CN2452048Y - 电子感应全自动微电脑冷热水混合调温恒温控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用微电脑对冷热混合出水温度进行调温恒温的装置。微电脑调温恒温电路由微电脑单片机、测温电路、执行电路、恒温阀、温度流量等功能设置及显示装置组成。测温电路将检测到的出水温度信号输入到单片机，并与设置温度进行比较后调节恒温阀的混合比例，以保持出水温度的恒定。

Description

电子感应全自动微电脑冷热水混合调温恒温控制器

本实用新型涉及一种利用微电脑对混合水调温恒温阀的电子感应全自动控制调温恒温的装置。该装置主要应用在使用冷热混合水的卫浴龙头、淋浴器上。

目前，使用混合水的龙头、淋浴器，其混合出水温度的调节是通过手动旋扭调节。在使用过程中，由于自然的水源水压和温度是不恒定的，传统用品在使用时，常常因水源的温度、压力的变化，而使用的混合水温度也不断变化，这样就会给使用者带来烦恼或不适，甚至会因这些造成伤人事故。本实用新型的目的主要提供一种能在常态下、满足使用人需要的比较恒定出水温度的高度自动化的产品。以电子化、自动化进行调温恒温控制，以改进现有产品的性能。

本实用新型的目的通过如下技术措施来实施的：一、其控制电路是：包含一作主控单元的单片机CPU，其外围电路有感应控制电路，测温电路，功能按键控制电路，流量控制、温度调节和自动开关水的执行电路，显示电路，报警电路。

感应控制电路由红外线发射管TRA与电阻R1、R2门电路，F1，可调电阻、VR组成感应器红外线的发射电路；VR实现感应距离的可调。由REC与C1、电阻R3组成感应器红外线接收电路。红外线发射、接收管是装同向一起的，红外线发射管发出的红外线经使用人反射，接收器收到红外线信号，经过微电脑处理、判断输出控制信号，控制电磁阀执行电路，实现自动开关水。

测温电路由温度传感器RT与电阻R5、R4、电容C2、C3、C4组成。RT温度传感器是一热敏电阻，其阻值与温度有一一对应的关系，Rt测到混合水的温度变化引起电路电压的变化，此电压值从单片机CPU的模/数口输入。CPU以A/D输入的电压变化值转换成温度变化的数字关系。

功能按键控制电路由R6～R9四个上拉电阻与K1～K4四个按键组成。分别操作控制CPU实现自动感应开关水、自动恒温、报警解除、手动开关水、设置温度、流量功能。R14～R17作为上拉电阻和门电路F2～F5与步进电机M1组成对阀体恒温调整轴的调整执行电路。

上拉电阻R18-R21及门电路F6-F9及步进电阻M2组成对阀体流量控制执行电路。

上拉电阻R23及门电路F10及蜂鸣器F组成报警电路。

上拉电阻R23及门电路F11及继电器J组成对阀体电磁阀控制执行电路。

其控制电路的工作原理是：控制器处在感应工作状态时，红外线感应器连续感应到有使用信号(即接收器接收到使用人反射来的红外信号)，则CPU控制程序输出信号，打开电磁阀开水，同时Rt检测出水温度，将检测到的水温信号反馈给单片机CPU，比较设定温度与出水温度之差，然后通过驱动步进电机M1调节恒温阀的冷热水恒温调整轴的转向，调整冷热水比例，使出水温度始终保持在设定温度的±2℃之内。如失去感应信号，则关闭电磁阀，停止开水。

使用人需要水流量的大小，通过选择调节流量功能按键，把调节信号通过CPU单片机驱动步进电机M2驱动流量阀，实现流量大小调节。

通过按键设定自动恒温状态。无论何时，Rt检测到阀内水温与设定水温相差±5℃时，单电机CPU则驱动电磁阀自动开水，驱动步进电机M1，调节好冷热水的比例，等到出水温度达到小于设定温度的±1℃的范围时，停止开水和调节。这样使用人无论何时使用，出水温度与设定温度最大温差都不超过设定温度的±5℃。

