本設計正是順應這種需要，以PIC16C71芯片為核心
，控製機械部分自動調整冷水和熱水的混合比例，實現出水水溫的自動控製，解決了由於水壓波動、水溫變化或出水量改變引起的水溫忽冷忽燙的難題
，比手動調節用水溫度方式有明顯的節水效果。

設計了一種基於PIC16C71單片機的數字水溫配製閥。該配製閥采用NTC熱敏電阻作溫度傳感器,與固定電阻組成簡單分壓電路作為水溫測量電路,利用PIC16C71單片機內置的8位A/D轉換器把熱敏電阻上的模擬電壓轉換為數字量,PIC16C71單片機控製直流電機驅動混水閥調節冷熱水的混合比例實現水溫調節。給出了控製電路圖,對水溫測量電路的參數選擇和測溫精度作了詳細討論。實驗和分析表明,選用阻值較大的NTC熱敏電阻和分壓電阻可較好地解決熱敏電阻因功耗較大造成的熱擊穿問題。

係統結構和工作原理

熱水和自來水作為控製閥的2個輸入
，利用混水閥控製冷、熱re水shui輸shu入ru量liang和he比bi例li
，混hun合he後hou的de水shui經jing出chu水shui口kou流liu出chu，供gong用yong戶hu使shi用yong。安an裝zhuang在zai出chu水shui口kou的de溫wen度du傳chuan感gan器qi感gan測ce出chu水shui口kou處chu的de溫wen度du並bing通tong過guo測ce溫wen電dian路lu傳chuan送song給gei單dan片pian機ji。該gai調tiao溫wen水shui閥fa的de組zu成cheng如ru圖tu1所示。當出水開關打開時，單片機把溫度傳感器測量的出水口處的溫度與設定溫度進行比較，需要時由PIC16C71來控製直流電機帶動混水閥，來調整進入水閥的冷
、熱水的比例，從而控製出水的溫度，當電機轉到頭時
，單片機得到相應的信號，終止電機繼續同向轉動。通過溫升或溫降按鍵在25～50℃範圍內對用水溫度進行設置，LED數shu碼ma管guan顯xian示shi設she定ding的de用yong水shui溫wen度du值zhi。若ruo設she定ding溫wen度du與yu傳chuan感gan器qi檢jian測ce的de溫wen度du不bu符fu
，根gen據ju二er者zhe溫wen差cha的de大da小xiao，單dan片pian機ji輸shu出chu不bu同tong寬kuan度du的de脈mai衝chong電dian壓ya信xin號hao控kong製zhi直zhi流liu電dian動dong機ji按an不bu同tong的de速su度du轉zhuan動dong，通tong過guo傳chuan動dong機ji構gou驅qu動dong冷leng熱re水shui混hun合he閥fa，改gai變bian冷leng水shui和he熱re水shui的de流liu入ru比bi例li。當dang外wai界jie條tiao件jian再zai次ci發fa生sheng變bian化hua時shi，如ru水shui壓ya減jian小xiao或huo增zeng大da等deng，出chu水shui管guan水shui溫wen與yu設she定ding溫wen度du出chu現xian溫wen差cha，此ci時shi單dan片pian機ji再zai一yi次ci控kong製zhi電dian機ji轉zhuan動dong
，對dui水shui溫wen進jin行xing自zi動dong調tiao節jie，使shi出chu水shui口kou水shui溫wen自zi動dong與yu設she定ding用yong水shui溫wen度du保bao持chi一yi致zhi。

控製麵板和電路

設計控製麵板按鈕應最少化，並且使用方便，功能合理，控製操作簡便

，儀表能顯示出設置的溫度。控製麵板如圖2所示，麵板左側的2位LED數碼管用來顯示預置的用水溫度。麵板右上方的溫升按鍵、溫降按鍵分別用來增加和減少預置出來水溫的溫度。麵板右下方為手動開關
，決定水閥的開關和出水量大小，當其置於“關”時，為關閉出水非工作狀態。

測溫原理和參數選擇
 
在圖3中，熱敏電阻RT為測溫元件，用於測量出水口處的水溫。一個固定電阻R16與熱敏RT相串聯組成分壓電路，RT上的壓降接到引腳通過電阻R17接AN0輸入到PIC16C71的內置的8位A/D轉zhuan換huan器qi
，把ba模mo擬ni電dian壓ya信xin號hao轉zhuan換huan成cheng數shu字zi信xin號hao，由you程cheng序xu讀du取qu實shi現xian測ce溫wen。測ce溫wen的de關guan鍵jian是shi要yao選xuan擇ze合he適shi的de測ce溫wen元yuan件jian和he合he理li的de電dian路lu參can數shu。這zhe裏li選xuan用yong的de是shi一yi種zhong負fu溫wen度du係xi數shu熱re敏min電dian阻zu器qi（NTC）
，它采用玻殼封裝

