基于STC12C5A08PWM的恒溫水龍頭設計

　　水龍頭是水的“指揮家”，是人們生活中必不可少的用水設備。現有的雙聯式水龍頭可同時接冷熱兩根管道，其水溫調節的方法是手動調整閥門的機械位置，控制冷熱水管道的出水比例，其調節復雜，且調節過程中浪費的水量多。即使調好的水溫也會受到水壓變化的影響，降低了使用的舒適性。甚至出現水溫突變，燙傷身體的極端情況。單片機作為一種智能化的控制器已經廣泛應用于各種家用電器中，為用戶提供更優質的服務。本文主要介紹了采用單片機控制的方法，實現水龍頭的出水溫度的精確調節，避免用水浪費，是基于單片機的水龍頭智能化改造。

　　1 設計方案及工作原理

　　系統設計方案及工作原理如圖1所示。熱水和冷水分別流入后在0中混合，實現溫度中和。當混水溫度達到設定值后，開啟3供水。當水溫未達設定值時，開啟4將混水腔0中的水排出至加熱裝置(如燃氣熱水器)的入水口，以循環利用，減少不必要的浪費。

　　1，2進水口由電動調節碟閥控制，3，4出水口由電動快速切斷蝶閥控制。在熱水進入口1、冷水進入口2和混水腔0中設置DS18820溫度監測點，根據采集到的現場溫度由單片機驅動電動執行機構控制電動調節閥的開度，從而控制1，2的進水量，以及快速開啟或切斷3，4的出水。

　　2 硬件電路設計

　　水龍頭控制是以宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機為核心，檢測DS18820采集的現場溫度信號，分析后做出相應控制處理。用水溫度的設定和顯示分別由鍵盤輸入和數碼管顯示。冷、熱水進入口水量的調節由單片機輸出通過繼電器驅動調節閥實現，采用脈寬調制(PWM)變頻技術智能調控水流大小，實現精確配比。系統設計框圖如圖2所示。

　　2．1 單片機控制模塊

　　采用STC12C5A08PWM單片機實現，它是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，看門狗，兩路PWM，片內有8 KB FLASH ROM，1 280 B RAM，支持ISP。

　　2．2 溫度傳感器模塊

　　采用DALLAS公司生產的單總線式數字溫度傳感器DS18820測量水溫，可直接輸出9～12位(二進制)溫度讀數，便于單片機處理。DS18820測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0．5℃。可在750 ms(最小值)內把溫度轉換成12位二進制數字值，溫度采集具有準確性和及時性。DS18820采用單總線的數據傳輸方式，多個DS18820可掛接在一條總線上，實現多點溫度測量，輕松組建傳感網絡。該系統中分別檢測熱水進入口溫度T1，冷水進入口溫度T2和水龍頭出水口溫度T3。

　　2．3 顯示模塊

　　該系統設計了兩位八段數碼管，由單片機I／O口直接驅動，采用動態顯示方法，顯示用戶設定的溫度值。

　　2．4 鍵盤模塊

　　本系統需要三個按鍵，采用三鍵獨立式鍵盤，直接接單片機I／O口，采用軟件去抖。三個按鍵分別實現的功能如表1所示。

　　2．5 水流控制模塊

　　如圖1所示，熱水和冷水進入口1，2采用電動調節蝶閥，單片機通過控制調節蝶閥的開度來控制進水量的大小。使用單片機內部2路PWM邏輯產生高頻PWM信號，通過電動執行機構驅動電動調節蝶閥，從而減輕了軟件的工作，提高了軟件的效率。水龍頭出水口3和循環水出水口4采用電動快速切斷蝶閥，在單片機的控制下實現快速開關水。

　　3 軟件設計

　　本控制系統是以單片機為中心的控制系統，單片機結合一定的外圍電路完成系統數據輸入、溫度采集、輸出控制信號以及實時顯示等功能，它是一個完整的智能控制系統。圖3為系統程序流程圖，表明亍整個過程的控制思想。

　　根據溫度對電動蝶閥的控制算法為：首先將系統設定溫度T與冷水溫度T2和熱水溫度T1比較，分為以下三種情況：

　　第一種：若T-T2>T1-T，將冷水進入口蝶閥全開，熱水進入口蝶閥開一半；

　　第二種：若T-T2T1-T，將熱水進入口蝶閥全開，冷水進入口蝶閥開一半；

　　第三種：若T-T2=T1-T，將熱水進入口蝶閥全開，冷水進入口蝶閥也全開；

　　系統水龍頭出水口溫度T3隨系統工作時間逐漸升高，當T3T時，開循環水電控蝶閥，且穩定不變后，第一種情況下，將熱水蝶閥開3／4；第二種情況將冷水蝶閥開為1／4；第三種情況將冷水蝶閥開為3／4。采用逐步次逼近的方法，直到T3=T時，關循環水電控蝶閥，開水龍頭電控蝶閥。

　　4 結 語

　　該系統提出了一種利用單片機、溫度傳感器、蝶閥以及其他控制電路實現水龍頭出水恒溫控制的方法，解決了傳統手動調溫的不便，避免了在調溫過程中的用水浪費。方便用戶使用，實現用水溫度的精確設定以及恒溫用水。具有較高的實用價值。