CN105823205A - 一种基于stm32的定时变量开水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STM32的定时变量开水器。开水器采用多个水箱对散失或即将散失的热量进行二次利用,根据实际需要定时变量供水,精准控制煮水量。煮水箱根据用水量注水并煮水;储水箱用于储存煮水箱煮开的水并对其保温;凉水箱用于储存煮开的水并对用户提供凉开水,储水箱的水若在加热后没有用完,则储水箱内的水通过单向电磁阀注入凉水箱。煮水箱和储水箱内置加热管,根据不同水量的水使用相应数量的加热管加热保温。煮水箱上部安装热交换器固定在自来水箱内,通过热交换器将热量传导给自来水;凉水箱和自来水箱用浮球阀来控制阀门开闭,用以增加和排出水。各水箱外部覆有聚氨酯材料以隔绝与外部环境的热交换,减少功耗。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计与自动控制领域,具体地说,涉及一种基于STM32的定时变量开水器。
背景技术
在工矿企业、学校、图书馆、学生宿舍诸多单位均配备有开水器;市面上销售的开水器有沸腾式开水器、步进式开水器等多种开水器,但开水器或多或少均存在着以下不足:(1)日常供水量大于需求,始终处于满水位运行,从而导致电能损耗严重,存在耗电量大的情况;(2)由于其供水过多导致余量增多,而保温性能不好,导致开水器需要对过多余量的水反复多次加热,同时存在着冷热水混合加热的情况,产生不利于健康的因素;(3)开水器保温效果较差,热量散失严重,而且对这部分热量没有进行有效地循环再利用。
目前,市面上存在一种新型的即热式开水器,但这种开水器出水速度慢,不能满足集中供水的需求;同时还有一种新型的磁能定时变量开水器,这种开水器采用磁能加热,虽然省电,但是由于新的加热技术在市场上普遍反映可靠性不够高,同时售价昂贵,难以推广;该开水器定时变量供水是人为设置时间段和高、中、低水位,时间和供水准确性较低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足,克服传统热水器全部时间内满水位运行,从而造成耗电及热量的浪费问题,本发明提出一种基于STM32的定时变量开水器。该开水器采用多个水箱体对散失或即将散失的热量进行二次利用,根据实际需要定时变量供水,精准控制煮水量,减少功耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括凉水箱、煮水箱、自来水箱、储水箱、水位传感器、电磁阀、换热器、浮球阀,其特征在于采用多个水箱固定在箱体框架内,水箱之间通过电磁阀控制,箱体顶部有限压阀,箱体侧壁下部开有进水口;所述煮水箱位于自来水箱的下面,煮水箱内设有第一加热管,第一水位传感器固定在煮水箱内顶部,煮水箱用于对水进行煮沸,并将煮沸的开水注入储水箱内;煮水箱上部有两个热交换器固定在自来水箱内,通过热交换器将热量传导给自来水;所述储水箱内设有第二加热管,两个加热管横向排列间距为83mm,第二水位传感器固定在储水箱内顶部,储水箱用于储存煮水箱煮沸的开水并对其保温;所述凉水箱与所述储水箱分别位于煮水箱的下面,凉水箱与储水箱之间由单向电磁阀控制,凉水箱与储水箱底部分别有第一排水口、第二排水口;凉水箱内设有第一换热器,第一换热器一端与进水口连接,另一端与自来水箱内浮球阀连接,浮球阀用来控制阀门的开闭,自来水箱内浮球阀控制水位不低于85mm;凉水箱用于储存煮沸的开水,并对用户提供凉开水;工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样,STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间,得出注水时间与注水量,并将数据通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存;STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据,在规定的时间给水箱注入规定的水量;STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,控制电磁阀的导通或断开,进而控制注水与否;STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,控制加热与否;同时,温度传感器将读出的温度数据传回至STM32微控制器,与设定的温度进行比对决定是否加热,实现对温度闭环控制;STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD,实时地显示各模块运行状态与温度,水位参数;同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数,监控***运行。
