CN203131964U - 一种高校淋浴系统的恒温供水装置 - Google Patents
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Abstract
一种高校淋浴系统的恒温供水装置，由单片机控制模块、温度传感器、阀门、水泵、显示模块、操作界面和冷水回水管组成，阀门和水泵通过回水管与高校原有热水供应系统的出水龙头相连，温度传感器安装在与水龙头相连的水管上，对水温进行实时监测，单片机控制模块、显示模块和操作界面安装在与出水龙头相邻的墙壁上，便于使用者控制与查看，用户通过操作界面设置理想水温并控制整个装置的工作，温度传感器采集水管中水的温度，并将信息传送给单片机控制模块，单片机控制模块将温度传感器采集到的温度与用户设置的水温进行比较，决定阀门和水泵的工作情况，同时，单片机控制模块将温度传感器采集到的温度在显示模块上进行显示，供用户观察。
Description
技术领域
本实用新型设计智能控制技术领域，特别是涉及一种高校恒温供水系统。
背景技术
目前热水淋浴系统普遍存在打开开关后，首先出来的是管道中的冷水，只有管道中冷水全部放完后，热水才会姗姗来迟这些问题不仅造成了严重的不舒适，而且浪费大量的水资源，据不完全统计，每年仅此一项，我国就会浪费几千万吨自来水。这种现象在高校中更为严重，因为在一般家庭中，人们会出于节约的考虑而将一开始流出的冷水用各种容器接下来用于其它用处，而在高校中，大部分高校是免费供水，从而造成了学生的节水意识薄弱的现实，大量的水资源会白白流失。
关于热水循环系统，目前有不少研究，市场上也有了一些产品，但这些产品大多是针对家庭用户设计，并不是很适合高校宿舍使用，原因在于：
（1）现有产品价格高昂，高校宿舍多，一次性投资大，很多高校并不愿意为此投入过大的财力安装这种循环系统；
（2）现有产品安装难度大，需要对原有供水系统作较大的改造，而高校宿舍设施已经成型，做大规模的改造，工程浩大，可行性低；
（3）现有产品操作复杂，不适合高校学生使用。高校洗浴设备属于公用设施，使用频繁，容易出现故障，现有的系统维修麻烦，需要厂方专业技术人员进行维护，非常不方便。
发明内容
本实用新型解决的问题就是在现有的高校热水供应系统的基础上，提供一种安装简单、操作方便的智能节水装置，这种装置可以起到节约水资源的作用，并提供个使用者很好的舒适感。采用的技术方案是，一种高校淋浴系统的恒温供水装置，由单片机控制模块、温度传感器、阀门、水泵、显示模块、操作界面和冷水回水管组成，阀门和水泵通过回水管与高校原有热水供应系统的出水龙头相连，温度传感器安装在与水龙头相连的水管上，对水温进行实时监测，单片机控制模块、显示模块和操作界面安装在与出水龙头相邻的墙壁上，便于使用者控制与查看，用户通过操作界面设置理想水温并控制整个装置的工作，温度传感器采集水管中水的温度，并将信息传送给单片机控制模块，单片机控制模块将温度传感器采集到的温度与用户设置的水温进行比较，决定阀门和水泵的工作情况，同时，单片机控制模块将温度传感器采集到的温度在显示模块上进行显示，供用户观察。
对水温进行实时监测的温度传感器2为DS18B20温度传感器。
控制水龙头是否出水的阀门3采用电磁阀。
水泵4为高压水泵。
单片机控制模块1中的单片机为51单片机中的STC89C51单片机。
本实用新型有益效果是通过在原有热水器的基础上智能控制系统和循环泵而成的，因此，运行稳定、投资少，并且解决以下问题：
1、与高校热水供应系统配合使用，沐浴时无需等待冷水排放过程，通过该产品自动循环的功能，达到即开即用舒适热水；
2、全自动控制出水温度，水温显示，直观、便捷控制水温；
3、可预设开机时间段，人性化体现关怀；
4、恒温出水，提供舒适的淋浴体验；
5、安全、环保、节能。
附图说明
图1为恒温供水系统的工作原理图。
图2为恒温供水系统的安装示意图。
附图标记说明：、单片机控制模块；2、温度传感器；3、阀门；4、水泵；5、显示模块；6、操作界面；7、冷水回水管；8、加热器
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型的整体装置结构如附图1所示，由单片机控制模块1、温度传感器2、阀门3、水泵4、显示模块5和操作界面6六个模块组成。用户通过操作界面6设置理想水温并控制整个装置的工作。温度传感器2采集水管中水的温度，并将信息传送给单片机控制模块1，单片机控制模块1将温度传感器2采集到的温度与用户设置的水温进行比较，决定阀门3和水泵4的工作情况，阀门3可为电磁阀，同时，单片机控制模块1将温度传感器2采集到的温度在显示模块5上进行显示，供用户观察。
附图2是本实用新型装置与高校热水供应系统结合使用的示意图。
高校热水供应系统的水管布局虽然不尽相同，但是基本上都符合附图2所示循环原理图。一个宿舍大概有三个淋浴装置，智能型热水循环控制系统就安装在其中一个出水口，可以保证所有的用水口都能够随时用上热水。
智能型热水循环系统采用温度传感器2对每一个出水口里的热水温度进行实时检测，将 检测到的信号送入单片机控制模块1，判断当时热水管里的热水是否低于设置的温度（初始默认40℃，略高于人体体温）。如果是，就启动水泵4，将热水管里的冷水通过冷水回水管7回送入加热器8中，加热器8里的热水会补充热水管，达到预设温度后系统自动停止工作，整个过程能够快速完成，一般不会超过一分钟；当水温达到设定温度时，装置进入恒温模式，在淋浴过程中，利用PID控制算法和水温控制算法对水管中的水进行冷热水的自动混合并恒温输出，混合的温度有用户自己设定。用户也可以取消自动恒温功能，手动调节热水和冷水的大小来达到适合的温度，从而达到智能控制和手动控制相结合，随时使用适合自己的热水的目的。