报警电路是测温电路检测到的水温和设定温度如有超过45℃，可能造成用水人受烫伤时，单片机则驱动蜂鸣器发出报警声，同时LCD上亦有“警报”字样及“当前水温”和“设定水温”的温度数字在闪烁报警，停止开水，引起注意，避免烫伤事故的发生。此时通过按报警解除键确认或重新设置温度，只有这样才能打开电磁阀开水使用，否则无法感应或手动开水。

功能按键电路，在侯机状态时，按动K2键可以开水，再按则关水。按动K3～K4键分别设置水温值的上升或下降。按动功能键K1，可逐次进入感应、恒温、流量的功能设置选择，再按K2，则可分别设置感应功能的开、关；恒温功能的开、关；按动K3～K4，则可设置流量的大小。如控制器检测或设置水温出现报警，按一下任意键即可解除。

显示电路是由CPU与一块LCD液晶显示器构成，在CPU中实现的感应、恒温、报警、手动操作、设置温度、检测温度、流量大小的功能及工作状态在LCD上均有显示。二、其控制的冷热水混合调温恒温阀体是：包含调温恒温阀主体与恒压阀，流量调节止逆阀、比例调整轴和电磁阀。

流量调节止逆阀是装在阀体水源进水口之后，由止逆阀座(23)、调整轴(24)、控制杆(25)、止逆回力弹簧(26)、限量和止逆封水胶垫和压垫(29)、(30)、过滤网构(27)构成。当用水时，冷热水混合正常，在一定的压差内，水源流经此阀。其流量大小通过按键设置经CPU控制驱动步进电机M2带动调整轴(24)，设定控制杆(25)的行程，控制流量、封水胶垫(29)、(30)的开度，实现流量的设置。如冷热水压差特别大，则在大压力水源往小压力水源逆向流水时，在逆向水流压力和止逆弹簧的辅力下，关闭阀门，实现阻止逆向窜流，有利于对调温恒温的稳定。

恒压阀是由装在恒温阀主体内的一个固定轴套(2)和在轴套内可活动轴芯(3)构成。固定轴套(2)与主阀体的过滤腔的两个过水口相接，冷热水分别从外往内流经轴套(2)轴芯(3)，向两边流向与比例轴相接的出口。在水流经轴芯流向调整轴时，形成一个压力腔，比例轴的调整使冷热两路水形成一定的流量比例，该比例则通过压力反比例传递到轴芯的两边过水量比例上，轴芯两边对应冷热水的开度、流量比例是成反比连动的。所以当设定一个流量比例后，轴芯处在一种压力的平衡状态。如冷热水源压力产生变化，则在轴芯两端的压力腔内也产生变化，从而使轴芯在不平衡的两端压力作用下，走向平衡，从而自动调整了过水量，保持原来设置的冷热混合比例，实现恒温工作。

比例调整轴是与单片机控制步进电机M1相连的，其调节比例混合出水后，装有Rt温度传感器，温度检测电路检测到的混合水温度后，在CPU内与设置的温度比较，从而经单片机控制步进电机M1带动调整轴转动，调整冷热水的比例过量。冷热水的混合比例在调整轴上调整是成连动反比例关系的，使在水源温度变化或设置出水温度变化时，经调整轴的调整，实现出水的调温恒温。

电磁阀是受单片机控制，在有感应或按动手动按键实现开关水。

以下本实用新型给出实施例。

图1为本实用新型实施例电路方框图。

图2为本实用新型实施例电路图。

参见图1、图2，本实用新型实施例以4位单片机作主控单元。其外围电路有感应电路、测温电路、按键控制电路、调温电路、流量控制电路、显示器、开关水电路、报警电路；其测温电路、按键控制电路、调温电路，流量控制电路，开关水电路又与一个冷热水混合调温恒温阀的配合执行工作而实现其功能的。

