淋浴器自动混水控制器设计与实现【报告】.docx
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1、淋浴器自动混水控制器设计与实现摘要:随着生活水平的提高和家电的普及,使用淋浴器变得越来越普遍,但市场 上的淋浴器水温都是手动调节。人们经常需要通过不断调节混合阀来调节冷水和 热水的初始比例,以保持适当的水温。为了使淋浴器更容易使用,本文设计了一 种热水和冷水混合控制器。控制系统的使用让用户在用水时大大方便,操作简单, 界面美观,安全稳定。可以利用混水阀的控制精度高、稳定性好,混水阀的运转 可以通过步进电机来实现;通过控制电磁阀,可以实现淋浴器等给水系统的开关; 加入触摸屏,连接到单片机,对TFT屏进行操作,可以完成淋浴器自动混水控 制。关键词:混水控制器;水温调节;STM32单片机1引言当前,
2、淋浴器市场呈现出电淋浴器、气淋浴器和太阳能淋浴器占主导地位的 态势。其他类型的淋浴器,如即时热水淋浴器和热泵淋浴器还处于产品开发和市 场积累阶段。据统计,燃气泄漏数量已上升到非正常死亡名单的第三位;压缩热 泵淋浴器系统复杂,技术不成熟,初期投资本钱过高;太阳能淋浴器受到地域、 气候、结构等因素的严重限制,往往造成大量的水资源浪费和管道天然气、液化 天然气价格上涨的影响,越来越多的家庭选择电淋浴器作为家庭首选。但目前住宅淋浴器多为机械式控制淋浴器,即通过手动调节温度控制器来改 变淋浴出口的温度。人们必须不断调整混合阀调整冷热自来水的基准比率保持适 当的水温,如果水温不能满足自己的需求,有必要手动
3、调整冷热水的基准比率, 通过这种方式,用户将体验很多不便,水温可能对用户引起不适。同时,电淋浴 器也存在漏水、过热等隐患。为解决上述问题,本文设计了一种自动混水控制器。 2控制系统总体方案设计控制器:STM32F103VC;图像输出:3.2英寸400x320像素TFT液晶显示屏;用户输入:触摸屏,触摸按钮;执行机构:12V步进电机、混水阀、电磁阀;电机驱动:1298p;3.5报警系统关于报警体系包含声报警与光报警这2个局部。此次筹划中,声报警模块选 用蜂鸣器发出警报。蜂鸣器就是喇叭,普遍使用在各类电子商品中,用在提醒、 警报等一系列相关的很多应用场所。它和家庭使用的相关设备中的喇叭在使用方 面
4、具有近似的局部,一般运作电流偏大,线路中的TTL电平差不多无法驱动蜂 鸣器,要求增添1个电流扩大的线路,换言之,这只针脚极难驱动蜂鸣器发声, 因此增添1只三极管去升高经过蜂鸣器的电流值。使用单片机调控P1.6并形成某一频率的方波,这样能够确保声报警板块发 出声音。相关的线路图在图3-7展示。八 LStSPEAKER Q1RI . . .I- I - 470 PNP 系统电源模块系统电源主要由三个局部组成,为整个系统提供三个电压值:12V、5V、 电压电源STM32处理器、LCD显示屏和背光电路;步进电机驱动芯片 5V电源蜂鸣器、触摸按钮电路和L298控制端子;步进电机驱动需要12V电压。 电源
5、采用12V/30W开关电源,5V电压由L78Mo5稳压芯片电路确定,3.3V电压 由电压转换芯片确定。在电源板块,滤波和保护线路具有关键的效用,体系是不 是可以安全运用,极大层面上由电源的平稳性来确定。这个筹划使用桥式整流线路,把交流型的电网电压转成需要的直流型电压, 给各个线路供应固定的直流+5V电压。从端口 J1导入的约220V的交流电压,通 过变压装置转成约15V的直流型电压,然后通过全波整流桥BR1实施整流,之 后获得一个幅值是8V上下的波动直流。它通过Cll、C12滤除杂波之后,获 得一个相对稳定的直流,之后通过LM7805实施稳压输出+5V电压,C10再次滤 波后,得到稳定的+5V
