数控恒温输水器 技术领域
本发明涉及一种输水装置，更具体的说，它涉及一种用于电热水器的数控恒温输水器。
技术背景
目前市售的电热水器，虽然能够在30摄氏度至80摄氏度之间设定温度，但却不能稳定地恒温输出热水。尤其是冬天使用时，此问题就更加突出。使用者为了满足使用恒温热水的需要，往往要数次手动调整冷、热水阀门。所以，现有技术存在着很多使用上的不方便：(1)人工调整很难保持恒定的温度；(2)当连续使用电热水器时，其水温会越来越低，需要重新调整，操作麻烦；(3)使用单柄截门调节水温，一旦调好就不能改变用水量，造成水、电浪费；(4)如果使用者缺乏调整经验，有可能被突如其来的热水烫伤，存在不安全隐患；(5)不方便老人、儿童或操作不熟练者使用。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种操作方便，使用安全，能使电热水器稳定控温且恒温输出热水的装置。
本发明的技术方案概述如下：CPU分别连接操作器、显示器、温度采集器、数控驱动器，机械混水装置分别连接所述的温度采集器和数控驱动器；所述的温度采集器由非屏蔽小信号抗干扰放大电路的输入端连接温度传感器、输出端连接A/D转换器组成，所述的非屏蔽小信号抗干扰放大电路由电桥的两个平衡端各连接一个平衡电阻再分别连接集成运放电路的正、负输入端组成，所述的电桥接有电位器，所述的集成运放电路地输出端接有另一电位器；所述的机械混水装置由混水座和设置在混水座上的混水室以及冷水输入控制装置、热水输入控制装置构成，所述的冷、热水输入控制装置均由电机座、水量调节阀、安装于电机座的步进电机、安装于步进电机输出轴的小齿轮、安装于水量调节阀且与小齿轮啮合的大齿轮构成。
本发明的有益效果是：(1)温度设定直观、准确，操作简便，无需人工调节阀门；(2)数控恒温输水器的温度设定后，无论外接电热水器的温度或自来水水压发生如何变化，都不用再次调整；(3)解决了使用单柄截门调节水温一旦调好就不能改变用水量的问题，避免水、电浪费；(4)所用水的输出温度恒定，避免了被突如其来的热水烫伤的危险；(5)方便老人、儿童及缺乏调节经验者使用，保证用水安全。
附图说明
图1是本发明的工作流程方框图；
图2是本发明的操作显示示意图；
图3是本发明的机械混水装置主视图；
图4是本发明的机械混水装置俯视图；
图5是本发明的水量调节阀与混水座装配关系图；
图6是本发明实施例1的非屏蔽小信号抗干扰放大电路原理图；
图7是本发明实施例2的非屏蔽小信号抗干扰放大电路原理图；
图8是本发明的瓷阀动片主视图；
图9是本发明的瓷阀动片俯视图；
图10是本发明的瓷阀静片主视图；
图11是本发明的瓷阀静片俯视图。
图中：1、混水座 2、大齿轮 3、水量调节阀 4、小齿轮 5、电机座 6、步进电机 7、大齿轮 8、水量调节阀 9、小齿轮 10、电机座 11、步进电机 12、混水室 13、按键A 14、按键B 15、按键C 16、按键D 17、LED发光管①-⑥ 18、LED数码管19、旋转柄 20、水量调节阀外壳 21、瓷阀动片 22、瓷阀静片 23、耐热密封圈 24、旋转柄
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明的数控恒温输水器由CPU接口分别连接操作器、显示器、温度采集器和数控驱动器，机械混水装置分别连接所述的温度采集器和数控驱动器。
