一种基于PID模糊控制的智能家用饮水机

本实用新型涉及一种饮水机，特别是涉及一种基于PID模糊控制的智能家用饮水机。

目前，绝大部分家庭都用上了饮水机，传统的饮水机存在以下缺陷：一是传统饮水机供水装置大多都 是以桶装的形式供应。问题在于桶装在运输的过程中不可避免地存在二次甚至三次污染，而市场上一些供 应的纯净水则采用自来水直接装罐，这就让我们本以为是安全的纯净水存在了安全饮用隐患。二是传统饮 水机不能满足在人们饮用温开水的要求。三是传统的饮水机还有两个出水端口，分别是冷热出水端口，这 里多一个出水端口也是造对资源的浪费，不符合国家节能减排的政策。

为了解决现有技术问题，本实用新型旨在克服目前现有存在的技术不足、资源浪费和饮水安全问题， 提供一种通过省去桶装纯净水供水的方式，智能模糊控制人们所需饮用开水温度，满足不同家庭用户的要 求。

为了达到上述目的，本实用新型进行如下方案：

本实用新型涉及一种基于PID模糊控制的智能家用饮水机，包括外水箱系统、热水系统、冷水系统， 其特征是，所述外水箱系统包括外水箱，所述外水箱具有进水口和出水口各一个，外水箱的进水口与自来 水管相连，外水箱的出水口与加热水箱的进水口相连；所述热水系统包括加热水箱，加热水箱具有一个进 水口、第一和第二出水口，加热水箱的进水口与外水箱出水口相连，加热水箱的第一出水口与降温水箱的 进水口相连，加热水箱的第二出水口出水；所述冷水系统包括降温水箱，所述降温水箱具有一个进水口和 一个出水口，降温水箱的进水口与加热水箱第一出水口相连，降温水箱的出水口与加热水箱的第二出水口 相连。所述的外储水箱的进水口直接和自来水管进行相连，省去桶装水的搬运所造成的诸多问题。

所述加热水箱采用保温内胆和加热装置，所述保温内胆外为真空包围，可以起到保温的效果。

所述降温水箱内部采用金属内胆，所述金属内胆外为常温液态水包围，可以有效将未饮用完的热开水 降至成冷开水。

所述外水箱、加热水箱和降温水箱内有压电传感器，由于压电传感器原理比较简单，根据水位不同， 通过传感器正电荷数也不同，从而容易得到水箱水位值。

所述外水箱水位、加热水箱水位和降温水箱水位的控制方法采用基于PID模糊控制的方法。水箱中水 位控制方法非传统的意义上的精确控制，而是采取基于PID模糊控制的方法。传统意义上的精确控制只能 进行线性控制，而水位的控制由于自来水本身浓度和阀门等摩擦因素的影响，控制对象也就是水位具有一 定纯滞后和容量滞后的特点，水位上升的过程缓慢，呈现非线性，常规PID调节也会带来较长的稳定时间， 效果不佳。若用模糊控制再加上PID参数调节，可以有效解决这些问题。

所述饮水机出水口只有一个，可以减少不必要的材料浪费。

图1为本实用新型饮水机模糊控制原理结构框图。

图2为本实用新型饮水机内部原理图。

图2中，1是外设储水箱进水口阀门；2是外水箱；3是压电传感器；4是外水箱出水口或加热水箱进 水口阀门；5是加热水箱；6保温内胆；7是真空；8是加热装置；9是温度传感器；10是压电传感器； 11是加热水箱第一出水口或降温水箱进水口阀门；12是加热水箱第二出水口阀门；13是降温水箱；14金 属层内胆；15是常温液态水；16是温度传感器；17是压电传感器；18是降温水箱出水口阀门；19是饮 水机出水口。

表1为水箱水位模糊控制规则表，此规则表只针对下述实施方案进行的水位模糊量设定，具体模糊量 设定可根据实际喜好设定。表1中将水位(U)根据人的模糊意识可设为：很低(VeryLow,VL)、低(Low,L)、 合适(Satisfied,Sa)、满(Full,F)四个模糊水位，而这水位模糊量则由进水出水阀门开启度决定，对此可设阀 门开启度模糊参量为：小(Small,S),中(Middle，M)，大(Big，B)，具体水箱水位模糊规则可如表1 所示。

表1.饮水机水箱水位的模糊规则表

表2为基于模糊控制的饮水机饮用水温度的模糊规则表，此规则表只是针对下述实施方案进行的水温 模糊量设定，具体模糊量设定可根据实际喜好设定。表2中设水温(t)模糊参量为：冷水(VeryCold,VC)、 低温水(Cold,C)、温水(Warm,W)、热水(Hot,H)、开水(VeryHot,VH)五个模糊参量，而水温的具体模糊 参量值是由热水和冷水出水端口阀门大小开启程度决定，冷水与热水出水口阀门开启度模糊参量可设定 为：小(Small,S)、中(Middle,M)、大(Big,B)，具体模糊参量规则如表2所示。

表2.饮水机饮用水温度的模糊规则表

以图2为例进行详述：

图2中，一种基于PID模糊控制的智能家用饮水机，通过水箱内部压电传感器正电荷数变化，单片机 根据水箱内部通过压力传感器正电荷数监测值进行模糊化，模糊检测外水箱2中水位“低”时，外水箱进 水口阀门1打开，阀门开启度如表1所示，当外水箱2水位达到模糊上限值“满”时，外水箱进水口阀门 1关闭。假设设定需要一杯“温水”时，外水箱出水口或加热水箱进水口阀门4打开，外水箱2中自来水 通过外水箱出水口或加热水箱进水口4进入加热水箱5，再由通过压电传感器10将模糊值反馈为“满”水 位，加热装置8开始对水进行快速加热，温度传感器9对温度进行不断反馈，当水煮沸一段时间水温无变 化，此时水被烧开，加热装置停止工作。加热水箱第一出水口或降温水箱进水口阀门11开启，开水进入 降温水箱13，当降温水箱水位经降温水箱内部压力传感器17检测反馈“合适”时，加热水箱第一出水口 或降温水箱进水口阀门11关闭，由于内胆14是金属层，加大散热面积，内胆以外15是常温液态水，使 热开水快速降温，当降温储水箱内部温度传感器16实时检测反馈“低温”时，加热保温水箱第二出水口 阀门12和降温储水箱出水口阀门18开启，将冷开水和热开水按照模糊比例混合为所设定的“温水”从饮 水机出水口19出水，上述根据需求饮水机出水口水的温度可由对降温水箱出水口阀门和加热水箱出水口 阀门的开启度进行模糊控制得到，其各自阀门开启度如表2所示。

以上显示和描述本实用新型的基本原理、主要特征和优点。上述例子不以任何形式限制本实用新型， 凡采用等同替换和等效变换的方式所获得技术方案，均在本实用新型保护范围之内。