6、直流电流,为系统提供稳定电压,保证电路的稳定性和抗 干扰性,如图3-9所示。图3-9电源系统电路图3.6 步进电机电路设计由于混合阀的控制精度要求,采用步迸电机控制混合阀的开启;同时,通过 步进电机芯片L298P放大用于混合阀开关功能的单片机控制信号,控制电磁阀。混水控制阀的温度范围通常为20C-50C ;而温度控制器的角度通常不超过 360度,大概为210。左右;因此,步进电机控制器可以实现高精度;同时,从 恒温混合阀的控温精度来看,一般需要用户设定的温度值为2,这样步进电 机可以使用步进角度为1.8。;为了便于控制混水阀的旋转,步进电机的转矩容 器约为2.0N/mo步进电机选型考虑到混水阀
7、转动所需的扭矩和混水阀调节水温的精度,系统采用57混合 式2相步进电机。其外观及外部界面如图3所示。6 Lead s三omB()DRHOWHTHI.U红白站图3 57BYGH7630外观及接线图57BYGH7630性能参数如表2所示。表2 57BYGH7630性能参数表372步进电机电路电机型号电机长 度步距 角相电压相电流相电感相电 阻转动 惯量静力 矩定位 力矩57BYGH763076mm1.812V1.5 A1.6H1Q480g 21.8N.m0.68Kg.c m电机驱动电路直接与电机相连,驱动电机旋转,起到功率放大的作用。因此 两相步进电机可以使用L298芯片驱动,考虑到电路板的尺寸和
8、安装空间,本系 统采用L298芯片。如果用L298P驱动两相步进电机,驱动电路的硬件连接图如图3-25所示。图4 L298P应用电路图根据电机的电压和电流要求,系统选用12V/1.5A步进电机驱动混水阀,使其直接连接到L298P的系统电源。4系统软件设计4.1软件总体设计软件设计是为了满足系统功能的需要。其总体流程图如图4/所示。软件设计是为了满足系统功能的需要。其总体流程图如图4/所示。IStepGainl图4软件总体流程图本系统的软件设计采用了模块化设计方法,对每一个功能编写了一个或几个 功能画数,表4-1说明了功能所对应的闲数。表4-1本设计各项功能函I数表功能困数主函数声音警报、提示音
9、LED灯报警用户数据输入延时液晶显示采样转换温度设定系统工作模式,系统初始化A模式下的温度控制void main (void) void sound (short) void led(void)void in8051 (short *p) void delay (irrt)void display (short, short) Short ds 18b20 (void)short get mode (void) void control (short, short)4.2 WAVE6000软件简介程序界面WAVE6000界面如图4-1所示。W 0000 :(8031) a-lol x|磔丽 M
10、kE) ” HP)JM7(R)(* 外au 分IWKOI 5(H),lai XI| St,3 D O =0。/寸|X 电、方断,0 旭 (国 EBB-yBlW.ffK.ffi aoPC:0000M O*TftOOOOH A: OOM WOOM y07Hw“ax包心N图 4-3 WAVE6000 界面4.3程序流程各个程序的流程图如下。4.3.1 主程序流程图主程序流程图如图4-4所示。采样子程序流程图采样子程序流程图如图4-5所示。采样值始址送RI 采样次数送RO图4-5采样子程序流程图滤波子程序流程图滤波子程序流程图如图4-6所示。图4-6滤波子程序流程图显小子程序流程图显示子程序流程图如图
11、4,7所示。图4-7显小子程序流程图4.3.5 按键选择流程图按键选择流程图如图4-8所示。开始,调 TRAST1.图4-8按键选择流程图PID控制子程序流程图根据PID算法公式,PID算法程序使用两个字节的追加程序,两个字节的补 程序,双字节的无符号乘法的运算程序,以及两个字节符号乘法程序来实现PID 式的编程。PID控制子程序流程图如图4-9所示。温度检测:DS 18B20温度传感器;时钟:处理器外围实现时钟功能;报警:5V驱动蜂鸣器;与PC机进行数据交换:JTAG接口、串行接口等。 电源:12V/30W开关电源;图1控制器总体设计3系统硬件设计创立单片机关于炉温的调控体系,能够选用STC