图3是冷热水混合电子调温恒温阀的总体结构示意图。图中(1)是进水口活接螺母；(2)是恒压阀外套；(3)是恒压阀芯；(8)是步进电机M1；(13)是调温恒温调整轴；(16)(17)是电磁阀组件；(18)是温度传感器RT；(23)是流量止逆阀座；(24)是流量止逆阀控制调整轴；(25)是流量止逆阀控制杆，(26)是止逆阀回力弹簧；(27)是过滤网；(29)是流量止逆阀阀门压垫；(30)是流量止逆阀门胶垫。

图4是冷热水混合电子调温恒温阀的恒压阀，外套(2)和阀芯(3)结构示意图。图4(1)是外套，图4(2)是阀芯。

图5是调温恒温调整流器轴的结构示意图。

图6是恒压阀与调温恒温调整轴配合工作示意图。

电子感应冷热水混合调温恒温阀控制器其实施工作如下：

感应电路由红外线发射管TRA与电阻R1、R2，门电路F1，可调电阻VR组成感应器红外线的发射电路。RTA工作时由单片机的一个输入输出口输入电流，输出定制的红外线发射频率，使红外线发射管发出一定频率的红外线信号。该信号的强弱、感应距离的长短，通过调节可调电阻VR可获得相应的结果。与红外线发射管装在一起同一测的红外线接收管REC和滤波电容C1、电阻R3组成红外线接收器。工作时红外接收管REC接收到由使用人反射过来的红外线信号，由CPU的输入口输入，CPU接收到REC的接收信号，经程序控制电磁阀的开关，也同时启动其他功能的运行。

温度传感器RT(20)装在调温恒温阀的混合水比例调整轴(13)的出水口进行检测温度。由温度传感器RT与电阻R4、R5；电容C2、C3、C4组成测温电路。开水后(或设定恒温功能后)，测温电路检测到的温度数据经CPU的模数转换口输入转换，CPU比较设定温度如差异在±2℃以上，以输出口输出控制信号通过调温电路执行控制恒温调整轴(20)。经调整冷热水的比例，使出水温度与设定温度基本一致，即相差不会超过±2℃，实现恒温。

调温恒温执行电路由上拉电阻R14-R17和门电路F2-F5与步进电机M1组成，以CPU的一组输出口控制对阀体恒温调整轴执行调整。在实际出水温度与设定温度相差大于±3℃以上时则实施快调，温差在±3℃以内时则实施慢调，使恒温精确稳定。该测温、调温恒温装置，温度传感器RT的测温响应速度较快。

上拉电阻R23、门电路F10及蜂鸣器下组成报警电路，由CPU的一个输出口控制。当设置温度或传感器检测到的温度有超过45℃可能造成用水人受烫伤时，CPU输出信号控制报警电路，驱动蜂鸣器发出警报声，同时在LCD显示上，有“警报”两字和“设定温度”、“当前水温”的温度数字在闪烁，作闪光警报，停止开水，引起使用人的注意，避免烫伤事故的发生。此时通过重新设置温度或按下报警解除键K确认，只有这样才能打开电磁阀开水使用，否则无法感应或手动开水。

功能按键电路是由K1-K4四个按键和上拉电阻组成，按键控制信号从CPU的四个输入口输入，按动按键后，通过CPU程序控制各功能设置和实现。控制器在候机状态时，按动K2键可以通过CPU控制开水执行电路，打开电磁阀开水，再按则关水；按动K3-K4键分别设置水温值的上升和下降，设置范围在0℃～99℃，每按动一下跳变1℃，连续按住1秒以上，连续跳变。按动功能键K1，可逐次进入感应、恒温、流量的功能设置选择；再按动K2，则可分别设置感应功能的开关，恒温功能的开、关，按动K3-K4，则可设置流量的大小。当出现报警时，按一下任意键即可解除。显示电路是由CPU与一块LCD液晶显示器构成，在CPU中实现的感应、恒温、报警，手动操作、设置温度、检测温度(当前水温)、流量大小的操作，功能及工作状态在LCD上均有文字、数字的显示。

