一種即熱裝置在智能馬桶的應(yīng)用

鐘建偉+張燕金+滕世國(guó)

（韶關(guān)乳源東陽(yáng)光機(jī)械有限公司 ，廣東 韶關(guān) 512721）

摘 要： 即熱加熱裝置在智能馬桶上應(yīng)用，可以提高客戶(hù)使用的舒適度.而即熱裝置在智能馬桶上的應(yīng)用難點(diǎn)在于溫度的穩(wěn)定.本文采用ATmega16單片機(jī)為核心，具有多重過(guò)溫保護(hù)功能，在溫度超過(guò)42℃有軟件停止加熱保護(hù)程序、在溫度超過(guò)48℃時(shí)，硬件直接切斷進(jìn)水水路；設(shè)有防干燒（超72℃）保護(hù)、低流量（小于0.3L/Min）和高流量（大于1L/Min）保護(hù)電路以及除氣泡防燙傷人裝置.

關(guān)鍵詞： 防干燒；過(guò)溫保護(hù)；氣泡檢測(cè)設(shè)計(jì)；模糊PID控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：KX1705628

引言

傳統(tǒng)儲(chǔ)熱式水箱智能馬桶存在的問(wèn)題有：加熱慢，時(shí)間久，熱水量有限；水箱長(zhǎng)期加熱，易結(jié)垢，易滋生細(xì)菌，同時(shí)浪費(fèi)電.即熱加熱裝置能解決以上缺點(diǎn)，即開(kāi)即用，節(jié)水節(jié)電，長(zhǎng)時(shí)間使用都有熱水；由于加熱的水是流動(dòng)水，不易結(jié)垢，水質(zhì)干凈；體積小，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的空間要求.

在市場(chǎng)現(xiàn)有的智能馬桶即熱電路存在缺陷：當(dāng)出水流量變化較大時(shí)，水溫變化很大，容易燙傷用戶(hù)，同時(shí)也會(huì)造成出水溫度的忽冷忽熱，清洗舒適度不好.

本文針對(duì)傳統(tǒng)儲(chǔ)熱式水箱智能馬桶和市面上的即熱智能馬桶缺點(diǎn)進(jìn)行電路設(shè)，采用多到過(guò)溫保護(hù)及除氣泡防燙傷人裝置，防止?fàn)C傷人；加熱控制采用模糊PID加熱算法，使即熱加熱裝置在智能馬桶上應(yīng)用更加穩(wěn)定.

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.2 總體電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)是以基于A(yíng)Tmega16單片機(jī)的主控板為核心，總體電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1.市電先經(jīng)過(guò)漏電空氣開(kāi)關(guān)，再供給設(shè)備. 開(kāi)關(guān)電源采用明緯的PD-45A（雙電源，+12V和+5V輸出），給主控板供電；流量計(jì)采用神林電子的RSIR-2LB，最大耐壓0.49 Mpa，測(cè)試范圍0.3～2 L/min.按鍵顯示面板采用觸摸按鍵.出水電機(jī)采用三協(xié)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī).水溫傳感器采用三菱電機(jī)的DTN-W493H6P，使用溫度范圍-30～105℃.48℃溫控開(kāi)關(guān)采用同鼎盛的KSD301.防干燒采用艾默生的G5A01 72℃ 20A/250VAC溫度保險(xiǎn)絲，溫度超過(guò)72+0/-5℃，切斷加熱電源.出水溫度超過(guò)42℃，通過(guò)軟件程序，切斷出水電路.

1.2基于A(yíng)TMEGA16單片機(jī)的主控電路及外圍電路

以ATMEL公司的ATmega16單片機(jī)為核心的主控制硬件電路如圖2所示.它包括外部時(shí)鐘源模塊、復(fù)位電路、流量檢測(cè)模塊、進(jìn)水溫度和加熱溫度檢測(cè)模塊.其中進(jìn)水溫度和加熱溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)進(jìn)水溫度和加熱溫度，提供參數(shù)給PID.出水電機(jī)控制電路.加熱保護(hù)在流量檢測(cè)小于0.3L/Min和大于1L/min、進(jìn)水水溫超過(guò)35℃和出水水溫超過(guò)42℃起作用，將停止加熱.硬件過(guò)溫保護(hù)將參數(shù)設(shè)置為48℃起保護(hù).

