基本信息
- 项目名称：
- 基于89c52单片机的太阳能热水器恒温混水装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 普通太阳能热水器机械式混水阀具有物理缺陷，导致最终的水温不易调节，调节后不能稳定，中断后又要重新调节。本项目针对这些问题，通过单片机，以很低的成本，设计出能自动调节，稳定出水，水温恒定，中断后可恢复的数字混水阀，让太阳能热水器的使用更加便利舒适，同时减少水资源的浪费。
- 详细介绍：
- 针对问题： 当前，在国家大力发展新能源的大环境下，水能、太阳能、生物质能等的开发利用得到了格外重视。在这些领域中，太阳能热水器则是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐。 在太阳能热水器的诸多附属件中，混水阀门至关重要，直接关系到了热水器的用户体验，因此，它的缺陷也是用户们最能直接体会到的： 1、在太阳能热水器的初始调节过程中，手动调节困难，即使小幅度调节也会导致水温的很大变化。 2、用户只有在冷热水混合并留出喷头后才能确定水温适合程度，水温调节速度慢，调节延迟大。 3、水温确定依靠人的感觉，无法如电热水器般得知具体水温。 4、中断使用后（如需要抹沐浴液等），若继续使用需要重新调节，浪费时间和水资源。 5、对水压的波动和热水的温度变化不能自适应调节，导致水温不能稳定，用户体验差。 6、追求材料品质与加工精度，成本高。 7、阀门外形固定，用户需调整家中管线以适应阀门结构。 对此，本装置以89C52单片机为控制平台，以DS18B20温度传感器为测量单元，28BYJ48减速步进电机为执行单元，使用了74HC573，ULN2003等集成芯片，在Keil环境下进行开发，经过理论分析和实际测试，对传统混水阀做出了如下改进： 1、采用28BYJ48减速步进电机进行阀门开度调节，控制精度极高。 2、在距离混水口很近的位置安装DS18B20温度传感器，无需等待水流出喷头即可快速测定温度。 3、采用八段数码管进行温度显示，用户可实时得知当前水温。 4、可记忆中断前阀门状态，继续使用时可快速恢复原状态。 5、实时调节水温，在温度发生波动后，装置会立即随之对阀门开度进行调节。 6、材料品质与加工精度要求较低，生产成本低。 7、采用防水软线连接控制器，执行器和测量单元，外形与安装方式可适应用户原有管线，不需额外修改。 基本思路： 1、装置的测量部分为DS18B20温度传感器，放置在混水口之后，测量水温。 2、两个减速步进电机控制的阀门分别安置在冷水管道中和热水管道中的，用于控制流量。 3、装置的显示部分采用七段数码管。分别显示当前的水温以及水温预设值。用户可以通过按键调节预设值。 软件流程介绍： 1、系统初始化。 2、进入温度调节界面。 3、温度确定后，进入流量设定界面。 4、流量确定后，冷水阀开启至设定开度。 5、实际水温测量开始，对热水阀开度进行调节。 6、停止键按下后，冷水阀和热水阀依次关闭，系统恢复至初始化状态，可“关闭”、“复位”（硬件复位）或“再次启动”。 7、若“再次启动”，阀门开度可恢复至关闭前状态。 单片机算法： 二分法
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 普通太阳能热水器机械式混水阀具有物理缺陷，导致最终的水温不易调节，调节后不能稳定，中断后又要重新调节。本项目针对这些问题，通过单片机，以很低的成本，设计出能自动调节，稳定出水，水温恒定，中断后可恢复的数字混水阀，让太阳能热水器的使用更加便利舒适，同时减少水资源的浪费。 基本思路： 一、概述 1、测量部分为DS18B20温度传感器，放置在混水口之后。 2、两个减速步进电机控制的阀门分别安置在冷水管道和热水管道上，用于控制流量。 3、显示部分采用七段数码管。显示当前水温或水温预设值。用户可以通过按键调节预设值。 二、工作流程 1、系统初始化。 2、进入温度调节界面。 3、温度确定后，进入流量设定界面。 4、流量确定后，冷水阀开启至设定开度。 5、实际水温测量开始，对热水阀开度进行调节。 6、停止键按下后，冷水阀和热水阀依次关闭，系统恢复至初始化状态，可“关闭”、“复位”（硬件复位）或“再次启动”。 7、若“再次启动”，阀门开度可恢复至关闭前状态。 创新点： 1、解决了太阳能热水器出水温度忽高忽低，水流忽大忽小，所造成的用户体验较差的问题。 2、水温调节速度明显快于手动调节，能有效节约用水。 3、采用数字器件进行调节，有效提高调节精度。并且对于用户而言，混水装置的工作状况更加直观可感。 4、洗浴中断后可快速恢复至中断前状态，不需重新调节。 5、有效降低了混水阀生产成本。 技术关键： 硬件选择，单片机程序以及算法。
