淋浴间智能温控节水混水阀系统设计

王师颢

摘要：我国是一个水资源相对匮乏的国家，水资源的短缺已经成为了制约我国社会发展的主要因素。目前，全国严重缺水的城市达100多个，给国家和地方经济发展带来极大影响。为了贯彻我国走可持续发展水资源道路的理念，本文主要设计了一套淋浴间智能温控节水混水阀系统。该系统设计方案经过信度分析、K-量检验及大数据统计验证了其可行性，实际节水效率显著。

关键词：热虹吸；自动控温

1.前言

我国是一个水资源相对匮乏的国家，水资源的短缺已经成为我国社会发展的制约因素。目前，全国严重缺水的城市达100多个，给国家和地方经济发展带来极大影响。然而在日常生活中用水最多的洗浴设施却存在着大量浪费现象。报载：洗浴场内，许多淋浴喷头不见了，取而代之的是一个个直径约3厘米的水管，不论有人无人，管内的水长流不止，每日仅客户淋浴前放出的热水水管内残留的干净冷水就多达数10吨。长春、吉林、沈阳和哈尔滨城市都有几百家上档次的洗浴，嬉水场所，大部分都是全天营业，水资源浪费非常普遍，每天约有4万吨水资源就这样变成了污水。天津市的大街小巷，装修豪华，规模颇大的洗浴中心或洗浴俱乐部竟达700多家，一年耗水高达7万吨左右。郑州的400余家洗浴场，一年耗掉600万吨水，相当于8个西流湖的水量。这种现象并非仅仅存在个别城市。考虑到这样的一类情况，我们拟设计一种淋浴间智能温控节水混水阀来解决和改善这一类问题。

2.系统设计

本项目所提出的卫生间淋浴节水混水阀（如图1）主要由MCU控制模块，ds18b20温度传感器模块，电子阀控制模块以及LCD显示模块构成，实现对淋浴系统中水温未达标的弃用水进行引流、存储。具体研究内容，这种卫生间淋浴节水混水阀基于单片机技术对普通淋浴混水阀进行改进，在现有的混水阀上增加了一条引水管道与一个操作显示箱，其中每条管道各有一个可控制闭合程度的电磁比例阀。客户可以通过我们设置的操作显示箱上的按键按照自身的要求设定水的温度，置于热水供水管内的温度传感器对水温进行实时的监控，在热水供水管内通过单片机内部编写的算法控制冷热供水口电子阀的闭合程度控制热水与冷水混合进而控制水温，并通过OLED屏显示当前水温，温度不达标的水会从引流管道流出重新储存利用，在大大减少的水资源的浪费同时，提高了客户淋浴时的体验。

现在我们一般使用的是真空管式热水器，当真空管式热水器吸热时，太阳辐射透过真空管外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的升力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复。

本系统采用MSP430F149IPM单片机作为主控芯片。MSP430F149IPM具有电压低，功耗低，运行速度快等优点，同时还内置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，片内集成资源丰富，有两组普通I\O口具有中断功能，足以满足本系统要求。具体程序设计流程如图2，我们利用DS18B20温度传感器持续采集管内水温并将数据传入单片机进行分析处理，当温度低于阈值时，单片机会发出一个正脉冲信号，从而使节水阀开启，将水导入蓄水箱中，通过热虹吸实现对管内冷水的循环利用。当大于阈值时，系统通过单片机发出一个负脉冲信号，从而使混水阀开启将冷水热水混合至舒适温度。

图1图23.数据分析

4.总结

产品在现有混水阀成品上运用电子技术进行改进，成本低廉可以被绝大多数普通家庭用户所接受。如今，中国人均水资源占有率持续下降，应该更加加强节水环保的意识。不积小流，无以成江海，我们希望通过这套系统来节约沐浴过程中的每一滴水。

参考文献

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[2]数字温度传感器DS18B20的关键时序研究[J].李建兰,邵建龙.电子测试.2018(01)

[3]蔡军华,和瑞敏.论"城市优化供配水系统"研究与节水型城市的必备工具[J].科学时代月刊,2010(9):63-64.