1.3過(guò)零信號(hào)取樣電路

過(guò)零信號(hào)電路如圖3所示.AC220V電源經(jīng)全橋二極管D2整流，將全波信號(hào)濾波限流處理，經(jīng)光耦PC1產(chǎn)生基本脈沖信號(hào)，濾波得到50Hz頻率過(guò)零脈沖信號(hào).過(guò)零信號(hào)輸入單片機(jī)，給即熱加熱提供基準(zhǔn)信號(hào)，控制加熱管功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制.

1.4加熱控制電路

加熱控制采用固態(tài)繼電器G3NE-220T作為開(kāi)關(guān)控制水溫加熱.選擇固態(tài)繼電器主要是基于其高壽命，高可靠，控制功率小，快速轉(zhuǎn)換，電磁干擾小等特點(diǎn).此電路增加液位檢測(cè)，即熱裝置有氣泡是，液位不導(dǎo)通，即熱裝置停止加熱.電路增加大功率電感線(xiàn)圈L2，消除諧波震動(dòng)，提高抗干擾能力，是水溫加熱更穩(wěn)定.

1.5過(guò)溫保護(hù)電路

過(guò)溫保護(hù)電路如圖5，具有響應(yīng)快，穩(wěn)定性好的特點(diǎn).其工作原理是：出水熱敏電阻檢測(cè)到溫度時(shí)，通過(guò)分壓電阻R17，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后通過(guò)比較器upc393，與設(shè)定溫度比較（由R12/R13，R14/15組成上下限基準(zhǔn)溫度）.檢測(cè)溫度沒(méi)有超出上下限基準(zhǔn)溫度時(shí)，upc393的2腳輸出低電平，使進(jìn)水電磁閥的一端對(duì)地導(dǎo)通；單片機(jī)同時(shí)控制進(jìn)水電磁閥的另外一端，使其與12V接通，可以使電磁閥導(dǎo)通，正常進(jìn)水加熱.當(dāng)出水溫度超過(guò)48℃，電壓比較回路輸出高電平，關(guān)閉進(jìn)水水路，從而沒(méi)有水流出，防止?fàn)C傷人；同時(shí)將高電平信號(hào)反饋給單片機(jī)水溫檢測(cè)信號(hào)，控制即熱控制信號(hào)，使即熱裝置停止加熱.

2. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序流程圖見(jiàn)圖6，包括：參數(shù)初始化（各端口及計(jì)時(shí)器初始化），故障自檢，讀取存儲(chǔ)參數(shù)（用戶(hù)設(shè)定參數(shù)），讀取水溫AD值（進(jìn)水、加熱和出水三個(gè)溫度的AD值），模糊PID加熱模塊.通過(guò)對(duì)進(jìn)出水溫度檢測(cè)、出水溫度檢測(cè)，當(dāng)前流量值，設(shè)定水溫值，來(lái)調(diào)用模糊PIID加熱算法，進(jìn)行加熱處理，如果有故障馬上停止加熱.

模糊PID電解控制的原理是：通過(guò)讀取讀取當(dāng)前的水溫，對(duì)比設(shè)定值，可求出差值k0.再根據(jù)k0、當(dāng)前溫度AD值和當(dāng)前流量計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)恼`差值e和誤差變化率ec，通過(guò)查表得到Kp、Ki和Kd.運(yùn)行PID運(yùn)算，計(jì)算出需要的加熱功率.在加熱過(guò)程中，不斷檢測(cè)e和ec的值，從而確定Kp、Ki和Kd這3個(gè)參數(shù)，來(lái)控制功率輸出，實(shí)現(xiàn)水溫加熱恒定（+/-2℃）.程序的采樣時(shí)間設(shè)置為100 ms，能滿(mǎn)足控制精度要求.

3結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)即熱裝置在智能馬桶上的應(yīng)用進(jìn)行了比較全面的安全設(shè)計(jì)和優(yōu)化的水溫控制算法，使加熱水溫穩(wěn)定.在進(jìn)水壓力0.2MPa，進(jìn)水溫度為15℃，出水流量0.6L/min，進(jìn)行了測(cè)試.設(shè)定溫度為40℃加熱6秒可以達(dá)到設(shè)定溫度；設(shè)定溫度為38℃加熱4秒可達(dá)設(shè)定溫度；設(shè)定溫度為36℃加熱3秒可達(dá)設(shè)定溫度.此即熱裝置在智能馬桶上的應(yīng)用，使用戶(hù)使用更舒適滿(mǎn)意.

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