热水器恒温出水系统设计文献综述

摘 要：本文简要介绍了热水器控制系统在国内外的研究现状及热水器的主要功能和社会效益，系统采用单片机为主控芯片设计电热水器控制系统，其主要任务是对热水器进行温度采集与显示、时钟的显示、热水器的开机方式控制等。简要分析了电热水器控制系统的基本原理和温度传感器 DS18B20的工作原理，同时提供了基于单片机的软硬件的设计流程。目的是初步了解电热水器控制系统设计的一般思路。

关键词： 温度传感器 温度采集与显示 时钟的显示 PID控制

1. 研究目的及意义

目前的电热水器是容积式的，水箱里的水加热之后，使用时需要兑冷水，即不断地手动调节冷热水的出水比，若将此手动调节方式变为自动调节，将会提高消费者的舒适度及满意度。现对市场上的电热水器进行改进，利用热电耦进行温度采集，在软件程序的控制下完成温度的实时显示，比对水箱里的水温及设定温度，使其做到恒温出水。系统根据目前冷热水的温度、出水温度和用户设定的温度，通过PID算法计算控制量，控制冷热水的进水比例。本设计解决了普通热水器出水温度不稳定的问题，具有较好的市场需求，能够提高人们的生活质量。

1. 国内外研究概括

目前国内热水器产品主要有电热水器、燃气 热水器、太阳能热水器和空气能热水器等，其中电 热水器和燃气热水器为主导 。储水式电热水器由于是容积式，加热一罐水后，当使用时由于温度较高， 要用冷水将加热的水顶出，同时要兑一部分冷水。在顶出的过程中，开始水温较高，随着使用，罐内水温逐渐下降，直到全部是冷水，所以在使用时，需要不停地去调整冷、热水的比例。如果将冷热水的调节方式由手动该成自动，那电热水器的舒适度会大大提高，也会更受消费者欢迎 。市场上燃气热水器和即热式热水器均已可实现自动恒温出水。2009年7月，皮阿诺首款三相电即热式电热水器研发成功，并率先采用“电脑智能恒温”技术，结束了行业“三相电”即热式电热水器无恒温机型的历史。但储水式的恒温出水的电热水器却鲜有报道。本文在现有储水热水器的基础上，对其进行改造，实现了其自动恒温出水的功能。

目前，温度控制技术大致有开关温度控制法和PID温度控制法两种。所谓开关温度控制法是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源（或冷却装置）进行通断控制。由于这种控制方式无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。而PID温度控制法是基于输出反馈的比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温法。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID调节器，后者称为数字PID调节器。其中数字PID节器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。

3.热水器恒温出水的原理及实现

热水器控制系统的首要任务是通过温度传感器检测电热水器出口温度，将温度转化为电压信号，电压信号通过A/D转换电路转化为数字信号，在由控制器将该数字量转化为相应的温度值。与设定温度相比较之后，以偏差及其变化量为输入，加热量为输出，就可达到温度自调的目的，并加以显示。

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