一种实现快速水流温度控制的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种实现快速水流温度控制的系统及方法，所述系统包括：水流控制元件、加热元件、进水口测温元件、出水口测温元件、MCU、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管；MCU分别与进水口测温元件、出水口测温元件电性连接；MCU通过所述第一大功率晶体管与所述加热元件连接；MCU通过所述第二大功率晶体管与所述水流控制元件连接；水流控制元件，用于将水从水箱抽入加热元件，并控制流入加热元件的水的流量和流速；所述进水口测温元件，用于测量入口处水的温度T

A system and method of fast water flow temperature control

【技术实现步骤摘要】
一种实现快速水流温度控制的系统及方法
本专利技术涉及温控技术，具体涉及一种实现快速水流温度控制的系统及方法。
技术介绍
目前，市场上的即热式饮水机种类繁多，在水温控制策略上，基本采用调整加热元件功率的方法，通过控制加热元件的工作功率，使出水口温度最终达到目标水温。调整发热体功率的控制策略主要存在三个弊端：第一，在硬件电路上需要使用可控硅元件，元器件成本偏高，控制方式也比较复杂。硬件上需要设计过零检测电路，找到220V交流电每个周期内的零点，然后控制可控硅元件的导通角大小，进行加热元件的功率调控，最终实现水温的控制。此外，可控硅元件散热也是一个比较难处理的问题。第二，发热元件的功率跟温度之间存在惯性，功率的调节不会迅速引起水温的改变，实时性较差，控制算法中需要对发热体惯性做补偿，或者做大量实验，在程序中使用经验值，实施较为麻烦。第三，发热元件的发热效应跟功率之间不是线性的关系，高温时功率对发热效应的影响更大，并且发热体达到一定温度后阻值会发生跳变。这也是目前市面上采用发热体功率调控方法的即热式饮水机温度偏差较大的原因。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种实现快速水流温度控制的系统及方法。本专利技术的技术方案如下：一种实现快速水流温度控制的系统，包括：水流控制元件、加热元件、进水口测温元件、出水口测温元件、微控制单元MCU、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管；所述MCU分别与进水口测温元件、出水口测温元件电性连接；所述MCU通过所述第一大功率晶体管与所述加热元件连接，其可用于控制加热元件，使其提供恒定的加热功率；所述MCU通过所述第二大功率晶体管与所述水流控制元件连接，其可用于控制水流控制元件的工作功率；所述水流控制元件，用于将水从水箱抽入加热元件，并控制流入加热元件的水的流量和流速；所述进水口测温元件，设置于所述加热元件的入口处，用于测量入口处水的温度T0；并将该入口处温度反馈给所述MCU；所述出水口测温元件，设置于所述发热体的出口处，用于测量出口处水的温度T1；并将所述出口处温度反馈给所述微控制单元；所述加热元件，用于加热流过其的水流；所述系统对应若干个目标温度值，对应每一目标温度值，所述MCU为所述加热元件设定恒定的加热功率，并通过调节水流控制元件的工作功率以改变所述加热元件出水口的水温，使其达到目标温度值；所述MCU依据比热容公式：Q＝cmΔT对所述水流控制单元进行控制；其中：Q为单位时间内流过加热元件的水吸收的热量，c是水的比热容，m是单位时间内流过加热元件的水的质量，ΔT是吸热后水温度的变化量。可选地，所述水流控制元件包括隔膜泵，所述隔膜泵正极接电源，负极接第二大功率晶体管；所述MCU通过第二大功率晶体管向所述隔膜泵输入PWM脉冲信号，通过改变PWM脉冲信号的占空比或PWM脉冲频率，来改变隔膜泵的工作功率，从而改变隔膜泵送入加热元件的水的流量和流速；所述加热元件，包括继电器、若干组加热丝、管道，所述若干组加热丝设置于所述管道外表面；所述若干组加热丝与所述继电器电性连接；所述管道为厚膜发热管；所述继电器与所述第一大功率晶体管连接；所述MCU通过第一大功率晶体管控制继电器的开合，从而控制加热丝之间的连接关系，通过改变加热丝之间的连接关系，从而改变该些加热丝可提供的加热功率；所述加热丝之间的连接关系至少包括以下一种：仅一个加热丝工作，其和其他加热丝均不连接，其他加热丝均不工作；几个加热丝串联在一起工作；几个加热丝并联在一起工作。可选地，所述进水口测温元件包括：相互串联的第一NTC热敏电阻、第一分压电阻；所述第一NTC热敏电阻第一端接电源，第二端与第一分压电阻的一端连接，所述第一分压电阻的另一端接地；从所述第一NTC热敏电阻的第二端接出输出电压U1out；测得上述U1out，并根据已知的所述的第一NTC负温度系数热敏电阻和第一分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度；所述出水口测温元件包括：相互串联的第二NTC热敏电阻、第二分压电阻；所述第二NTC热敏电阻第一端接电源，第二端与第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端接地；从所述第二NTC热敏电阻的第二端接出输出电压U2out；测得上述U2out，根据已知的所述的第二NTC负温度系数热敏电阻和第二分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度。可选地，所述MCU采集U1out的数值，并根据已知的所述的第一NTC负温度系数热敏电阻和第一分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度；所述MCU采集U2out的数值，并根据已知的所述的第二NTC负温度系数热敏电阻和第二分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度。可选地，所述进水口测温元件还包括：第一ADC芯片，所述第一ADC芯片采集U1out的数值，并根据已知的所述的第一NTC负温度系数热敏电阻和第一分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度；所述出水口测温元件还包括：第二ADC芯片，所述第二ADC芯片采集U2out的数值，并根据已知的所述的第二NTC负温度系数热敏电阻和第二分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度。可选地，还包括：水位检测元件，其与MCU电性连接；所述水位检测元件设置于所述水箱内壁，用于检测水箱中的水位。可选地，所述加热元件还包括温控开关，温控开关设置于所述管道的外侧；该述温控开关设置有一安全数值，若管道外侧的温度超过该安全数值，则该温控开关自动断开加热元件的电源。一种实现快速水流温度控制的方法，包括以下步骤：S1：建立一种如前任意一项所述的系统；S2：确定目标出水温度值，并判断所述加热单元的管道是冷管状态还是热管状态；判断依据如下：冷管状态是指所述系统第一次上电或者长时间待机后，管道不存在余温的状态；热管状态则指的是所述系统已经上过电并且管道中还留有余温，此时管道不需要预热，升温更加迅速；如管道是冷管状态，则进入步骤S3；如管道是热管状态，则进入步骤S4；S3：所述水流控制元件抽取初始水流流入所述管道，并进入步骤S5；S4：判断目标出水温度值是否有上一次加热的“最佳水流”存在；如果存在，则MCU直接调用上次加热的“最佳水流”对应的PWM信号的占空比或PWM脉冲频率去控制水流控制元件，所述水流控制元件抽取“最佳水流”进入所述管道，并进入步骤S5；所述“最佳水流”是指上一次加热，出水口温度达到目标温度时对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现快速水流温度控制的系统，其特征在于，包括：水流控制元件、加热元件、进水口测温元件、出水口测温元件、微控制单元MCU、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管；/n所述MCU分别与进水口测温元件、出水口测温元件电性连接；/n所述MCU通过所述第一大功率晶体管与所述加热元件连接，其可用于控制加热元件，使其提供恒定的加热功率；/n所述MCU通过所述第二大功率晶体管与所述水流控制元件连接，其可用于控制水流控制元件的工作功率；/n所述水流控制元件，用于将水从水箱抽入加热元件，并控制流入加热元件的水的流量和流速；/n所述进水口测温元件，设置于所述加热元件的入口处，用于测量入口处水的温度T

