一種基于單片機的智能混水閥系統

李玉鵬 周俊 余華

【摘要】 利用AT89S52單片機的控制存儲技術，設計一種可智能控制溫度和壓力的混水閥系統，解決了當前淋浴系統中普遍使用的全機械式混水閥當輸入的冷水壓力下降后淋浴水溫發生急劇變化的問題。使用溫度及壓力傳感器分別采集水溫和水壓數據并送至單片機進行處理，單片機根據設定的程序控制小型步進電機運轉，從而控制混水閥轉動，最終實現淋浴水溫和水壓的自動控制。

【關鍵詞】 單片機 淋浴系統 混水閥 智能控制

太陽能熱水器、空氣能熱水器、電能熱水器在當下得到了廣泛的使用，但目前市場上流行的上述熱水器出水口廣泛采用全機械混水閥調節水溫和水壓，這就使得當混水閥冷水管水壓由于各種原因下降時，使用者在淋浴過程中有可能需要反復調節混水閥，以期將水溫水壓調到較佳狀態。但另一個問題是傳統的全機械式混水閥制造工藝參差不齊，許多混水閥調節很小的角度時水溫就會產生很大的變化。基于以上問題，本系統利用單片機技術對混水閥實現了智能的控溫控壓，解決了傳統的全機械式混水閥的種種弊端。

一、系統總體設計

1.1 系統組成

本系統由主控制器AT89S52及其附屬電路、ULN2003A步進電機驅動模塊、溫度傳感器模塊、壓力傳感器模塊、按鍵電路、顯示電路、電源電路等部分組成。系統硬件框圖如圖1所示。

1.2 系統功能

系統主要實現了2種主要功能：實時溫度與壓力的自動控制、實時溫度與壓力的顯示功能。當混水閥冷水流入量下降時，此時的水溫水壓數據被溫度和壓力傳感器模塊傳回單片機，單片機根據實現設定的程序控制步進電機動作，從而調節混水閥轉動進而控制水溫和水壓。溫度和壓力傳感器模塊將數據傳送到單片機，單片機將數據進行處理后實時的顯示在液晶顯示器中便于使用者觀測系統的工作狀態。

二、硬件設計

系統的硬件部分主要包括單片機最小系統、步進電機驅動模塊、溫度傳感器模塊、壓力傳感器模塊、按鍵電路、顯示電路模塊、電源電路。單片機最小系統由單片機、復位電路與晶振電路組成，所采用的單片機為AT89S52，其中P0口需接上拉電阻，步進電機驅動模塊采用ULN2003A芯片驅動，溫度傳感器模塊采用DS18B20數字式溫度傳感器，其輸出端輸出的信號為數字信號，直接傳送至單片機進行處理，壓力傳感器模塊包括壓力傳感器HK2011、AD/DA轉換器PCF8591，壓力傳感器采集到的模擬信號傳入PCF8591的模擬輸入端，轉換為數字信號后由IIC總線傳到單片機進行處理，按鍵電路由4個輕觸按鍵組成，未按下時每個按鍵的輸出端均為高電平輸出，按鍵后則反之，分別用于調節混水閥系統標準參考溫度和壓力的增減。顯示電路模塊：顯示電路采用液晶1602LCD顯示器，用于顯示系統的標準參考溫度、壓力以及系統實時的溫度和壓力。

三、軟件設計

系統程序包括主程序、顯示子程序、AD驅動子程序、DS18B20驅動子程序、步進電機驅動子程序、按鍵處理程序。顯示子程序完成顯示器顯示數據的提取、設置等操作；AD驅動程序與DS18B20驅動子程序分別驅動AD轉換器和數字溫度傳感器從而使單片機可以采集水的溫度和壓力數據；步進電機驅動子程序驅動步進電機運動，從而使混水閥的祖轉軸轉動，控制水溫和水壓；按鍵處理程序可以實時檢測按鍵的狀態，改變標準參考溫度和壓力的值，使系統的使用更加靈活。

四、結束語

本混水閥系統應用單片機技術結合傳感器技術，實現了混水閥系統的智能控溫控壓，解決了現存全機械式混水閥存在的弊端，當然，本系統在實際使用時仍受限于傳感器即溫度傳感器和壓力傳感器轉換速率的影響，其直接影響系統的實時性，從而間接影響了系統的質量，因此本系統仍然存在優化的必要性，比如采用并行的AD轉換器采集溫度和壓力的數據等以提高系統的實時性。

參 考 文 獻

[1] 張毅剛. 《單片機原理及接口技術（C51編程）》[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 肖婧. 《單片機系統設計與仿真——基于Proteus》[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[3] Brian W.Kernighan. 《The C Programming Language》[M].Second Edition.American：Pearson Education Press，2004.