所述第一加热管为多个,每个加热管为750W,每两个加热管间距为75mm。
自来水箱、煮水箱、凉水箱与储水箱外部包覆聚氨酯材料,隔绝各水箱之间与外部环境的热交换。
所述第二换热器采用紫铜材料。
有益效果
本发明提出的一种基于STM32的定时变量开水器,采用多个水箱体进行热量再利用,根据实际需要定时变量供水,精准控制煮水量,避免了耗电及热量的浪费现象。
本发明定时变量开水器可减少热量散失并回收热量;开水器采用双聚能加自来水双重预热设计,在自来水注入自来水箱的过程中,管道经过凉水箱,吸收凉水箱内的余热,预热自来水并加速凉水箱内水的降温。煮水期间,蒸汽通过自来水箱内的热交换器对自来水进行预热;水箱体包覆保温材料保证热量的散失减小到最低。
本发明定时变量开水器可提供健康用水;开水器分时段变量供水有效地避免千滚水的产生,多箱体的设计将热水和凉水完全隔离开,避免了阴阳水的产生。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种基于STM32的定时变量开水器作进一步详细说明。
图1为本发明定时变量开水器结构示意图。
图2为本发明定时变量开水器结构侧视图。
图3为本发明定时变量热水器结构俯视图。
图4a、图4b为本发明定时变量开水器的自来水箱换热器示意图。
图5a、图5b为本发明定时变量开水器的水位测量电路图。
图6为本发明定时变量开水器的水位信息存储电路图。
图7a、图7b为本发明定时变量开水器的电磁阀控制电路图。
图8a、图8b为本发明定时变量开水器的加热控制电路图。
图9a、图9b为本发明定时变量开水器的温度采集电路图。
图10为本发明定时变量开水器的显示模块电路图。
图中
1.第一排水口2.进水口3.第一换热器4.凉水箱5.保温层6.第一加热管7.煮水箱8.浮球阀9.自来水箱10.第二换热器11.限压阀12.第一电磁阀13.第一水位传感器14.第二电磁阀15.第二水位传感器16.储水箱17.第二加热管18.第二排水口
具体实施方式
本实施例是一种基于STM32的定时变量开水器。
1.信息处理过程
本实施例中,选用STM32系列的STM32F103ZET6微控制器作为控制电路的核心部件。
如图5a、图5b、图6所示,工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样。STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间,分析计算得出合理的注水时间与注水量,并将结果通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存,确保不因意外断电而丢失数据。
如图7a、图7b、图8a、图8b、图9a、图9b所示,工作时,STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据,在规定的时间给水箱注入规定的水量。STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,最终控制电磁阀的导通或断开,进而控制注水与否;STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,控制加热与否;同时,温度传感器DS18B20通过“一线总线”形式将读出的温度传回至STM32微控制器,与设定的温度进行比对决定是否加热,对温度实现闭环控制。
如图10所示,STM32利用内部的静态存储控制器操作TFT-LCD,实时地显示各模块运行状态与温度,水位相关参数;同时利用UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数,监控***的运行。
2.工作过程
本实施例中,开水器工作过程为测量过程,供水过程,校准过程。
在测量过程,开水器自动测量用户的用水习惯,包括周期,用水量,建立用户用水的数学模型;在供水过程,开水器根据数学模型确定供水量并提前煮水,在需用时间段内注入储水箱;在供水过程同时进行校准过程,在校准过程,***自动记录各个时间段内的用水量,并与先前的数据相结合,完善之前数学模型。
用户可根据日常实际用水情况选择测量单位供水时间和供水周期,选定之后,在其后的一个供水周期内开水器采用满水位运行状态,然后每一个单位供水时间内根据距离传感器测量用户的用水量,并记录。
测量期间,储水箱和煮水箱满水位运行,用户使用过程中第一电磁阀12,第二电磁阀14始终保持关闭状态;当储水箱水位低于预设的临界水位时,第二电磁阀14打开,将储水箱注满水,期间保证第一电磁阀12处于关闭状态。当第二电磁阀14关闭时,若煮水箱水位达到临界水位,打开第一电磁阀12将煮水箱注满水并煮开。在单位供水时间,传感器测量并记录下煮水箱和储水箱的水位,计算用户的用水量。
在测量完用户在一个周期内用水量之后,开水器按照上一周期内的供水状况,在每个单位时间内供应上一周期内对应单位时间内的用水量的1.2倍,以保证偶然用水量增大的情况下用水的供应。