下面是本实用新型的具体选材方案及技术原理。
由于本系统的控制相对比较简单，而且考虑到成本问题，所以单片机控制模块1中的单片机选择了51单片机中的STC89C51单片机。该单片机共有32个通用IO口，两个定时器，两个外部中断和一个串口，而且价格低廉，对于我们这个系统来说非常合适。
温度传感器需要对温度变化反应灵敏，经济可靠，我们选择了DS18B20。DS18B20体积小、经济、灵活。可以充分发挥“一线总线”的长处。DS18B20只有3个管脚，分别是ＶＣＣ，ＧＮＤ和数据线，即支持“一线总线”接口，非常适合51单片机的控制。测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
为了实现系统的简单化和降低成本，本系统采用共阴数码管来显示用户设定的温度和热水管实际测得的温度。
数码管具有成本低廉，显示清晰和控制简单的优点，本系统使用静态显示方法，不需要BCD译码器。
考虑到本系统要实现混水恒温控制，要比较精确地控制热水和冷水的比例，所以我们采用了目前运用非常成熟的PID控制算法，通过检测热水，冷水和混水的温度来调节P、I、D三个值的大小，继而控制热水和冷水的流速，达到恒温的目的。
PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过三个参数的设定，实现水温的恒温控制。
PID增量式算法离散化公式：
比例控制（P）是一种简单的控制方式。其控制器输出与输入误差信号成比例关系。当仅比例控制时系统输出存稳态误差（Steady-state error）。
积分控制（I）中，控制器输出与输入误差信号积分成正比关系。对自动控制系统，如果进入稳态后存稳态误差，则称这控制系统稳态误差或简称差系统（System with Steady-state Error）。消除稳态误差，控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间积分，随着时间增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间增加加大，它推动控制器输出增大使稳态误差进步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，以使系统进入稳态后无稳态误差。
微分控制（D）中，控制器输出与输入误差信号微分（即误差变化率）成正比关系。自动控制系统克服误差调节过程中能会出现振荡甚至失稳。其原因由于存较大惯性组件（环节）或滞后(delay)组件，具抑制误差作用，其变化总落后于误差变化。解决办法使抑制误差作用变化“超前”，即误差接近零时，抑制误差作用就应该零。这就说，控制器中仅引入“比例”项往往够，比例项作用仅放大误差幅值，目前需要增加“微分项”，它能预测误差变化趋势，这样，具比例+微分控制器，就能够提前使抑制误差控制作用等于零，甚至负值，从避免被控量严重超调。所以对较大惯性或滞后被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统调节过程中动态特性。
Claims (5)
1.一种高校淋浴系统的恒温供水装置，由单片机控制模块（1）、温度传感器（2）、阀门（3）、水泵（4）、显示模块（5）、操作界面（6）和冷水回水管（7）组成，特征在于，阀门（3）和水泵（4）通过回水管（7）与高校原有热水供应系统的出水龙头相连，温度传感器（2）安装在与水龙头相连的水管上，对水温进行实时监测，单片机控制模块（1）、显示模块（5）和操作界面（6）安装在与出水龙头相邻的墙壁上，便于使用者控制与查看，用户通过操作界面（6）设置理想水温并控制整个装置的工作，温度传感器（2）采集水管中水的温度，并将信息传送给单片机控制模块（1），单片机控制模块（1）将温度传感器（2）采集到的温度与用户设置的水温进行比较，决定阀门（3）和水泵（4）的工作情况，同时，单片机控制模块（1）将温度传感器（2）采集到的温度在显示模块（5）上进行显示，供用户观察。
2.根据权利要求1所述的高校淋浴系统的恒温供水装置，其特征在于：对水温进行实时监测的温度传感器（2）为DS18B20温度传感器。
3.根据权利要求1所述的高校淋浴系统的恒温供水装置，其特征在于：控制水龙头是否出水的阀门（3）采用电磁阀。
4.根据权利要求1所述的高校淋浴系统的恒温供水装置，其特征在于：水泵（4）为高压水泵。
5.根据权利要求1所述的高校淋浴系统的恒温供水装置，其特征在于：单片机控制模块（1）中的单片机为51单片机中的STC89C51单片机。
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| CN103775718A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-05-07 | 庄景阳 | 一种用于控制感应水龙头旋转的控制模块 |
| CN112006590A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-12-01 | 广东康贝思特医疗科技有限公司 | 一种卧床患者护理床用卧便器的便后护理系统 |
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