CN112984823A - 一种基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器 - Google Patents

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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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Abstract

市面上家用淋浴器大多数为手动调节水温与水量，因此会经常出现无法调出自己想要的水温和水量，更进一步，老人与小孩使用时可能会面临烫伤的危险。本发明设计了一种基于模糊规则与爬坡算法相结合的水温水量可控的淋浴器，此淋浴器主要使用单片机进行控制冷水阀和热水阀的进水量来实现水温和水量控制的，并可通过按键输入设置用户期望的温度与出水量。

Description

一种基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器
技术领域
本发明是一种基于模糊规则控制与爬坡算法的水温和出水量可控制的淋浴器。
背景技术
目前家用淋浴器大多数为手动调节水温与水量，人文因素增加了不可控因素，因此会经常出现无法调出自己想要的水温和水量，更进一步，老人与小孩使用时可能会面临烫伤的危险。发明一种可根据人需要自动调节水温和水量的设备尤而显得极为重要。
发明内容
针对以上内容，本发明发明了一种水温和水量可控的淋浴器，此淋浴器主要使用单片机进行控制冷水阀和热水阀的进水量来实现水温和水量控制的，并可通过按键输入设置用户期望的温度与出水量。
一种基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器的设计主要包括以下步骤：
(1)设计淋浴器的系统架构，如图1。
(2)设计淋浴器的物理结构，如图2。
(3)设计淋浴器的控制方法与逻辑，此种控制算法采用模糊思想与爬山算法相结合，并通过量化冷水阀和热水阀开度，进而控制水温和出水量。
所述步骤(1)，具体步骤为：本发明采用AT89S52单片机作为控制器，整体系统架构由控制器模块、温度采集模块、冷水控制模块、热水控制模块、按键输入模块和LCD显示模块组成，形成一个闭环的温度控制系统，控制系统如图3 所示。
所述步骤(2)，具体步骤为：如图2所示，淋浴器的物理结构由如下组成： 1.控制模块、6.可控冷水阀、7.可控热水阀、8.总开关、9.花洒、10.温度传感器。
控制模块：控制模块由控制模块由2.温度调节按键、3.水量调节按键、4. 开关按键好和5.LCD屏组成。
温度调节开关：温度调节等级35摄氏度到45摄氏度，按键一次改变1摄氏度。
水量调节按键：水量定位1-10级，默认5级，按一次改变一个等级。
LCD屏：LCD屏用于显示设定温度和当前温度，和当前水量等级。
温度传感器：温度传感器如图所示，在紧挨花洒，在花洒入水口。
冷水阀和热水阀：分别在冷水和热水交汇入水口。
控制总阀：手动控制，主要用于控制总入水，防止在突然断电开关阀门没法关闭问题。
所述步骤(3)，具体步骤为：本发明把水量调节定位1-10级调节，温度设计为35-45摄氏度。本发明的难点在于控制水量的同时控制温度，因此设计一种基于模糊规则的爬坡算法，设计如下：
首先，需要把需要的值进行量化。把冷水阀和热水阀开关开度分别量化到 0-100，因此两个开关量的总开度为0-200。把水量调节量化到0-1，设总开度为 KA，冷水阀开度为KL，热水阀开度为KR，水量调节等级为d。正常情况下，我们使KA＝KL+KR成立。因为水量调节量化到0-1，所以总开度KA＝d*200。
