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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于89c52單片機(jī)的太陽(yáng)能熱水器恒溫混水裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 普通太陽(yáng)能熱水器機(jī)械式混水閥具有物理缺陷，導(dǎo)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(xiàng)目針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)單片機(jī)，以很低的成本，設(shè)計(jì)出能自動(dòng)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定出水，水溫恒定，中斷后可恢復(fù)的數(shù)字混水閥，讓太陽(yáng)能熱水器的使用更加便利舒適，同時(shí)減少水資源的浪費(fèi)。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)問(wèn)題： 當(dāng)前，在國(guó)家大力發(fā)展新能源的大環(huán)境下，水能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等的開(kāi)發(fā)利用得到了格外重視。在這些領(lǐng)域中，太陽(yáng)能熱水器則是太陽(yáng)能成果應(yīng)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(diǎn)，迅速贏得了廣大消費(fèi)者的青睞。 在太陽(yáng)能熱水器的諸多附屬件中，混水閥門(mén)至關(guān)重要，直接關(guān)系到了熱水器的用戶(hù)體驗(yàn)，因此，它的缺陷也是用戶(hù)們最能直接體會(huì)到的： 1、在太陽(yáng)能熱水器的初始調(diào)節(jié)過(guò)程中，手動(dòng)調(diào)節(jié)困難，即使小幅度調(diào)節(jié)也會(huì)導(dǎo)致水溫的很大變化。 2、用戶(hù)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(jué)，無(wú)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(fèi)時(shí)間和水資源。 5、對(duì)水壓的波動(dòng)和熱水的溫度變化不能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致水溫不能穩(wěn)定，用戶(hù)體驗(yàn)差。 6、追求材料品質(zhì)與加工精度，成本高。 7、閥門(mén)外形固定，用戶(hù)需調(diào)整家中管線以適應(yīng)閥門(mén)結(jié)構(gòu)。 對(duì)此，本裝置以89C52單片機(jī)為控制平臺(tái)，以DS18B20溫度傳感器為測(cè)量單元，28BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行單元，使用了74HC573，ULN2003等集成芯片，在Keil環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)際測(cè)試，對(duì)傳統(tǒng)混水閥做出了如下改進(jìn)： 1、采用28BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)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(wú)需等待水流出噴頭即可快速測(cè)定溫度。 3、采用八段數(shù)碼管進(jìn)行溫度顯示，用戶(hù)可實(shí)時(shí)得知當(dāng)前水溫。 4、可記憶中斷前閥門(mén)狀態(tài)，繼續(xù)使用時(shí)可快速恢復(fù)原狀態(tài)。 5、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水溫，在溫度發(fā)生波動(dòng)后，裝置會(huì)立即隨之對(duì)閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)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(cè)量單元，外形與安裝方式可適應(yīng)用戶(hù)原有管線，不需額外修改。 基本思路： 1、裝置的測(cè)量部分為DS18B20溫度傳感器，放置在混水口之后，測(cè)量水溫。 2、兩個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)控制的閥門(mén)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(dāng)前的水溫以及水溫預(yù)設(shè)值。用戶(hù)可以通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)值。 軟件流程介紹： 1、系統(tǒng)初始化。 2、進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)界面。 3、溫度確定后，進(jìn)入流量設(shè)定界面。 4、流量確定后，冷水閥開(kāi)啟至設(shè)定開(kāi)度。 5、實(shí)際水溫測(cè)量開(kāi)始，對(duì)熱水閥開(kāi)度進(jìn)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(fù)至初始化狀態(tài)，可“關(guān)閉”、“復(fù)位”（硬件復(fù)位）或“再次啟動(dòng)”。 7、若“再次啟動(dòng)”，閥門(mén)開(kāi)度可恢復(fù)至關(guān)閉前狀態(tài)。 單片機(jī)算法： 二分法
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 普通太陽(yáng)能熱水器機(jī)械式混水閥具有物理缺陷，導(dǎo)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(xiàng)目針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)單片機(jī)，以很低的成本，設(shè)計(jì)出能自動(dòng)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定出水，水溫恒定，中斷后可恢復(fù)的數(shù)字混水閥，讓太陽(yáng)能熱水器的使用更加便利舒適，同時(shí)減少水資源的浪費(fèi)。 基本思路： 一、概述 1、測(cè)量部分為DS18B20溫度傳感器，放置在混水口之后。 2、兩個(gè)減速步進(jìn)電機(jī)控制的閥門(mén)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(dāng)前水溫或水溫預(yù)設(shè)值。用戶(hù)可以通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)值。 二、工作流程 1、系統(tǒng)初始化。 2、進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)界面。 3、溫度確定后，進(jìn)入流量設(shè)定界面。 4、流量確定后，冷水閥開(kāi)啟至設(shè)定開(kāi)度。 5、實(shí)際水溫測(cè)量開(kāi)始，對(duì)熱水閥開(kāi)度進(jìn)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(fù)至初始化狀態(tài)，可“關(guān)閉”、“復(fù)位”（硬件復(fù)位）或“再次啟動(dòng)”。 7、若“再次啟動(dòng)”，閥門(mén)開(kāi)度可恢復(fù)至關(guān)閉前狀態(tài)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、解決了太陽(yáng)能熱水器出水溫度忽高忽低，水流忽大忽小，所造成的用戶(hù)體驗(yàn)較差的問(wèn)題。 2、水溫調(diào)節(jié)速度明顯快于手動(dòng)調(diào)節(jié)，能有效節(jié)約用水。 