所述的CPU由8位或16位单片机组成。本实施例选用了MCS-51系列中的AT89C51单片机。单片机端口可以任意分配使用，本实施例的分配方式如下：P0口的8位I/O接口连接数控驱动电路的信号输入端，其中0-3位控制安装在机械混水装置中的步进电机6，4-7位控制安装在机械混水装置中的步进电机11；P1口的8位I/O接口与温度采集器中的A/D转换器的输出口相连，同时还与显示器电路中的输入端相连，其作用是CPU分时序从温度采集器读出当前输出水温值，向显示器写入当前输出水温值或水温设定值及当前输出水量值；P2口的0-3位I/O接口分别与操作器的按键A13、按键B14、按键C15、按键D16相连，第4位I/O接口与静态显示电路中锁存器的锁存控制端相连，第5位I/O接口与动态显示电路中译码分配器的使能端相连，第6位I/O接口与A/D转换器的启动端相连，CPU分时扫描这些端口，以确定各种操作功能的状态。
如图2所示，所述的操作器由按键A13、按键B14、按键C15、按键D16组成，每只按键一端接CPU，另一端接地。其功能是：按键A13和按键B14为水温设定，按键C15和按键D16为水量设定。
所述的显示器有多种实现方式，本实施例中的显示器由LED发光管、锁存器、限流电阻组成的静态显示电路和LED数码管、译码分配器、译码驱动器、限流电阻组成的动态显示电路构成。静态显示电路的锁存器输入端与CPU P1口的8位1/O接口相连，动态显示电路的译码驱动器输入端与CPU P1口的0至3位相连。静态电路显示当前水量设定值，动态电路显示当前输出水温值或输出水温设定值。输出水温值的设定范围是：大于或等于输入冷水的温度值，小于或等于输入热水的温度值。本实施例设定的范围是25摄氏度至55摄氏度之间。输出水量值以6只LED发光管镜相显示：0为关闭状态，①-⑥为六档输出水量显示状态。
操作器配合显示器构成对输水器的各种功能设定。
所述的温度采集器由非屏蔽小信号抗干扰放大电路的输入端连接温度传感器、输出端连接A/D转换器组成，所述的非屏蔽小信号抗干扰放大电路由电桥的两个平衡端各连接一个平衡电阻再分别连接集成运放电路的正、负输入端组成。所述的电桥接有电位器R10，用于输出调零。所述的集成运放电路的输出端接有另一电位器R9，用于调整放大倍数。本电路的功能是：温度传感器采集的被放大信号经两个平衡电阻R1、R2加到集成运放电路的同相输入端和反相输入端，形成差动输入方式，以利用集成电路的高共模抑制特性消除外电场的电压干扰。
在具体实施中，电桥的组成和电位器接入电桥的方式有多种。以下是两个实施例：
在实施例1中(参照图6)，电桥由电阻R5、R6、R7、R8联结而成，集成运放电路采用LM308集成块。所述电桥中的R8同时作为集成运放电路的负反馈比例输入电阻。电位器R9接在LM308集成块的输出端，电位器R10并入电桥。R10的两个固定端接电桥的两个平衡端，R10的可调端接电桥的正输入端。R1、R2是分别接在电桥两个平衡端的平衡电阻，R3、R4是反馈电阻。
在实施例2中(参照图7)，电桥由电阻R5、R7、R8和电位器R10联结而成，R10的可调端与其任一个固定端并在一起，集成运放电路采用LM308集成块。所述电桥中的R8同时作为集成运放电路的负反馈比例输入电阻。电位器R9接在LM308集成块的输出端。R1、R2是分别接在电桥两个平衡端的平衡电阻，R3、R4是反馈电阻。
本电路的A/D转换器选用带有三态输出功能的8位集成芯片，如ADC0804，ADC0809等。本实施例选用了ADC0809芯片。当CPU通过A/D转换器读出当前值后，A/D转换器的输出端设置为高阻状态，以使CPU对显示器进行写操作。本电路的温度传感器为热电偶。
本电路的温度定标方法是：(1)将温度传感器放置在25摄氏度的环境内，调整R10，使集成运放电路的输出电压为0V；(2)将温度传感器放置在55摄氏度的环境内，调整R9，使集成运放电路的输出电压为2V；(3)如果对温度线性值不十分满意，可采用查表法用软件解决。