然后，根据实际水温和设定水温的差距，我们只进行自变量热水阀开度KR 的调节，根据设定水量调节d，进行KL的调节，正常情况下可得KL＝KA-KR。
整体思想采用模糊规则加上爬山算法的思想，主要分为正常情况和异常情况两种情况，我们设置误差e＝0.5，具体规则如下：
正常情况下，在此情况下KA＝KL+KR成立：
正常情况1：当水温低于设定温度，且温差大于5摄氏度时，直接把热水阀开度以步长为8增加，如果还是低于设定温度，继续增加8，直到超过设定温度，此时减半步长，进行热水阀开度减小，如此循环，直到温差小于误差e，期间冷水阀开度KL＝KA-KR。
正常情况2：当水温低于设定温度，且温差小于5摄氏度时，我们把初始步长定位4，步骤与正常情况1一样。
正常情况3：当水温高于设定温度，且温差大于5摄氏度时，初始步长定位10，以初始步长10进行热水阀开度下降调节，如果高于设定温度，继续减少 10开度，直到低于设定温度，步长减半，进行开度增加，如此循环，直到温差小于误差e，期间冷水阀开度KL＝KA-KR。
正常情况4：当水温高于设定温度，且温差小于5摄氏度时，吧初始步长设为4，步骤与正常情况3一样。
异常情况下，水量过大常会遇到，在此类情况下，KA＝KL+KR不成立：
异常情况1：当实际温度小于设定温度，且热水阀开度已经到最大，以初始步长10来减小冷水阀开度，如果实际温度小于设定温度，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差 e。期间热水阀开度不变。
异常情况2：当实际温度大于设定温度，且冷水阀开度已经到最大，以初始步长10来减小热水阀开度，如果实际温度高于设定温度，继续减小10，直到低于设计温度，步长减半，进行热水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差 e。期间冷水阀开度不变。
异常情况3：当实际温度N小于设定温度S、KA>KL+KR且热水阀不为最大开度，冷水阀为最大开度，以初始步长10增加热水阀开度，如果实际温度N小于设定温度S，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。如果到KA<＝KL+KR时，实际温度N仍小于设定温度S，则跳转到正常情况2。
异常情况4：当实际温度N大于设定温度S、KA>KL+KR且冷水阀不为最大开度，热水阀为最大开度，以初始步长10增加冷水阀开度，如果实际温度小于设定温度，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e，如果到KA<＝KL+KR时，实际温度仍大于设定温度，则跳转到正常情况4。
本发明有效收益：
增强设备可控性，使人们在洗澡时调节水温和水量时，不会出现到达不了自己想要的效果。
温度有上下限，不会出现烫伤现象，尤其是老人与小孩的使用。
此控制方法采用模糊规则和爬山算法相结合的控制算法，这个算法具有快速性和稳定性，能够快速调节到人们想要的效果，且能应对各种异常情况。
附图说明：
图1为本发明的系统架构图。
图2为本发明的物理结构图。
图3为本法的控制原理图。
具体实施方式
当用户使用时，打开开关，设定好想要的温度与水量等级，控制器按0:2 的比例打开热水和冷水阀门。温度采集器采集温度并发送给控制器，控制器通过上述步骤(3)的控制算法算出热水阀和冷水阀的开度并把数据发送给热水阀和冷水阀。然后温度采集器继续采集。如此循环，便可得到想要的水温和出水量。