参照图3，调温恒温阀是这样实现其功能的：电子感应冷热水混合自动调温恒温阀包含调温恒温阀主体与恒压阀、流量调节止逆阀、冷热水混合比例调整轴和电磁阀。与电子控制部分相联接和配合工作的有电磁阀，温度传感器，调温恒温轴调整的步进电机，流量调节、止逆阀调整的步进电机。冷热两路水源从进水口活接螺母(1)外接上，经配合电子感应自动调温恒温电子路的控制工作，当有使用人进入到控制器感应工作区域(或使用人按动手动开水按键)时，电子控制电路驱动电磁阀打开开水，混合水以主阀体的出水口接到应用水嘴上。

流量调节止逆阀是装在主阀体水源进水口之后，由止逆阀座(23)、调整轴(24)、控制杆(25)、止逆回力弹簧(26)、限量和止逆封水压垫(29)胶垫(30)、过滤网(27)组成。当用水时，流量调节止逆阀在冷热水混合正常，在一定的压差内，水源流经两路流量止逆阀，经过滤流出。各路的流量的大小通过按键设置，经电路控制驱动步进电机M2带动流量调整轴24，设定控制杆25的行程，控制流量封水胶垫29、30的开度，实现流量的设置。如冷热水压差特别大，在恒压阀及调温恒温调整轴等地方因工作会有高压水源往低压水源窜流。流量止逆阀是在正向流水时利用水源压力打开封水胶垫(30)，其流量的大小受调整轴(24)所调整的控制杆(25)的行程确定。当水压出现负压逆向流水时，逆向负压和止逆弹簧的辅力下，关闭阀门，防止逆向窜流，有利于时调温恒温的实现关闭阀门，恒压轴芯是由装在恒温阀主体内的一个固定轴套(2)和在轴套内的一个可活动轴芯(3)构成。其结构分别见图4(1)图4(2)。固定轴套(2)与主阀体的过滤腔的两个过水口相接，冷热水分别从外往内流经轴套(2)轴芯(3)。轴芯(3)内中间是隔开的，而轴芯(3)整体可在轴套(2)内受两边的水压的推动可活动，流经轴芯(3)的水在轴芯(3)分流两边，流向与比例调整轴相接的出口。在水流经轴芯流向调整轴时，形成一个压力腔，比例轴的调整使冷热两路水形成一定的流量比例，该比例则通过压力比例传递到轴芯的两边过水水量比例上，因此水源压力大，则调温恒温调整轴(13)调整该路的过孔就小，此时水源压力在轴芯(3)的压力腔上的压力就大，传递到轴芯(3)上，则自动推动轴芯向另一端移动，由于轴芯(3)与轴套(2)构成的过水孔形成一个连动反比例关系，在轴芯向另一端移动的同时逐渐缩小一端的过孔，增大另一端的过孔。在调整轴(13)要求的两路过水量确定后，恒压阀的轴芯就自动地产生一个适应的比例，保持稳定，当使用过程中出现任何一路水源水压的增大或减小都引起恒压轴芯的自动变化，从而使轴芯在不平衡的两端压力作用下，走向新的平衡，从而自动调整了过水量，保持原来设置的冷热混合比例，实现恒温工作。图6(1)、图6(2)分别是两路水源在调温恒温调整轴(13)外在全开和全闭时，恒压阀芯的工作位置状态示意图。在调整轴(13)关闭过水孔的一路在恒压阀芯(3)与轴套(2)所构成的过水孔也几乎关闭，而在调整轴(13)全开过水孔的一路在恒压阀芯的过水孔也全开。

