智能数字混水阀的设计

高新硕　左玉虎　郭春凤

摘 要：针对目前广泛使用的机械式混水阀存在的缺陷，设计了一种智能数字混水阀，可以快速实现出水温度的控制并进行保持，同时节水的理念对程序流程进行设计，达到了很好的节水效果。

关键词：温度传感器；混水阀；研究分析

目前，机械式混水阀广泛应用于公共洗浴和家庭太阳能或电热水器中，其主要工作方式是采用单把混合手柄旋转调节冷热水的比例，达到调整混合水温度的目的，该方式调节简单，但水温控制不准，尤其是热水水温出现波动时，出水温度很难达到恒定，同时，出水温度是有使用者用肢体触觉来感知，整个反馈过程时间过长，水温波动较大，且不符合节水的观点。为此，可以选用控制更精确、反应更迅速的单片机作为控制核心，通过温度传感器检测混合水及热水温度，用步进电动机作为动力源来调节冷热水的比例，达到快速调节水温的目的，同时保证出水温度恒定。

1 智能数字混水阀的整体结构

如图1所示，智能数字混水阀由两个普通水阀、两个步进电机、两个传感器构成，其工作原理是冷热水管分别用一个阀和一个步进电动机控制，水温控制过程如下：当使用人设定好出水口温度后，按下出水按钮，此时步进电动机1根据设定的出水量动作，热水管打开，同时温度传感器1检测热水温度，当30秒后热水温度仍低于设定温度时，停水报警；如果温度传感器2检测的水温大于设定温度，则热水管开口减小，同时冷水管打开，直至达到设定温度。出水温度波动小于1度时，冷热水比例不重新调节。通过这种方式达到快速供热水的目的。出水量大小通过一个旋钮开关控制，实现出水量大小的连续控制。

2 控制系统构成

如图2所示，智能数字混水阀的控制系统主要由温度采集模块、步进电动机及驱动模块、蜂鸣报警器、控制器、键盘输入模块、显示模块组成。

温度采集模块采用数字式温度传感器 DS18B20，该传感器的使用简单，只需一根数据线即可与控制核心连接，测温准确，精度在0.5℃，反应迅速，在1秒内即可完成温度检测。选用两个温度传感器，分别检测热水温度和出水温度，并用控制核心对这两个温度与设定温度对比，以此来调节冷热水比例，达到调整水温的目的。[1]

控制器采用AT89C52 单片机，这是控制核心，首先接受设定的水温和水量，然后控制步进电动机动作，同时显示热水温度和出水口水温，当热水温度过低时，通过蜂鸣器报警。[2]

从使用安全角度出发，选用工作电压为5V带步进驱动器的步进电动机作为动力源，由于水阀的开启关闭需要比较大的扭矩，特为步进电动机选配齿轮减速器，既可以增大扭矩，又可以提高水阀的出水精度。

蜂鸣器是用来报警的，主要是防止热水温度过低而造成水资源浪费。

显示模块由LED屏构成，主要显示设定温度、热水温度、出水温度、出水量等信息。

3 系统软件设计

根据设计思想，得到主程序流程图如图3所示。在控制流程中，为了使出水温度快速达到设定的温度，特意在程序开始执行时，先只开热水阀，当出水温度高于设定温度时才开始冷热水混合，减少水资源浪费。针对各种原因造成的热水不热（热水温度低于设计温度）的情况，在程序中设定30秒的等待时间，当超过30秒出水温度仍低于设定温度时，蜂鸣器报警，提醒使用者热水温度过低，达不到设定要求，以节约水资源。

4 结束语

文章介绍的智能数字混水阀制作成本低，输出水温度调节范围大，出热水迅速，具有一定的实际应用价值。同时在设计过程中充分考虑各种意外情况，能够达到有效节水的目的。

参考文献

[1]秦芹.一种基于 DS18B20 的温度采集新方案[J].电子技术，2010（10）：62-64.

[2]彭为.单片机典型系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2006.