【技术特征摘要】
1.一种实现快速水流温度控制的系统，其特征在于，包括：水流控制元件、加热元件、进水口测温元件、出水口测温元件、微控制单元MCU、第一大功率晶体管、第二大功率晶体管；
所述MCU分别与进水口测温元件、出水口测温元件电性连接；
所述MCU通过所述第一大功率晶体管与所述加热元件连接，其可用于控制加热元件，使其提供恒定的加热功率；
所述MCU通过所述第二大功率晶体管与所述水流控制元件连接，其可用于控制水流控制元件的工作功率；
所述水流控制元件，用于将水从水箱抽入加热元件，并控制流入加热元件的水的流量和流速；
所述进水口测温元件，设置于所述加热元件的入口处，用于测量入口处水的温度T0；并将该入口处温度反馈给所述MCU；
所述出水口测温元件，设置于所述发热体的出口处，用于测量出口处水的温度T1；并将所述出口处温度反馈给所述微控制单元；
所述加热元件，用于加热流过其的水流；
所述系统对应若干个目标温度值，对应每一目标温度值，所述MCU为所述加热元件设定恒定的加热功率，并通过调节水流控制元件的工作功率以改变所述加热元件出水口的水温，使其达到目标温度值；
所述MCU依据比热容公式：Q＝cmΔT对所述水流控制单元进行控制；其中：
Q为单位时间内流过加热元件的水吸收的热量，c是水的比热容，m是单位时间内流过加热元件的水的质量，ΔT是吸热后水温度的变化量。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水流控制元件包括隔膜泵，所述隔膜泵正极接电源，负极接第二大功率晶体管；所述MCU通过第二大功率晶体管向所述隔膜泵输入PWM脉冲信号，通过改变PWM脉冲信号的占空比或PWM脉冲频率，来改变隔膜泵的工作功率，从而改变隔膜泵送入加热元件的水的流量和流速；
所述加热元件，包括继电器、若干组加热丝、管道，所述若干组加热丝设置于所述管道外表面；所述若干组加热丝与所述继电器电性连接；
所述管道为厚膜发热管；
所述继电器与所述第一大功率晶体管连接；所述MCU通过第一大功率晶体管控制继电器的开合，从而控制加热丝之间的连接关系，通过改变加热丝之间的连接关系，从而改变该些加热丝可提供的加热功率；
所述加热丝之间的连接关系至少包括以下一种：
仅一个加热丝工作，其和其他加热丝均不连接，其他加热丝均不工作；
几个加热丝串联在一起工作；
几个加热丝并联在一起工作。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进水口测温元件包括：相互串联的第一NTC热敏电阻、第一分压电阻；
所述第一NTC热敏电阻第一端接电源，第二端与第一分压电阻的一端连接，所述第一分压电阻的另一端接地；从所述第一NTC热敏电阻的第二端接出输出电压U1out；
测得上述U1out，并根据已知的所述的第一NTC负温度系数热敏电阻和第一分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度；
所述出水口测温元件包括：相互串联的第二NTC热敏电阻、第二分压电阻；
所述第二NTC热敏电阻第一端接电源，第二端与第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端接地；从所述第二NTC热敏电阻的第二端接出输出电压U2out；
测得上述U2out，根据已知的所述的第二NTC负温度系数热敏电阻和第二分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度。


4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述MCU采集U1out的数值，并根据已知的所述的第一NTC负温度系数热敏电阻和第一分压电阻的电阻分压关系换算出当前温度下热敏电阻的阻值，并且查找热敏电阻温度-阻值特性曲线得到实际温度；

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，王薇，魏彬，严腾，沈红源，孙尧丰，
申请(专利权)人：宁波中控微电子有限公司，浙江杰芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33