科学性、先进性
- 1、普通混水阀在太阳能热水器的初始调节过程中，手动调节困难，即使小幅度调节也会导致水温变化很大。本装置采用28BYJ48减速步进电机进行阀门开度调节，控制精度极高，能克服此问题。 2、普通混水阀用户只有在冷热水混合并流出喷头后才能确定水温适合程度，水温调节速度慢，调节延迟大。本装置在距离混水口很近的位置安装DS18B20温度传感器，无需等待水流出喷头即可快速测定温度。 3、普通混水阀不能使用户直观的了解水温。本装置采用八段数码管进行温度显示。 4、普通混水阀中断使用后（如需抹沐浴液等），若继续使用需要重新调节，浪费时间和水资源。本装置可记忆中断前阀门状态，继续使用时可快速恢复原状态。 5、普通混水阀对水压的波动和热水的温度变化不能自适应调节，水温不能稳定。本装置实时调节水温，在温度发生波动后，装置会立即随之对阀门开度进行调节。 6、普通混水阀价格高。本装置生产成本极低。 7、普通混水阀安装时需要管线适应其外形。本装置可以适应已有管线，不需过多额外改动。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年12月入选校大学生科技创新基金项目 2011年1月此项目跨平台作品入围2010 MIPS-Based PIC32嵌入式创新大赛全国决赛
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂未确定
作品可展示的形式
- 实物、产品；模型；图纸；磁盘；现场演示；图片；录像；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 按键1为“加一”；按键2为“减一”；按键3为“选位/切换显示”；按键4为“开始/停止”；按键5为“复位”；同时还有开关键可控制装置通断电。 1、进行温度设定。通过按键1、2、3调节（长按连续调节），按键5确定。 2、进行流量设定，方法同上。 3、冷水阀开启至设定流量。 4、当前水温显示在屏幕上，热水阀开始调节使温度稳定在设定值。 5、使用过程中，长按3键可实现设定温度与实际温度的切换显示。 6、长按1键或2键可实现设定温度的升高或降低。 7、长按4键，两阀门关闭，装置恢复至初始状态。 8、再次按下4键，阀门状态恢复；按下5键重新设定流量与温度；按下开关键切断电源。 作品适用范围： 公共浴池以及家庭浴室，并且不局限于太阳能热水器的混水。 市场分析和经济效益预测： 截止至2011年1月，我国太阳能热水器累计安装量达到1.5亿平方米。在太阳能热水器的诸多部件中，混水阀最值得改进。此作品具有很多不同于其它同类型产品的优秀之处，应用前景必将十分广泛。
同类课题研究水平概述
- 对于市面上普遍销售与使用的机械式混水阀存在如下的一些主要缺点： 一、普通机械混水阀非常的难以调解：用手进行的一个幅度很小的扭动可能会导致很大的水温变化。 二、水温的确定依靠人的感觉：这方面的主要问题在于用户调节阀门后还要等很长一段时间才能确定真正的水温，因为调节后的水从混水点流至喷头处还有不短的距离。如果不合适还要再进行调整，不仅耗费时间，还浪费水资源。 三、用户如果中断洗浴（例如需要涂抹浴液时）则需要关闭阀门，继续洗浴则要再次进行调节。这样一来，有不少用户为了减少不便，甚至在不使用水的过程中也不关闭阀门，极大地浪费了水资源。 四、目前的太阳能热水器，大多为落水式，即热水管中的水压完全由水在热水器安置高度与用户所在高度之间形成压力提供。这样的水压提供方式往往不稳定，并且如果楼层高则较小，再加之自来水管水压的不稳定，导致普通机械混水阀无法控制洗浴过程中水的压力变化，最终的表现是：出水忽冷忽热。 当前，虽然也有一些公司推出了“恒温混水阀”，但多数都是使用遇热形变能力强的金属做弹簧或杠杆驱动阀门变化，这样的改进虽取得一些进步，但仍然保留着机械式阀门的一些缺点，例如：不能实现精确地温度控制，仍然需要用户等待来测试水温，并且对于水压的调节能力也有限（体现在温度调节范围有限）。同时，也有一些数字类产品克服了这些缺点，但集成度往往很高，通常与太阳能热水器搭配销售。仅仅有几款数字混水阀可以单独销售，但都需要先在储水箱中进行混水，达到设定温度后再使用，因此导致销售价格很高，难以被市场普遍接受，销路很差。 研发“太阳能热水器恒温混水阀”的十分必要。这项成果，不仅使用方便，节水省时，而且成本低廉，具有广阔的市场前景和应用价值。
