基本信息
- 項目名稱：
- 基于89c52單片機的太陽能熱水器恒溫混水裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 普通太陽能熱水器機械式混水閥具有物理缺陷，導致最終的水溫不易調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后不能穩(wěn)定，中斷后又要重新調(diào)節(jié)。本項目針對這些問題，通過單片機，以很低的成本，設計出能自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定出水，水溫恒定，中斷后可恢復的數(shù)字混水閥，讓太陽能熱水器的使用更加便利舒適，同時減少水資源的浪費。
- 詳細介紹：
- 針對問題： 當前，在國家大力發(fā)展新能源的大環(huán)境下，水能、太陽能、生物質(zhì)能等的開發(fā)利用得到了格外重視。在這些領(lǐng)域中，太陽能熱水器則是太陽能成果應用中的一大產(chǎn)業(yè)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點，迅速贏得了廣大消費者的青睞。 在太陽能熱水器的諸多附屬件中，混水閥門至關(guān)重要，直接關(guān)系到了熱水器的用戶體驗，因此，它的缺陷也是用戶們最能直接體會到的： 1、在太陽能熱水器的初始調(diào)節(jié)過程中，手動調(diào)節(jié)困難，即使小幅度調(diào)節(jié)也會導致水溫的很大變化。 2、用戶只有在冷熱水混合并留出噴頭后才能確定水溫適合程度，水溫調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)延遲大。 3、水溫確定依靠人的感覺，無法如電熱水器般得知具體水溫。 4、中斷使用后（如需要抹沐浴液等），若繼續(xù)使用需要重新調(diào)節(jié)，浪費時間和水資源。 5、對水壓的波動和熱水的溫度變化不能自適應調(diào)節(jié)，導致水溫不能穩(wěn)定，用戶體驗差。 6、追求材料品質(zhì)與加工精度，成本高。 7、閥門外形固定，用戶需調(diào)整家中管線以適應閥門結(jié)構(gòu)。 對此，本裝置以89C52單片機為控制平臺，以DS18B20溫度傳感器為測量單元，28BYJ48減速步進電機為執(zhí)行單元，使用了74HC573，ULN2003等集成芯片，在Keil環(huán)境下進行開發(fā)，經(jīng)過理論分析和實際測試，對傳統(tǒng)混水閥做出了如下改進： 1、采用28BYJ48減速步進電機進行閥門開度調(diào)節(jié)，控制精度極高。 2、在距離混水口很近的位置安裝DS18B20溫度傳感器，無需等待水流出噴頭即可快速測定溫度。 3、采用八段數(shù)碼管進行溫度顯示，用戶可實時得知當前水溫。 4、可記憶中斷前閥門狀態(tài)，繼續(xù)使用時可快速恢復原狀態(tài)。 5、實時調(diào)節(jié)水溫，在溫度發(fā)生波動后，裝置會立即隨之對閥門開度進行調(diào)節(jié)。 6、材料品質(zhì)與加工精度要求較低，生產(chǎn)成本低。 7、采用防水軟線連接控制器，執(zhí)行器和測量單元，外形與安裝方式可適應用戶原有管線，不需額外修改。 基本思路： 1、裝置的測量部分為DS18B20溫度傳感器，放置在混水口之后，測量水溫。 2、兩個減速步進電機控制的閥門分別安置在冷水管道中和熱水管道中的，用于控制流量。 3、裝置的顯示部分采用七段數(shù)碼管。分別顯示當前的水溫以及水溫預設值。用戶可以通過按鍵調(diào)節(jié)預設值。 軟件流程介紹： 1、系統(tǒng)初始化。 2、進入溫度調(diào)節(jié)界面。 3、溫度確定后，進入流量設定界面。 4、流量確定后，冷水閥開啟至設定開度。 5、實際水溫測量開始，對熱水閥開度進行調(diào)節(jié)。 6、停止鍵按下后，冷水閥和熱水閥依次關(guān)閉，系統(tǒng)恢復至初始化狀態(tài)，可“關(guān)閉”、“復位”（硬件復位）或“再次啟動”。 7、若“再次啟動”，閥門開度可恢復至關(guān)閉前狀態(tài)。 單片機算法： 二分法