比例调整轴是与电路控制的步进电机M1相联的。其调整是同装在其出水口的Rt温度传感器检测的水温和设置的用水温度在控制电路的单片机CPU内进行比较，出现有±2℃差别时，控制电路CPU则输出信号，启动步进电机M1，带动调整轴(13)，进行调整冷热水的比例过量。冷热水的混合比例在调整轴上调整是成连动反比例关系的，见图5，调整轴(13)上的两个过水孔是与同一条直线分别在两边相切的。其切线在与调温恒温阀主体内的两个过水孔装配时是处在两孔的中心线上的。所以当调整时，调大一路的过水量则同时调小另一路的过水量。在水源温度变化或设置出水温度变化时，经调整轴的调整，实现出水的调温恒温。

电磁阀是受控制电路的控制，在有感应或按动手动按键实现自动开关水。

整个实用新型控制电路与调温恒温阀配合，应用电子传感和恒压前期、调整阀，使调整温度迅速快捷，出现温差时，调整响应速度快，调节精确。

Claims (6)

1、一种电子感应全自动微冷热水混合调温恒温控制器，包括一主控单元的单片机CPU、感应控制电路、测温电路、功能按键控制电路、流量控制、温度调节和自动开关水的执行电路及显示电路，其特征在于：

感应控制电路由红外线发射管TRA与R1、R2、F1、VR组成感应的红外线发射电路，VR实现感应的距离可调；由REC与C1、R3组成感应器红外线接收电路，红外线发射器发出的红外线经使用人反射，接收到红外信号，经过微电脑处理、判断，输出控制信号，控制电磁阀执行电路，实现自动开关水；

测温电路由温度传感器RT与R5、C2、C3、C4组成，RT测到混合水的温度变化引起电路电压的变化，此电压值从单片CPU的模/数口输入，CPU以A/D输入的电压变化值转换成温度变化的数字关系；

功能按键控制电路由R6～R9四个上拉电阻组与K1～K4四个按键组成，分别操作控制CPU实现自动感应开关水、自动恒温、报警及手动开关水、设置温度、流量功能；

显示电路是由CPU与一块LCD液晶显示器构成，在CPU中实现的感应、恒温、报警、手动操作、设置温度、检测温度、流量大小的功能及工作状态均有显示。

2、根据权利要求1所述的电子感应全自动微冷热水混合调温恒温控制器，其特征在于：R14～R17作为上拉电阻和F2～F5与步进电机M1组成对阀体恒温调整轴的调整执行电路；R23及F10与F组成报警电路，R23及F11与继电器J组成对阀体电磁阀控制执行电路。

3、根据权利要求1所述的电子感应全自动微冷热水混合调温恒温控制器的调温恒温阀主体与恒压阀、流量调节止逆阀、比例调整轴和电磁阀，其特征在于：流量调节和止逆阀是装在主体阀体水源进水口之后，由止逆阀座(23)、调整轴(24)、控制杆(25)、止逆回力弹簧(26)、限量和止逆封水胶垫的压垫(29)、(30)、过滤网(27)构成，当用水时，冷热水混合正常，压差不大，水源可以流经此阀，流量大小通过设置信号驱动步进电机M2带动调整轴(24)，设动控制杆(25)的行程，控制限量、封水胶垫(30)的开度，实现流量的设置。

4、根据权利要求1所述的恒温恒压阀，其特征在于：恒压阀是装在恒温阀主体内的一个固定轴套(2)和轴套内的一个可活动轴心(3)构成，固定轴套(2)与主阀体的过滤腔的两个过水口相接，冷热水分别从外往内流经轴套(2)、轴芯(3)向两边流向与比例调整轴相接的出口，形成压力腔。

5、根据权利要求1所述的电子感应全自动微冷热水混合调温恒温控制器的比例调整轴，其特征在于：它与单片机控制步进电机M1相连，调节比例混合出水后，装有RT温度传感器，温度检测电路通过检测到的混合水的温度后，在CPU内与设置的温度比较，从而竟单片机控制步进电机M1带动调整轴转动，调整冷热水的比例过量，冷热水的混合比例在调整轴上调整是成连动反比关系的。

6、根据权利要求1所述的电子感应全自动微冷热水混合调温恒温控制器的电磁阀，其特征在于：它受单片机控制，在有感应或动手拔键实现开关水。

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