所述的数据驱动器由微型步进电机和驱动电路组成。其驱动电路选用集成芯片或分立元件组成电感负载的电流放大电路，放大后的电流应在100mA左右，输出电压应在12V左右。本实施例选用了两片MC 1413芯片。放大后的数控电流驱动步进电机，输出机械转矩。
如图3、图4所示，所述的机械混水装置由混水座1和设置在混水座1上的混水室12以及冷、热水输入控制装置构成，所述的冷水输入控制装置由水量调节阀3、电机座5、安装在电机座5里的步进电机6、安装在步进电机6的输出轴上的小齿轮4、安装在水量调节阀3的旋转柄19上且与小齿轮4啮合的大齿轮2构成；所述的热水输入控制装置由水量调节阀8、电机座10、安装在电机座10里的步进电机11、安装在步进电机11的输出轴上的小齿轮9、安装在水量调节阀8的旋转柄24上且与小齿轮9啮合的大齿轮7构成。
所述的水量调节阀共有两个，其内部结构与功能完全一样。下面以冷水输入控制装置中的水量调节阀3为例，参照图5作以说明。在图中，水量调节阀3由调节阀外壳20、旋转柄19、瓷阀动片21、瓷阀静片22、耐热密封圈23组成；瓷阀动片21的形状如图8、图9所示，瓷阀静片22的形状如图10、图11所示。调节阀外壳20固定瓷阀静片22，旋转柄19与瓷阀动片21安装在一起。当旋转柄19转动时，瓷阀动片21相对瓷阀静片22做相对转动，使水量调节阀3的开启量发生变化，从而达到对冷水输入水量的控制。热水输入控制装置中的水量调节阀8对热水输入水量的控制方式与之相同。
机械混水装置的功能是：在数控驱动器的驱动下，冷水输入控制装置中的小齿轮4带动与之啮合的大齿轮2及水量调节阀3的旋转柄19转动，使之对冷水输入量进行控制；同时热水输入控制装置中的小齿轮9带动与之啮合的大齿轮7及水量调节阀8的旋转柄24转动，使之对热水输入量进行控制。被控制输出的冷、热水在混水室12即时混合，向温度采集器提供当前输出的水温值，使机械混水装置按设定的水温输出恒温热水
在保证功能强度和工艺性能的前提下，为了降低成本，所述的电机座和齿轮采用塑料、尼龙或粉沫冶金制成。同时设定齿轮的模数为0.4-4之间且两齿轮的齿数比在1-10之间。
本发明的数控恒温输水器的运行情况是：
CPU不断查询操作器的当前状态，如果操作器没有按下按键，水量输出为0，CPU向显示器中的静态显示器写入0，并由锁存器锁存。此时，显示输出水量值的6只LED发光管全灭。然后CPU不断地向显示器动态电路写入当前水温输出设定值，同时反复扫描操作器的当前状态。如果操作按键A13或按键B14，CPU将进行新的输出水温值的设定，并将设定值写入显示器的动态显示电路，以显示当前输出水温设定值。如果操作按键C15或按键D16，CPU将进行输出水量值的重新设定，同时将设定值写入显示器的静态显示电路，以显示当前输出水量值。如果水量设定值大于0，CPU向数控驱动器发出信号，使机械混水装置开始混水并输出恒温热水，同时从温度采集器读取当前输出水温值，假如当前输出水温值偏离设定值1度以上，CPU将通过数控驱动器对机械混水装置进行控制，使其相应地调整冷、热水输入量，然后CPU再次读取输出水温值，再做相应调整。这样反复循环，直至输出水温符合设定值。在水温调整的过程中，CPU还要随时扫描操作器，发现有操作立即作相应处理。
本发明在使用中，可以于数秒钟内迅速达到设定温度，且有记忆功能，温度一旦设定，日后使用只可根据不同需要简单地进行用水开关及水量大小的操作。此外，本实施例采用的ADC0809芯片还留有多个输入接口，CPU也留有多个IO端口，使其还可以增加对热水器测温、加热、定时自动加热、电源电压过压保护、漏电保护、时钟显示等功能，可以取代当前市售电脑型热水器的电控板。