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的： 普通太陽能熱水器機械式混水閥具有物理缺陷，導致最終的水溫不易調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后不能穩(wěn)定，中斷后又要重新調(diào)節(jié)。本項目針對這些問題，通過單片機，以很低的成本，設計出能自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定出水，水溫恒定，中斷后可恢復的數(shù)字混水閥，讓太陽能熱水器的使用更加便利舒適，同時減少水資源的浪費。 基本思路： 一、概述 1、測量部分為DS18B20溫度傳感器，放置在混水口之后。 2、兩個減速步進電機控制的閥門分別安置在冷水管道和熱水管道上，用于控制流量。 3、顯示部分采用七段數(shù)碼管。顯示當前水溫或水溫預設值。用戶可以通過按鍵調(diào)節(jié)預設值。 二、工作流程 1、系統(tǒng)初始化。 2、進入溫度調(diào)節(jié)界面。 3、溫度確定后，進入流量設定界面。 4、流量確定后，冷水閥開啟至設定開度。 5、實際水溫測量開始，對熱水閥開度進行調(diào)節(jié)。 6、停止鍵按下后，冷水閥和熱水閥依次關(guān)閉，系統(tǒng)恢復至初始化狀態(tài)，可“關(guān)閉”、“復位”（硬件復位）或“再次啟動”。 7、若“再次啟動”，閥門開度可恢復至關(guān)閉前狀態(tài)。 創(chuàng)新點： 1、解決了太陽能熱水器出水溫度忽高忽低，水流忽大忽小，所造成的用戶體驗較差的問題。 2、水溫調(diào)節(jié)速度明顯快于手動調(diào)節(jié)，能有效節(jié)約用水。 3、采用數(shù)字器件進行調(diào)節(jié)，有效提高調(diào)節(jié)精度。并且對于用戶而言，混水裝置的工作狀況更加直觀可感。 4、洗浴中斷后可快速恢復至中斷前狀態(tài)，不需重新調(diào)節(jié)。 5、有效降低了混水閥生產(chǎn)成本。 技術(shù)關(guān)鍵： 硬件選擇，單片機程序以及算法。
科學性、先進性
- 1、普通混水閥在太陽能熱水器的初始調(diào)節(jié)過程中，手動調(diào)節(jié)困難，即使小幅度調(diào)節(jié)也會導致水溫變化很大。本裝置采用28BYJ48減速步進電機進行閥門開度調(diào)節(jié)，控制精度極高，能克服此問題。 2、普通混水閥用戶只有在冷熱水混合并流出噴頭后才能確定水溫適合程度，水溫調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)延遲大。本裝置在距離混水口很近的位置安裝DS18B20溫度傳感器，無需等待水流出噴頭即可快速測定溫度。 3、普通混水閥不能使用戶直觀的了解水溫。本裝置采用八段數(shù)碼管進行溫度顯示。 4、普通混水閥中斷使用后（如需抹沐浴液等），若繼續(xù)使用需要重新調(diào)節(jié)，浪費時間和水資源。本裝置可記憶中斷前閥門狀態(tài)，繼續(xù)使用時可快速恢復原狀態(tài)。 5、普通混水閥對水壓的波動和熱水的溫度變化不能自適應調(diào)節(jié)，水溫不能穩(wěn)定。本裝置實時調(diào)節(jié)水溫，在溫度發(fā)生波動后，裝置會立即隨之對閥門開度進行調(diào)節(jié)。 6、普通混水閥價格高。本裝置生產(chǎn)成本極低。 7、普通混水閥安裝時需要管線適應其外形。本裝置可以適應已有管線，不需過多額外改動。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月入選校大學生科技創(chuàng)新基金項目 2011年1月此項目跨平臺作品入圍2010 MIPS-Based PIC32嵌入式創(chuàng)新大賽全國決賽