12、8952当作调控的中心。在 单片机的相关课程内,我们已熟知51单片机,使用的时候比拟顺手,能够支撑 ISP线上编程,确保编程作业较便利与自主地实施。实施数据的转化,调控线路 选用继电装置进行调控,具有高于89C51的运行频率,进而具有较快的核算速 率。此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的数据。关于温度传感装置,选用十分广泛的3DG6晶体管,低廉的电压/频率转化 装置(V/F) LM331和STC8952模块构成的温度测定仪。但抗干扰性差,数据处 理复杂,数据存放空间大,受市场限制。在筹划过程内,普遍选用热电阻传感装置,关于钳电阻的温度传感装置,能 够运用其电阻与温度呈现某一国数关联而制
13、作的温度传感装置,因为其测定精确 度较高、测定范畴较大等一系列相关特征,被普遍使用在中温(-200C+650C )开始,根据 E(K)=Ur-Ui(K)计尊 E(K).I 1计算 Ki,XE(K)aJ计算 KrE(K)-E(K-1)1 1计算 Kp(E(K)-E(K-l)+KiE(K).I 计算 KE(K卜正(1(-1)+田1()+长生&1(卜2(1(;)+正(1(-2)卜计算P(K),返回.图4-9 PID算法程序流程图当中断到来时,关闭计数器,清F0标志位,返回主程序。T1中断程序流程图如图4-1()所示。中断到来.关计数器TL,清F0标志位清P34中断返回.图4-10 T1中断子程序流程
14、图系统采用多任务调用路径实现对系统的控制。通过控制STM32处理器,可 以实现恒温出水口、温度设定、时钟设定等功能。主控制顺序如图5所示。图5系统主程序流程图初始化包括:(1)系统时钟设置、STM32端口初始化配置、LCD初始化配 置、中断矢量设置、电机复位等。(2)触摸屏触点是否自校准。如果用户在上 次使用时,触摸屏有自校准功能,校准结果保存在内置的STM32备份寄存器中; 同时设置自标定标志位,显示触摸屏是否已提前进行自标定,通过读取标志位来 评估自标定。(3)触摸屏自标定:系统无触控如果系统自标定,系统将进入自 标定界面。(4)在触摸屏校准前或校准后,系统会在电磁阀关闭的情况下进入 画面
15、程序。画面主要显示用户设置的水温值和时间信息。(5)系统可以在此画 面下进行触摸屏校准、时钟校准、预热等功能。(6)电磁阀开启状态画面2: 系统实时识别电磁阀开关状态的设置。如果电磁阀翻开,淋浴器将退出,电磁阀 下进入画面2程序控制状态;步进电机目前正在根据所设定的温度值和所记录的 温度值进行恒温控制。同时,用户可以在此画面状态下校准时钟,校准触摸屏, 设置水温值。(7)系统实时识别电磁阀开关状态的设置。如果电磁阀关闭,系 统将重新进入画面1的控制程序,否那么将出现在画面2的程序中。画面I的程序控制流程图如图6所示。配置标志位的状态。如果配置好了,请在RTC中读取时间信息,否那么时间将设 置为
16、0:(X)o (2)读取状态保存状态标志位状态,用来判断用户是否保存了上 次设置的温度值。保存温度值,从备份寄存器读取温度值,否那么用户设置的温度 值设置为初始值30匕;(3)液晶显示屏显示用户设定的温度和时间值;该接口 提供了预处理、时钟配置和触点校准。通过触摸这些控件,可以输入该信息的设 置界面;同时,通过调节控制器、液晶控制器和电磁阀的温度,可以节省这些控 制器的温度。在画面1中,电磁阀翻开后,系统进入画面2的程序控制状态,程序控制流 程图如图7所示。图7画面2控制程序流程图翻开电磁阀后,淋浴器会出水。此时,系统将感应到混水阀的水温,然后在 液晶显示屏上显示出漏水量和用户设定的温度值。该
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