一種基于單片機(jī)的智能混水閥系統(tǒng)

李玉鵬 周俊 余華

【摘要】 利用AT89S52單片機(jī)的控制存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種可智能控制溫度和壓力的混水閥系統(tǒng)，解決了當(dāng)前淋浴系統(tǒng)中普遍使用的全機(jī)械式混水閥當(dāng)輸入的冷水壓力下降后淋浴水溫發(fā)生急劇變化的問題。使用溫度及壓力傳感器分別采集水溫和水壓數(shù)據(jù)并送至單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序控制小型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制混水閥轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)淋浴水溫和水壓的自動(dòng)控制。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 淋浴系統(tǒng) 混水閥 智能控制

太陽(yáng)能熱水器、空氣能熱水器、電能熱水器在當(dāng)下得到了廣泛的使用，但目前市場(chǎng)上流行的上述熱水器出水口廣泛采用全機(jī)械混水閥調(diào)節(jié)水溫和水壓，這就使得當(dāng)混水閥冷水管水壓由于各種原因下降時(shí)，使用者在淋浴過(guò)程中有可能需要反復(fù)調(diào)節(jié)混水閥，以期將水溫水壓調(diào)到較佳狀態(tài)。但另一個(gè)問題是傳統(tǒng)的全機(jī)械式混水閥制造工藝參差不齊，許多混水閥調(diào)節(jié)很小的角度時(shí)水溫就會(huì)產(chǎn)生很大的變化?；谝陨蠁栴}，本系統(tǒng)利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)混水閥實(shí)現(xiàn)了智能的控溫控壓，解決了傳統(tǒng)的全機(jī)械式混水閥的種種弊端。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由主控制器AT89S52及其附屬電路、ULN2003A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、溫度傳感器模塊、壓力傳感器模塊、按鍵電路、顯示電路、電源電路等部分組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了2種主要功能：實(shí)時(shí)溫度與壓力的自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)溫度與壓力的顯示功能。當(dāng)混水閥冷水流入量下降時(shí)，此時(shí)的水溫水壓數(shù)據(jù)被溫度和壓力傳感器模塊傳回單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的程序控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，從而調(diào)節(jié)混水閥轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而控制水溫和水壓。溫度和壓力傳感器模塊將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后實(shí)時(shí)的顯示在液晶顯示器中便于使用者觀測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

二、硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、溫度傳感器模塊、壓力傳感器模塊、按鍵電路、顯示電路模塊、電源電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、復(fù)位電路與晶振電路組成，所采用的單片機(jī)為AT89S52，其中P0口需接上拉電阻，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用ULN2003A芯片驅(qū)動(dòng)，溫度傳感器模塊采用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，其輸出端輸出的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，直接傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，壓力傳感器模塊包括壓力傳感器HK2011、AD/DA轉(zhuǎn)換器PCF8591，壓力傳感器采集到的模擬信號(hào)傳入PCF8591的模擬輸入端，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由IIC總線傳到單片機(jī)進(jìn)行處理，按鍵電路由4個(gè)輕觸按鍵組成，未按下時(shí)每個(gè)按鍵的輸出端均為高電平輸出，按鍵后則反之，分別用于調(diào)節(jié)混水閥系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)參考溫度和壓力的增減。顯示電路模塊：顯示電路采用液晶1602LCD顯示器，用于顯示系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)參考溫度、壓力以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)的溫度和壓力。

三、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序包括主程序、顯示子程序、AD驅(qū)動(dòng)子程序、DS18B20驅(qū)動(dòng)子程序、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序、按鍵處理程序。顯示子程序完成顯示器顯示數(shù)據(jù)的提取、設(shè)置等操作；AD驅(qū)動(dòng)程序與DS18B20驅(qū)動(dòng)子程序分別驅(qū)動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器從而使單片機(jī)可以采集水的溫度和壓力數(shù)據(jù)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而使混水閥的祖轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，控制水溫和水壓；按鍵處理程序可以實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，改變標(biāo)準(zhǔn)參考溫度和壓力的值，使系統(tǒng)的使用更加靈活。

四、結(jié)束語(yǔ)

本混水閥系統(tǒng)應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了混水閥系統(tǒng)的智能控溫控壓，解決了現(xiàn)存全機(jī)械式混水閥存在的弊端，當(dāng)然，本系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)仍受限于傳感器即溫度傳感器和壓力傳感器轉(zhuǎn)換速率的影響，其直接影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，從而間接影響了系統(tǒng)的質(zhì)量，因此本系統(tǒng)仍然存在優(yōu)化的必要性，比如采用并行的AD轉(zhuǎn)換器采集溫度和壓力的數(shù)據(jù)等以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張毅剛. 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C51編程）》[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 肖婧. 《單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真——基于Proteus》[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

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