向排列间距为83mm，第二水位传感器固定在储水箱内顶部，储水箱用于储存煮水箱煮沸的开水并对其保温；所述凉水箱与所述储水箱分别位于煮水箱的下面,凉水箱与储水箱之间由单向电磁阀控制，凉水箱与储水箱底部分别有第一排水口、第二排水口；凉水箱内设有第一换热器,第一换热器一端与进水口连接,另一端与自来水箱内浮球阀连接,浮球阀用来控制阀门的开闭，自来水箱内浮球阀控制水位不低于85mm；凉水箱用于储存煮沸的开水，并对用户提供凉开水；工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样，STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间，得出注水时间与注水量，并将数据通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存；STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据，在规定的时间给水箱注入规定的水量；STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制电磁阀的导通或断开，进而控制注水与否；STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号，控制继电器导通或断开，控制加热与否；同时，温度传感器将读出的温度数据传回至STM32微控制器，与设定的温度进行比对决定是否加热，实现对温度闭环控制；STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD，实时地显示各模块运行状态与温度，水位参数；同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数，监控系统运行。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器，其特征在于:所述第一加热管为多个，每个加热管为750W,每两个加热管间距为75mm。
3.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器，其特征在于:自来水箱、煮水箱、凉水箱与储水箱外部包覆聚氨酯材料，隔绝各水箱之间与外部环境的热交换。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器，其特征在于:所述第二换热器采用紫铜材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111297186A (zh) * 2020-02-23 2020-06-19 深圳市久大轻工机械有限公司 自动调温智能饮水机

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5733745A (en) * 1980-08-05 1982-02-23 Heiwa Tekko Kk Multi-tank type hot water boiler with hot water reservoir
CN202769969U (zh) * 2012-07-23 2013-03-06 青岛吉之美商用设备有限公司 沸点自动监测校准的饮水加热装置
CN203949384U (zh) * 2014-06-17 2014-11-19 上海欣玖环保科技有限公司 一种电加热开水热水装置
CN204026971U (zh) * 2014-06-23 2014-12-17 刘建 一种带定时变量排空隔夜水的节能型步进开水器
CN204600212U (zh) * 2015-04-23 2015-09-02 马鹏程 一种节能饮水机的控制器
CN204630022U (zh) * 2015-04-20 2015-09-09 北京科技大学 一种基于微控制器控制的节能新型电热开水器
KR20160036932A (ko) * 2014-09-26 2016-04-05 박재흔 탄소 히터를 이용한 온수 보일러
CN205807807U (zh) * 2016-04-20 2016-12-14 西北工业大学 一种基于stm32的定时变量开水器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5733745A (en) * 1980-08-05 1982-02-23 Heiwa Tekko Kk Multi-tank type hot water boiler with hot water reservoir
CN202769969U (zh) * 2012-07-23 2013-03-06 青岛吉之美商用设备有限公司 沸点自动监测校准的饮水加热装置
CN203949384U (zh) * 2014-06-17 2014-11-19 上海欣玖环保科技有限公司 一种电加热开水热水装置
CN204026971U (zh) * 2014-06-23 2014-12-17 刘建 一种带定时变量排空隔夜水的节能型步进开水器
KR20160036932A (ko) * 2014-09-26 2016-04-05 박재흔 탄소 히터를 이용한 온수 보일러
CN204630022U (zh) * 2015-04-20 2015-09-09 北京科技大学 一种基于微控制器控制的节能新型电热开水器
CN204600212U (zh) * 2015-04-23 2015-09-02 马鹏程 一种节能饮水机的控制器
CN205807807U (zh) * 2016-04-20 2016-12-14 西北工业大学 一种基于stm32的定时变量开水器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111297186A (zh) * 2020-02-23 2020-06-19 深圳市久大轻工机械有限公司 自动调温智能饮水机

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