、體積小、價格低，安裝方便。NTC測溫熱敏電阻的主要優點是電阻溫度係數大
、靈敏度高、響應速度快，能進行精密溫度測量，主要缺點是熱電特性非線性現象嚴重。如使用C408503（25℃時，阻值50 kΩ

，B值4 050 K，玻璃封裝）NTC熱敏電阻，在0～99℃範圍內，電阻的靈敏度約為8 500～100 Ω/℃

，非(fei)線(xian)性(xing)嚴(yan)重(zhong)，使(shi)用(yong)時(shi)一(yi)般(ban)要(yao)進(jin)行(xing)線(xian)性(xing)補(bu)償(chang)。這(zhe)裏(li)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)，選(xuan)擇(ze)合(he)理(li)的(de)測(ce)溫(wen)電(dian)路(lu)參(can)數(shu)，在(zai)有(you)效(xiao)的(de)測(ce)溫(wen)範(fan)圍(wei)內(nei)，沒(mei)有(you)進(jin)行(xing)線(xian)性(xing)補(bu)償(chang)，僅(jin)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)查(zha)表(biao)的(de)方(fang)式(shi)就(jiu)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)了(le)NTC測溫電阻的非線性問題。下麵討論測溫精度和電路參數的選擇問題。

電阻R16與熱敏電阻RT串聯組成分壓電路，對電源電壓5 V分壓，RT上的壓降Vi=5 V•RT/（RT+R16）隨溫度變化而變化。該電壓通過A/D的輸入引腳AN0送入PIC16C71內部的A/D轉換器，轉換為數字信號，由程序讀取使用。在RT上並接一個0.1 μF的電容C3實現濾波
，用於消除幹擾和噪聲。在試用中發現，當選用的NTC熱敏電阻（如標稱值為10 kΩ）和分壓電阻（如5.1 kΩ）的阻值較小時，熱敏電阻在工作一段時間後易被擊穿，而在選用阻值較大的NTC熱敏電阻和分壓電阻後，問題就較好地解決了。分析原因

，應該是NTC熱敏電阻中的工作電流和功耗較大造成的熱擊穿。因此應盡量選用阻值較大的NTC熱敏電阻和分壓電阻，盡量減小流過熱敏電阻的電流。另一方麵，考慮到PIC單片機的A/D輸入信號引腳的輸入漏電流最大為±500 nA，要保證A/D轉換結果的正確，就要求損耗在信號源內阻上的電壓不能超過10 mV（A/D基準電壓為5 V時的1/2個LSB），這要求信號源內阻最大不要超過20 kΩ。當選用標稱為50 kΩ，B25/50為4 050 K的NTC熱敏電阻，其在溫區（0～99℃）的阻值變化在168.3～3.217 kΩ之間。當選擇固定分壓電阻為20 kΩ時，A/D輸入信號源的等效內阻是熱敏電阻和分壓電阻並聯後的阻值，阻值範圍是17.9～2.77 kΩ，這可以滿足A/D轉換時，對信號源內阻最大不能超過20 kΩ的要求，對應的輸入給A/D的信號電壓Vi的範圍在4.469～0.693 V之間，覆蓋了有效的A/D輸入電壓值區間（0～5 V）的大部分，經8位A/D轉換後對應的數字量在0xE5～0x23之間。在0～97℃溫區，當溫度變化1℃時，對應輸入電壓變化量在55.5～19.7 mV之間。均大於1 LSB對應的模擬電壓值19.6 mV
，因此8位A/D轉換後測溫的精度達到±1℃是有保證的
；在97～99℃間。當溫度變化1℃時對應的模擬輸入電壓變化量在18.8～18.5 mV之間
，8位A/D轉換測溫精度達不到±l℃，但正常測溫一般不會高於95℃。並且出水口溫度控製在25～50℃也比較低。