Claims (9)

1.本发明发明了一种基于模糊规则控制与爬坡算法的恒温可控淋浴器，此淋浴器主要使用单片机进行控制冷水阀和热水阀的进水量来实现水温和水量控制的，并可通过按键输入设置用户期望的温度与出水量。一种基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器的设计主要包括以下步骤：(1)设计淋浴器的系统架构，如图1；(2)设计淋浴器的物理结构，如图2；(3)设计淋浴器的控制方法与逻辑，此种控制算法采用模糊思想与爬山算法相结合，并通过量化冷水阀和热水阀开度，进而控制水温和出水量。
2.如权利要求1所述的基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器，其特征在于所述步骤1：本发明采用AT89S52单片机作为控制器，整体系统架构由控制器模块、温度采集模块、冷水控制模块、热水控制模块、按键输入模块和LCD显示模块组成。形成一个闭环的温度控制系统，控制系统如图3所示。
3.如权利要求1所述的基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器，其特征在于所述步骤2：如图2所示，淋浴器的物理结构由如下组成：(1)控制模块、(2)可控冷水阀、(3)可控热水阀、(4)总开关、(5)花洒、(6)温度传感器。
4.如权利要求3所述的控制模块由控制模块由(1)温度调节按键、(2)水量调节按键、(3)开关按键、(4)LCD屏组成。温度调节开关：温度调节等级35摄氏度到45摄氏度，按键一次改变1摄氏度；水量调节按键：水量定位1-10级，默认5级，按一次改变一个等级；LCD屏：LCD屏用于显示设定温度和当前温度，和当前水量等级。
5.如权利要求3所述的温度传感器如图所示，在紧挨花洒，在花洒入水口；冷水阀和热水阀：分别在冷水和热水交汇入水口。
6.如权利要求3的控制总总开关是手动控制，主要用于控制总入水，防止在突然断电开关阀门没法关闭问题。
7.如权利要求1所述的基于模糊规则控制的恒温可控淋浴器，其特征在于所述步骤3：具体步骤为：本发明把水量调节定位1-10级调节，温度设计为35-45摄氏度。本发明的难点在于控制水量的同时控制温度，因此设计一种基于模糊规则的爬坡算法，设计如下：首先，需要把需要的值进行量化。把冷水阀和热水阀开关开度分别量化到0-100，因此两个开关量的总开度为0-200。把水量调节量化到0-1，设总开度为KA，冷水阀开度为KL，热水阀开度为KR，水量调节等级为d。正常情况下，我们使KA＝KL+KR成立。因为水量调节量化到0-1，所以总开度KA＝d*200。然后，根据实际水温和设定水温的差距，我们只进行自变量热水阀开度KR的调节，根据设定水量调节d，进行KL的调节，正常情况下可得KL＝KA-KR。整体思想采用模糊规则加上爬山算法的思想，主要分为正常情况和异常情况两种情况，我们设置误差e＝0.5，具体规则如下权利要求。
8.如权利要求7所述的具体控制规则正常情况下KA＝KL+KR成立：正常情况1：当水温低于设定温度，且温差大于5摄氏度时，直接把热水阀开度以步长为8增加，如果还是低于设定温度，继续增加8，直到超过设定温度，此时减半步长，进行热水阀开度减小。如此循环，直到温差小于误差e，期间冷水阀开度KL＝KA-KR；正常情况2：当水温低于设定温度，且温差小于5摄氏度时，我们把初始步长定位4，步骤与正常情况1一样；正常情况3：当水温高于设定温度，且温差大于5摄氏度时，初始步长定位10，以初始步长10进行热水阀开度下降调节，如果高于设定温度，继续减少10开度，直到低于设定温度，步长减半，进行开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。期间冷水阀开度KL＝KA-KR；正常情况4：当水温高于设定温度，且温差小于5摄氏度时，吧初始步长设为4，步骤与正常情况3一样。
9.如权利要求7所述的具体控制规则异常情况下常会遇到水量过大，在此类情况下，KA＝KL+KR不成立：异常情况1：当实际温度小于设定温度，且热水阀开度已经到最大，以初始步长10来减小冷水阀开度，如果实际温度小于设定温度，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。期间热水阀开度不变；异常情况2：当实际温度大于设定温度，且冷水阀开度已经到最大，以初始步长10来减小热水阀开度，如果实际温度高于设定温度，继续减小10，直到低于设计温度，步长减半，进行热水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。期间冷水阀开度不变；异常情况3：当实际温度N小于设定温度S、KA>KL+KR且热水阀不为最大开度，冷水阀为最大开度，以初始步长10增加热水阀开度，如果实际温度N小于设定温度S，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。如果到KA<＝KL+KR时，实际温度N仍小于设定温度S，则跳转到正常情况2；异常情况4：当实际温度N大于设定温度S、KA>KL+KR 且冷水阀不为最大开度，热水阀为最大开度，以初始步长10增加冷水阀开度，如果实际温度小于设定温度，继续减小10，直到高于设计温度，步长减半，进行冷水阀开度增加，如此循环，直到温差小于误差e。如果到KA<＝KL+KR时，实际温度仍大于设定温度，则跳转到正常情况4。
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