摘要：规划了一种新式的数字式智能速热饮水机操控体系。针对现在市场上的速热式饮水机存在的温度操控问题和干烧现象，规划根据STC1 5F204单片机的温控体系，以水箱水温、出水水温、电源电压和水流量为反应量的PID操控，结合外围操控电路，完成对饮用水的快速加热和水温的操控。要点介绍了操控器硬件电路的规划和作业原理以及程序的结构和完成。
0 导言
速热式饮水机能在瞬间(3—8秒)把从饮水机里所出的饮用水烧开，即出即开即饮，较传统的饮水机而言，大大提高了精约性，因为所需加热时间短，因而更节能更省电。速热式饮水机操控器首要由水温检测电路、加热元件、水温操控电路组成，现在市场上出售的速热式饮水机一般选用分档操控电机转速调理加热，运用的是开环操控体系，经过安稳电机的功率操控水温，此种加热方法出水温度简略受水压以及室温的影响。某些速热式饮水机为了到达安稳的水温输出作用，选用了一种简略的闭环操控体系，经过温度传感器对水温进行监控，以简略的PID调理反应操控出水温度，此操控体系较开环操控体系对水温的安稳操控作用有所改善，但关于温差比较大的环境下，出水温度仍存在较大差错。对此，本文对PID闭环操控体系进行改善，经过剖析温度操控进程，规划了一种包含水箱水温、热水水温、电源电压和水流量作为反应量的PID操控体系，并根据STC15F204单片机搭建了硬件电路。
1 操控体系规划原理及剖析
针对操控体系对加热后的水温的操控受加热前水温、水压、水流量以及电源电压的影响，本文规划的闭环操控体系以出水温度为反应量，以水箱水温、电源电压和水流量为前馈量，减小上述外界的搅扰要素的影响。本文的操控体系原理如图1所示。
2 硬件电路规划
速热式饮水机操控器选用STC15F204单片机作为处理器，该单片机由宏晶公司规划出产，是一款以51为内核的8位高速低耗8051单片机，具有8路高速10位A/D转化，大大简化了本操控器硬件电路的规划。硬件电路包含功率电路、显现电路、数据收集电路、键盘电路和加热操控电路。
2.1 功率电路
功率电路用于给操控电路供给电源，STC15F204芯片电源电压为5V直流电压，本文选用整流桥电路较220V交流电转化为直流电压，用AP8022开关电源操控器，将220V电压转化为5V电压，功率电路图如图2所示。
2.2 数据收集电路
数据收集电路包含对水温、电压和水流量的数据收集。温度收集经过热敏电阻与分压电阻串联，接入单片机接口，因为STC15F204单片机具有高速A/D转化接口，单片机可直接进行A/D转化，因而无需再设A/D转化电路。热敏电阻的阻值与温度值的联系函数运用最下二乘法求得，因而水箱温度和加热后水温的数值直接根据热敏电阻采样值求出。电压收集电路为二极管半波整流电路，经过电阻分压和%&&&&&%滤波直接收集得到。水流量收集电路经过收集涡轮式流量计的转速求得。如图3所示，左图为温度收集电路，右图为电压收集电路。
2.3 显现电路和键盘电路
为便利用户对速热式饮水器的运用，本文规划了操控器的显现电路，显现电路首要由LED数码管和LED灯组成，两对LED数码管用于显现用户的方针温度和实践的出水温度，LED灯用于指示电源、儿童锁、警报等信号。
为简化硬件电路，本规划的键盘电路的四个按键共用一个单片机接口，四个按键经过串联不同阻值的电阻一起接于单片机A/D接口，单片机A/D经过检测不同电压值判别按下的按键。
2.4 加热操控电路
加热操控电路由继电器、直流电机、三极管开关电路等组成，继电器操控加热板电热膜的开关，三极管开关电路与单片机接口相连，经过单片机输出不同频率的脉冲信号操控直流电机的转速，然后操控水箱中的饮用水进入加热板电热膜的水流量，然后操控出水温度。加热操控电路原理图如图4所示。
3 温度操控算法完成
温度操控算法程序首要包含主程序和中止操控程序，其间主程序包含数据收集子程序、LED显现子程序、按键程序、PID操控子程序等。数据收集子程序首要对水温、电压和水流量进行收集;LED显现子程序担任在LED数码管和LED等上显现当时的水温、方针水温、加热状况、出水量和报警信号;按键程序的四个按键包含电源开关、温度挑选、儿童锁和出水按键;PID操控子程序担任调理电机的转速，坚持温度安稳在用户的设定值。温度操控流程图如图5所示。
温度操控根据所收集的实践水温文方针温度之差来调理电机的转速，然后操控饮用水流经加热板的速度、调理出水温度。温度操控体系的中心是PID操控，如图所示，操控体系经过收集出水温度与方针温度值进行比较，然后根据入水温度、水流量和电源电压值进行份额积分微分运算。这儿被控方针传递函数为
，去方针温度为50℃，T=50，τ=0.3，经核算，增益系数K=8，份额参数kp=5，积分参数ki=0.1，微分参数kd=2;为了验证体系的可行性，在MATLAB/Simulink软件中进行仿真试验，其间，闭环操控环节能够用一阶滞后环节来近似替代，如图6所示为仿真框图，得到如图7所示的仿真成果，图7中图a)为现在市场上所用的操控器的仿真成果，图b)为根据本文所规划的PID算法的操控器。
从仿真成果能够看出，关于给定的操控方针， 本文所规划的PID温度操控器能更快地得到安稳的出水温度，较惯例的单反应量PID操控算法，能更有效地完成快速安稳地操控速热式饮水机的加热作业。
4 结束语
本文所规划的根据STCF204单片机的操控器完成了对速热式饮水机的饮用水快速加热，并经过多反应量的PID操控算法完成了对出水温度快速到达安稳要求的方针。本研讨关于速热式饮水机操控器的温度操控问题找到了别的一种切实可行的实施方案。