以上分析說明不用加入輸入信號的調理電路，也能滿足測溫精度±1℃的要求。A/D模擬輸入引腳AN0串接R17用於限流保護，防止過壓輸入造成芯片損壞或出現硬件死鎖的問題，因為它將直接影響到A/D模擬輸入信號源的內阻和采樣時間
，R17的阻值不能太大
，阻值選為1k-Ω。RT選用NTC熱敏電阻的精度為50 kΩ±0.5％，其B25/50為4 050 K±1％，分壓電阻R16選用熱穩定性好的金屬膜電阻，精度為20kΩ± 0.5％。

鍵盤輸入和輸出顯示電路

設計輸入電路時利用了PIC16C71的PORTB口具有軟件控製弱上拉電路的特點。鍵盤查詢電路由電阻R6
、R7、R8，按鍵S1、S2
、S3及電阻R12組成，通過引腳RB6
、RB5、RB4查詢按鍵的狀態。RB4～RB6腳作為輸入端時分別與按鍵S1、S2和S3相連，S1為溫增設置按鈕，S2為溫降設置按鈕
，S3為手柄開關關聯鍵。RB6、開關S3和R12組成用水狀態查詢輸入電路
，由RB6引腳輸入用水狀態。設定的用水溫度由RB1～RB8通過限流電阻R5～R11後由二位LED數碼管輸出，RA1和RA2輸出控製VQ1和VQ2作為LED數碼管的位控。

直流電機驅動電路

三極管VQ3～VQ6的導通和截止由引腳RA3和RB0的輸出電平控製
，用於控製直流電機M的電源極性翻轉。取樣直流電機M的壓降值送給PIC-16C71芯片的A/D轉換器的另一輸入通道
，電機兩端的電壓降由R14、R15分壓取樣後由RA4引腳輸入A/D轉換器轉換後由程序讀取，用於判斷電機位置和控製。

 A/D數據的處理

測試中發現，若把PIC16C71的A/D轉(zhuan)換(huan)後(hou)的(de)溫(wen)度(du)數(shu)據(ju)不(bu)作(zuo)處(chu)理(li)就(jiu)直(zhi)接(jie)用(yong)於(yu)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)，會(hui)使(shi)電(dian)機(ji)不(bu)時(shi)出(chu)現(xian)誤(wu)動(dong)作(zuo)。即(ji)使(shi)在(zai)測(ce)溫(wen)電(dian)路(lu)中(zhong)加(jia)入(ru)了(le)各(ge)種(zhong)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)，仍(reng)不(bu)見(jian)改(gai)善(shan)。因(yin)此(ci)推(tui)斷(duan)該(gai)幹(gan)擾(rao)可(ke)能(neng)來(lai)自(zi)A/D轉換模塊內部。考慮到該係統中現場溫度的變化較緩慢
，適合采用滑動窗口平均法進行數字濾波。在采用數字濾波方法對A/D轉換後得到的連續16個溫度數據進行平均後，有效消除了對A/D轉換後的噪聲。

gaishuzishuiwenpeizhifaxuanyongdiyazhiliudianyuangongdian

，yiquebaoanquan。chushuikaiguanheliuliangdedaxiaoyongdanshoubingkongzhi
，yonganjianyuzhiyongshuiwendubingyoushumaguanxianshi，caozuojiandan，keyizai25～50℃之間對出水溫度進行設置，分辨率是1℃。如果出水口水溫和設定的水溫不一致，則LED數(shu)碼(ma)管(guan)閃(shan)爍(shuo)顯(xian)示(shi)以(yi)提(ti)醒(xing)注(zhu)意(yi)，同(tong)時(shi)單(dan)片(pian)機(ji)根(gen)據(ju)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)高(gao)低(di)和(he)差(cha)值(zhi)的(de)大(da)小(xiao)
，產(chan)生(sheng)脈(mai)衝(chong)控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)和(he)正(zheng)反(fan)轉(zhuan)

，通(tong)過(guo)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)帶(dai)動(dong)混(hun)水(shui)閥(fa)
，調(tiao)整(zheng)冷(leng)熱(re)水(shui)的(de)進(jin)水(shui)比(bi)例(li)。該(gai)水(shui)閥(fa)與(yu)家(jia)庭(ting)熱(re)水(shui)器(qi)配(pei)套(tao)使(shi)用(yong)
，可(ke)自(zi)動(dong)快(kuai)速(su)調(tiao)節(jie)出(chu)需(xu)要(yao)的(de)水(shui)溫(wen)
，可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)冷(leng)熱(re)水(shui)刺(ci)激(ji)，洗(xi)浴(yu)舒(shu)適(shi)，節(jie)水(shui)效(xiao)果(guo)明(ming)顯(xian)。