热水恒温控制系统的研究外文翻译资料

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外文文献翻译

题 目 热水恒温控制系统的研究

热水恒温控制系统的研究

Fenglian Qi Wenqiu Yu Yongxu Yan

沈阳建筑大学交通与机械工程学院 沈阳 110168

摘要：针对目前热水器淋浴水温阀不能直接由用户直接控制水温、不能长期保持恒定的出水温度的缺陷，创新了一种新型的水温控制装置。该调节装置以单片机STC89C52系统为核心，采用数字温度传感器DS18B20采集实时水温和冷热水温度，采用PID控制方法进行调节，驱动电机驱动机构装置中叶片的开闭角，改变热水和冷水的水量。数据实验表明，该调节系统结构简单，运行准确有效，调节平稳快速，达到了将水温增益保持在用户所需的温度上并保持恒定、温度不变的目的。

关键词：SCM，DS18B20,步进电机，恒温调节装置

1.背景介绍

随着自动化的进一步发展，越来越多的智能服务深入到人们的生活中。智能淋浴设备的关键技术是温度调节。人们往往要通过不断调整手柄来调节冷热水的输出比例，从而获得合适的温度。这不仅浪费水资源，而且在运行中也带来了很多不便。鉴于此，笔者研制了一种新型温度控制系统，它能实现智能温度功能，可以很好的弥补传统机械控制阀的不足，该系统使温度控制更加快速、准确。

2.系统概述

系统总体结构由出水开关和恒温控制装置两部分组成。开关部分主要功能是升水、开、关。智能恒温水控制装置包括机械结构和控制系统。机械结构如图1所示。叶片的主要成分是扇形叶片。由电机轴驱动旋转，以控制冷热水的水量比。控制系统主要通过DS18B20获取温度，单片机通过计算温度信号的转换，然后对电机轴的旋转角度进行测量。电机轴驱动叶片旋转，采用扇形面积换算、冷热水的水量比控制的方法，实现水温快速准确的满足用户需求。

3.恒温水控制系统的控制系统设计

恒温水控制系统，控制系统硬件如图2所示。.该系统以STC89C52单片机为核心控制芯片。DS18B20为控制系统的温度传感器。在控制系统中，考虑到控制器的体积和成本，要求控制叶片角度变化小，精度要求高，选型为28BYJ48四相减速步进电机。ULN2003作为驱动电机，在系统中显示链接。为了满足系统的控制精度，本系统采用了三种常用的阳极LED，实现了点温显示功能。控制系统软件设计采用C51，实现智能恒温控制。

图1：机械结构 图2：控制系统硬件原理图

单片机

运行状态显示

电机控制

温度传感电路

时钟电路

复位电路

操作控制电路

4.水调节阀参数计算

系统的控水装置主要通过冷热水的混合来实现恒温控制。在热水和冷水混合成温水的过程中。热水经过一个加热的过程，冷水经过一个吸收的过程。

根据质量与体积的关系、扇形面积与体积的关系、扇形数学特性与热喷嘴角的关系，将这些类型取为1型，得到和的数学表达式。

在这个系统中，热水和冷水进入温水，经过放热和吸热的过程，最终达到热量平衡。即，由于，，，得到风机叶片转角表达式:

在该系统中，执行元件选用步进电机，步进角度为5.625°，传动比为1/64。其中可以得到步进电机的步进：

表1所示为该系统所包含的该系统公式中1 ~ 4的各参数的物理意义。

表1.系统公式中各参数的物理意义

参数名称 物理意义 参数名称 物理意义

水温 电机的旋转

热水水温 比热容

冷水水温 风机叶片厚度

热水角开角 质量

密度 体积

部门区域 热水口开角

步进电机的输出步进数可由编程控制系统控制，然后步进电机控制转弯角度，目的是控制风机叶片的开度。

PID温度控制智能温控系统采用增量PID算法，利用输出控制器控制增量温度。PID控制系统框图如图3所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成，在图3中，r(t)为系统预置温度，y (t)为系统实际出口温度，两种形式控制偏差e (t).

e(t) -r(t)-y(t)

e(t)为PID控制的输入，u(t)为PID控制的输出和工厂的输入。根据PID算法，得出了该恒温水控制装置的控制规律。

式中:--控制器比例系数；

--控制器的积分时间，积分系数；

--控制器的微分时间，微分系数。

干扰信号

温度检测反馈

实际温度y(t)

控制对象

控制器

预设温度r(t)

图3：PID控制系统原理图

本实验中的K采样中，实际温度与预置温差为，本文在采样周期

为T=1s, =3.4, =2.8, =0.5的条件下进行实验。

5.实验结果

利用本系统做恒温控制响应速度、精度和稳定性的实验，在室温20℃条件下，设置不同的控制温度，分别在预设温度下从30℃-45℃中每隔1℃进行20组实验，实验结果如表3所示。实验结果表明，该系统的控制器设计是可行的。该热水器淋浴温度控制相对误差小于2%，响应时间小于1.5s，控制温度稳定在预设温度范围内。

表2：恒温混合阀控制结果

用户设定温度（℃） 稳定温度（℃） 响应时间（s） 相对误差（%）

30 30.6 1 2

32 31.5 1.5 1.5

34 34.3 1 0.8

36 35.8 1 0.6

38 37.7 1 0.8

40 39.8 1 0.5

42 41.5 1.5 1.2

44 43.6 1 0.9

6.总结

恒温控制系统采用PID反馈控制，控制水温精度plusmn;0.5C。该系统能够快速达到用户设定的温度，与传统球阀导流装置相比，它节省了大量的时间，同时节约了水资源，较为环保。实验数据表明，该控制系统具有良好的稳定性、快速性和准确性。该控制系统制造成本低，安装方便，具有良好的应用前景和推广价值。

参考文献

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