一种基于单片机的智能混水阀系统

李玉鹏 周俊 余华

【摘要】 利用AT89S52单片机的控制存储技术，设计一种可智能控制温度和压力的混水阀系统，解决了当前淋浴系统中普遍使用的全机械式混水阀当输入的冷水压力下降后淋浴水温发生急剧变化的问题。使用温度及压力传感器分别采集水温和水压数据并送至单片机进行处理，单片机根据设定的程序控制小型步进电机运转，从而控制混水阀转动，最终实现淋浴水温和水压的自动控制。

【关键词】 单片机 淋浴系统 混水阀 智能控制

太阳能热水器、空气能热水器、电能热水器在当下得到了广泛的使用，但目前市场上流行的上述热水器出水口广泛采用全机械混水阀调节水温和水压，这就使得当混水阀冷水管水压由于各种原因下降时，使用者在淋浴过程中有可能需要反复调节混水阀，以期将水温水压调到较佳状态。但另一个问题是传统的全机械式混水阀制造工艺参差不齐，许多混水阀调节很小的角度时水温就会产生很大的变化。基于以上问题，本系统利用单片机技术对混水阀实现了智能的控温控压，解决了传统的全机械式混水阀的种种弊端。

一、系统总体设计

1.1 系统组成

本系统由主控制器AT89S52及其附属电路、ULN2003A步进电机驱动模块、温度传感器模块、压力传感器模块、按键电路、显示电路、电源电路等部分组成。系统硬件框图如图1所示。

1.2 系统功能

系统主要实现了2种主要功能：实时温度与压力的自动控制、实时温度与压力的显示功能。当混水阀冷水流入量下降时，此时的水温水压数据被温度和压力传感器模块传回单片机，单片机根据实现设定的程序控制步进电机动作，从而调节混水阀转动进而控制水温和水压。温度和压力传感器模块将数据传送到单片机，单片机将数据进行处理后实时的显示在液晶显示器中便于使用者观测系统的工作状态。

二、硬件设计

系统的硬件部分主要包括单片机最小系统、步进电机驱动模块、温度传感器模块、压力传感器模块、按键电路、显示电路模块、电源电路。单片机最小系统由单片机、复位电路与晶振电路组成，所采用的单片机为AT89S52，其中P0口需接上拉电阻，步进电机驱动模块采用ULN2003A芯片驱动，温度传感器模块采用DS18B20数字式温度传感器，其输出端输出的信号为数字信号，直接传送至单片机进行处理，压力传感器模块包括压力传感器HK2011、AD/DA转换器PCF8591，压力传感器采集到的模拟信号传入PCF8591的模拟输入端，转换为数字信号后由IIC总线传到单片机进行处理，按键电路由4个轻触按键组成，未按下时每个按键的输出端均为高电平输出，按键后则反之，分别用于调节混水阀系统标准参考温度和压力的增减。显示电路模块：显示电路采用液晶1602LCD显示器，用于显示系统的标准参考温度、压力以及系统实时的温度和压力。

三、软件设计

系统程序包括主程序、显示子程序、AD驱动子程序、DS18B20驱动子程序、步进电机驱动子程序、按键处理程序。显示子程序完成显示器显示数据的提取、设置等操作；AD驱动程序与DS18B20驱动子程序分别驱动AD转换器和数字温度传感器从而使单片机可以采集水的温度和压力数据；步进电机驱动子程序驱动步进电机运动，从而使混水阀的祖转轴转动，控制水温和水压；按键处理程序可以实时检测按键的状态，改变标准参考温度和压力的值，使系统的使用更加灵活。

四、结束语

本混水阀系统应用单片机技术结合传感器技术，实现了混水阀系统的智能控温控压，解决了现存全机械式混水阀存在的弊端，当然，本系統在实际使用时仍受限于传感器即温度传感器和压力传感器转换速率的影响，其直接影响系统的实时性，从而间接影响了系统的质量，因此本系统仍然存在优化的必要性，比如采用并行的AD转换器采集温度和压力的数据等以提高系统的实时性。

参 考 文 献

[1] 张毅刚. 《单片机原理及接口技术（C51编程）》[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2] 肖婧. 《单片机系统设计与仿真——基于Proteus》[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3] Brian W.Kernighan. 《The C Programming Language》[M].Second Edition.American：Pearson Education Press，2004.