3、采用數(shù)字器件進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效提高調(diào)節(jié)精度。并且對(duì)于用戶(hù)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(fù)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(jī)程序以及算法。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、普通混水閥在太陽(yáng)能熱水器的初始調(diào)節(jié)過(guò)程中，手動(dòng)調(diào)節(jié)困難，即使小幅度調(diào)節(jié)也會(huì)導(dǎo)致水溫變化很大。本裝置采用28BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)，控制精度極高，能克服此問(wèn)題。 2、普通混水閥用戶(hù)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(wú)需等待水流出噴頭即可快速測(cè)定溫度。 3、普通混水閥不能使用戶(hù)直觀的了解水溫。本裝置采用八段數(shù)碼管進(jìn)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(fèi)時(shí)間和水資源。本裝置可記憶中斷前閥門(mén)狀態(tài)，繼續(xù)使用時(shí)可快速恢復(fù)原狀態(tài)。 5、普通混水閥對(duì)水壓的波動(dòng)和熱水的溫度變化不能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，水溫不能穩(wěn)定。本裝置實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水溫，在溫度發(fā)生波動(dòng)后，裝置會(huì)立即隨之對(duì)閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 6、普通混水閥價(jià)格高。本裝置生產(chǎn)成本極低。 7、普通混水閥安裝時(shí)需要管線適應(yīng)其外形。本裝置可以適應(yīng)已有管線，不需過(guò)多額外改動(dòng)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月入選校大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目 2011年1月此項(xiàng)目跨平臺(tái)作品入圍2010 MIPS-Based PIC32嵌入式創(chuàng)新大賽全國(guó)決賽
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫未確定
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；模型；圖紙；磁盤(pán)；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像；樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)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(kāi)始/停止”；按鍵5為“復(fù)位”；同時(shí)還有開(kāi)關(guān)鍵可控制裝置通斷電。 1、進(jìn)行溫度設(shè)定。通過(guò)按鍵1、2、3調(diào)節(jié)（長(zhǎng)按連續(xù)調(diào)節(jié)），按鍵5確定。 2、進(jìn)行流量設(shè)定，方法同上。 3、冷水閥開(kāi)啟至設(shè)定流量。 4、當(dāng)前水溫顯示在屏幕上，熱水閥開(kāi)始調(diào)節(jié)使溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。 5、使用過(guò)程中，長(zhǎng)按3鍵可實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的切換顯示。 6、長(zhǎng)按1鍵或2鍵可實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度的升高或降低。 7、長(zhǎng)按4鍵，兩閥門(mén)關(guān)閉，裝置恢復(fù)至初始狀態(tài)。 8、再次按下4鍵，閥門(mén)狀態(tài)恢復(fù)；按下5鍵重新設(shè)定流量與溫度；按下開(kāi)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(yáng)能熱水器的混水。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 截止至2011年1月，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器累計(jì)安裝量達(dá)到1.5億平方米。在太陽(yáng)能熱水器的諸多部件中，混水閥最值得改進(jìn)。此作品具有很多不同于其它同類(lèi)型產(chǎn)品的優(yōu)秀之處，應(yīng)用前景必將十分廣泛。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 對(duì)于市面上普遍銷(xiāo)售與使用的機(jī)械式混水閥存在如下的一些主要缺點(diǎn)： 一、普通機(jī)械混水閥非常的難以調(diào)解：用手進(jìn)行的一個(gè)幅度很小的扭動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致很大的水溫變化。 二、水溫的確定依靠人的感覺(jué)：這方面的主要問(wèn)題在于用戶(hù)調(diào)節(jié)閥門(mén)后還要等很長(zhǎng)一段時(shí)間才能確定真正的水溫，因?yàn)檎{(diào)節(jié)后的水從混水點(diǎn)流至噴頭處還有不短的距離。如果不合適還要再進(jìn)行調(diào)整，不僅耗費(fèi)時(shí)間，還浪費(fèi)水資源。 三、用戶(hù)如果中斷洗浴（例如需要涂抹浴液時(shí)）則需要關(guān)閉閥門(mén)，繼續(xù)洗浴則要再次進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣一來(lái)，有不少用戶(hù)為了減少不便，甚至在不使用水的過(guò)程中也不關(guān)閉閥門(mén)，極大地浪費(fèi)了水資源。 四、目前的太陽(yáng)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(hù)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(lái)水管水壓的不穩(wěn)定，導(dǎo)致普通機(jī)械混水閥無(wú)法控制洗浴過(guò)程中水的壓力變化，最終的表現(xiàn)是：出水忽冷忽熱。 當(dāng)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(qiáng)的金屬做彈簧或杠桿驅(qū)動(dòng)閥門(mén)變化，這樣的改進(jìn)雖取得一些進(jìn)步，但仍然保留著機(jī)械式閥門(mén)的一些缺點(diǎn)，例如：不能實(shí)現(xiàn)精確地溫度控制，仍然需要用戶(hù)等待來(lái)測(cè)試水溫，并且對(duì)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(shí)，也有一些數(shù)字類(lèi)產(chǎn)品克服了這些缺點(diǎn)，但集成度往往很高，通常與太陽(yáng)能熱水器搭配銷(xiāo)售。僅僅有幾款數(shù)字混水閥可以單獨(dú)銷(xiāo)售，但都需要先在儲(chǔ)水箱中進(jìn)行混水，達(dá)到設(shè)定溫度后再使用，因此導(dǎo)致銷(xiāo)售價(jià)格很高，難以被市場(chǎng)普遍接受，銷(xiāo)路很差。 研發(fā)“太陽(yáng)能熱水器恒溫混水閥”的十分必要。這項(xiàng)成果，不僅使用方便，節(jié)水省時(shí)，而且成本低廉，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。