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫未確定
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；模型；圖紙；磁盤；現(xiàn)場演示；圖片；錄像；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 按鍵1為“加一”；按鍵2為“減一”；按鍵3為“選位/切換顯示”；按鍵4為“開始/停止”；按鍵5為“復位”；同時還有開關(guān)鍵可控制裝置通斷電。 1、進行溫度設定。通過按鍵1、2、3調(diào)節(jié)（長按連續(xù)調(diào)節(jié)），按鍵5確定。 2、進行流量設定，方法同上。 3、冷水閥開啟至設定流量。 4、當前水溫顯示在屏幕上，熱水閥開始調(diào)節(jié)使溫度穩(wěn)定在設定值。 5、使用過程中，長按3鍵可實現(xiàn)設定溫度與實際溫度的切換顯示。 6、長按1鍵或2鍵可實現(xiàn)設定溫度的升高或降低。 7、長按4鍵，兩閥門關(guān)閉，裝置恢復至初始狀態(tài)。 8、再次按下4鍵，閥門狀態(tài)恢復；按下5鍵重新設定流量與溫度；按下開關(guān)鍵切斷電源。 作品適用范圍： 公共浴池以及家庭浴室，并且不局限于太陽能熱水器的混水。 市場分析和經(jīng)濟效益預測： 截止至2011年1月，我國太陽能熱水器累計安裝量達到1.5億平方米。在太陽能熱水器的諸多部件中，混水閥最值得改進。此作品具有很多不同于其它同類型產(chǎn)品的優(yōu)秀之處，應用前景必將十分廣泛。
同類課題研究水平概述
- 對于市面上普遍銷售與使用的機械式混水閥存在如下的一些主要缺點： 一、普通機械混水閥非常的難以調(diào)解：用手進行的一個幅度很小的扭動可能會導致很大的水溫變化。 二、水溫的確定依靠人的感覺：這方面的主要問題在于用戶調(diào)節(jié)閥門后還要等很長一段時間才能確定真正的水溫，因為調(diào)節(jié)后的水從混水點流至噴頭處還有不短的距離。如果不合適還要再進行調(diào)整，不僅耗費時間，還浪費水資源。 三、用戶如果中斷洗?。ɡ缧枰磕ㄔ∫簳r）則需要關(guān)閉閥門，繼續(xù)洗浴則要再次進行調(diào)節(jié)。這樣一來，有不少用戶為了減少不便，甚至在不使用水的過程中也不關(guān)閉閥門，極大地浪費了水資源。 四、目前的太陽能熱水器，大多為落水式，即熱水管中的水壓完全由水在熱水器安置高度與用戶所在高度之間形成壓力提供。這樣的水壓提供方式往往不穩(wěn)定，并且如果樓層高則較小，再加之自來水管水壓的不穩(wěn)定，導致普通機械混水閥無法控制洗浴過程中水的壓力變化，最終的表現(xiàn)是：出水忽冷忽熱。 當前，雖然也有一些公司推出了“恒溫混水閥”，但多數(shù)都是使用遇熱形變能力強的金屬做彈簧或杠桿驅(qū)動閥門變化，這樣的改進雖取得一些進步，但仍然保留著機械式閥門的一些缺點，例如：不能實現(xiàn)精確地溫度控制，仍然需要用戶等待來測試水溫，并且對于水壓的調(diào)節(jié)能力也有限（體現(xiàn)在溫度調(diào)節(jié)范圍有限）。同時，也有一些數(shù)字類產(chǎn)品克服了這些缺點，但集成度往往很高，通常與太陽能熱水器搭配銷售。僅僅有幾款數(shù)字混水閥可以單獨銷售，但都需要先在儲水箱中進行混水，達到設定溫度后再使用，因此導致銷售價格很高，難以被市場普遍接受，銷路很差。 研發(fā)“太陽能熱水器恒溫混水閥”的十分必要。這項成果，不僅使用方便，節(jié)水省時，而且成本低廉，具有廣闊的市場前景和應用價值。