当准备单位时间内供水时,煮水箱内注入相应的供水量,并根据水量计算时间,确保在供水前规定时间内烧好,以确保储水箱内的水不足时仍然有水可以供应。在下一次开始时,将煮水箱内的水注入储水箱。若在秋冬季节,凉水需求量少,可在储水箱连续烧水后,在单位供水时间之初,将储水箱内的剩余水量注入凉水箱;在春夏季节,可在每个设定时间将储水箱内的水注入凉水箱内,以保证凉水的需求。
在采集用户用水数据后,数据需要进行校准,以保证单位时间内用水量正常供应。在每单位时间供水之后,开水器会记录下该单位时间内用水量,并与上一周期内该时间段用水量进行比较,保存较大的用水量。
安装过程
本实施例中,定时变量开水器箱体外壳采用不锈钢材料加工,厚度为1.5mm,外壳体尺寸长*宽*高为460mm*560mm*670mm,箱体固定安装在框架上,各水箱箱体之间以及水箱与外壳体之间包覆有厚度为30mm的聚氨酯发泡材料作为保温层5。各水箱箱体尺寸长*宽*高分别为:自来水箱为400mm*450mm*100mm,煮水箱为400mm*450mm*170mm,储水箱为400mm*250mm*300mm,凉水箱为400mm*150mm*300mm。
煮水箱7内设置四个750W的第一加热管6,第一加热管6竖直安装、横向排列,相邻两加热管间距为75mm,第一水位传感器13固定在煮水箱7内顶部壁面上。储水箱16内安装有两个750W第二加热管17,两个横向排列的第二加热管之间间距为83mm,第二水位传感器15安装在储水箱16内顶部壁面上。煮水箱7上部有两个第二换热器10固定在自来水箱9内,两个第二换热器对称安装,第二换热器10内径为12.5mm,外径为14mm,材料为紫铜;自来水箱9内安装浮球阀8控制水位不低于85mm。煮水箱7与储水箱16、自来水箱9水箱之间分别通过第一电磁阀12、第二电磁阀14连接,储水箱16和凉水箱4之间通过单向电磁阀连接,采用DC24V控制;凉水箱4和储水箱16底部分别设有第一排水口1、第二排水口18,第一排水口1、第二排水口18分别与水龙头螺纹连接。
Claims (4)
1.一种基于STM32的定时变量开水器,包括凉水箱、煮水箱、自来水箱、储水箱、水位传感器、电磁阀、换热器、浮球阀,其特征在于:采用多个水箱固定在箱体框架内,水箱之间通过电磁阀控制,箱体顶部有限压阀,箱体侧壁下部开有进水口;所述煮水箱位于自来水箱的下面,煮水箱内设有第一加热管,第一水位传感器固定在煮水箱内顶部,煮水箱用于对水进行煮沸,并将煮沸的开水注入储水箱内;煮水箱上部有两个热交换器固定在自来水箱内,通过热交换器将热量传导给自来水;所述储水箱内设有第二加热管,两个加热管横向排列间距为83mm,第二水位传感器固定在储水箱内顶部,储水箱用于储存煮水箱煮沸的开水并对其保温;所述凉水箱与所述储水箱分别位于煮水箱的下面,凉水箱与储水箱之间由单向电磁阀控制,凉水箱与储水箱底部分别有第一排水口、第二排水口;凉水箱内设有第一换热器,第一换热器一端与进水口连接,另一端与自来水箱内浮球阀连接,浮球阀用来控制阀门的开闭,自来水箱内浮球阀控制水位不低于85mm;凉水箱用于储存煮沸的开水,并对用户提供凉开水;工作时STM32通过内部定时器设置时间使超声波模块HC-SR04对水箱的水位进行采样,STM32通过读取超声波模块返回的高电平的持续时间,得出注水时间与注水量,并将数据通过SPI总线传输给W25Q64存储器保存;STM32通过SPI总线读取W25Q64的数据,在规定的时间给水箱注入规定的水量;STM32微控制器通过发出PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,控制电磁阀的导通或断开,进而控制注水与否;STM32微控制器输出另一路PWM波或电平信号,控制继电器导通或断开,控制加热与否;同时,温度传感器将读出的温度数据传回至STM32微控制器,与设定的温度进行比对决定是否加热,实现对温度闭环控制;STM32通过内部的静态存储控制器操作TFT-LCD,实时地显示各模块运行状态与温度,水位参数;同时通过UASRT串口与PC端进行通讯返回各状态与参数,监控***运行。
2.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器,其特征在于:所述第一加热管为多个,每个加热管为750W,每两个加热管间距为75mm。
3.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器,其特征在于:自来水箱、煮水箱、凉水箱与储水箱外部包覆聚氨酯材料,隔绝各水箱之间与外部环境的热交换。
4.根据权利要求1所述的基于STM32的定时变量开水器,其特征在于:所述第二换热器采用紫铜材料。
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