關于速熱式飲水機開發溫度軟件算法探討

ID:1002058 · 發表于 2022-9-18 22:26

速熱式飲水機溫度算法探討
一、簡介
有幾檔出水溫度可以選擇；
按出水鍵后，立即由泵從水箱抽水過速熱式加熱模組出水，水流量緩慢；大約5 – 10 秒接近設定的溫度值，溫度基本上是準的；
按出水鍵后，默認的出水時間是1分鐘，除非再次按出水鍵，則是關閉出水；
速熱式加熱模組的功率控制是通過控制可控硅的導通角實現；
速熱式加熱模組的進水處、出水處裝有溫度探頭測溫；
二、算法
市面上是有這種功能的速熱式飲水機賣的，只不過其宣稱的是3秒速熱；
但這種飲水機的控溫算法是怎么實現的，看不到現成的資料，這實際上是一個很好的實戰課題，對應用開發STM32F103的人員，是個上臺階的機會；
我本人，就搞STM32F103多年，也做過多個項目，但沒怎么搞過這種帶算法處理的問題，現在做項目碰到這個問題，很是茫然，故拋出來，共同探討，促進提高；
有幾個難點，首先，時間很短，總共才出水1分鐘，基本上10來秒內，必須大體控制到位；其次，出水處的溫度要達到設定值，速熱式加熱模組的功率控制與出水溫度，進水溫度的算法模型怎么建立。
有沒有人，探討指點一下；

ID:301191 · 發表于 2022-9-20 04:33

頂一下

ID:420836 · 發表于 2022-9-20 09:11

加熱水的等待時間不能太長，否則會影響用戶體驗。

ID:883242 · 發表于 2022-9-20 23:33

這個要上有限元來分析水里面的溫度梯度分布了。

ID:401564 · 發表于 2022-9-21 01:21

這跟STM32F103有什么關系嗎?8051也是隨便就能搞定的
如果是只有一兩個檔位的,直接就是兩個溫度開關就解決了
出水會經過一個相對比較長加熱通道,取水就是全功率加熱,溫度到了就關掉,溫度開關有延時,不會振蕩的
如果是有溫度設定的,就用PID控制,出水的地方一個NTC或者PTC檢測溫度
水的流速是固定的,前面出的水會加熱到比設定溫度高,杯子會帶走一定的熱量
流出一定量的水之后就開始PID控制,就能達到恒溫的效果了
PID沒什么好說的,到哪都是那幾行代碼,難點在于實際的參數調試

ID:1002058 · 發表于 2022-9-21 09:34

準備用PID算法，測試板已打好樣，用的stm32f103rct6, 51 我自己感到無法實現，

ID:248705 · 發表于 2022-9-21 13:52

我的認知中加熱效果應該取決于加熱那段水路的長度把，加熱段物理長度只要足夠就沒問題，首先全功率下實現速熱，然后再PID實現水溫可控

ID:1002058 · 發表于 2022-9-21 15:13

PID算法，目前比較糾結的是，對于交流220V，50Hz頻率，溫度的采樣間隔取多大合適，pid.Kp，pid.T，pid.Ti，pid.Td，pid.pwmcycle；或者說，應該遵循什么來取值，沒有經驗。有大神指點一下，就好了。現在方感到學校的老師的好。

ID:451718 · 發表于 2022-9-21 15:28

這種設備，要采樣的溫度應該是冷端，以及水流速度。然后通過熱量轉換比給加熱參數。如果再豪華點，就加得加大氣壓測量。因為PID算法本來就有很大的滯后效應，再加上你是在給流體加熱，這個滯后效應就更大了。如果你測量熱端來做反饋，最后流出來的水，肯定是一會熱一會冷

ID:1002058 · 發表于 2022-9-22 09:25

robinsonlin 發表于 2022-9-21 15:28
這種設備，要采樣的溫度應該是冷端，以及水流速度。然后通過熱量轉換比給加熱參數。如果再豪華點，就加 ...

有道理，如果通過測冷端、熱端的差值，來直接控制可控硅的導通角，就不應該存在滯后問題，

ID:86926 · 發表于 2022-9-22 09:51

這玩意我做過，還是很難控的，用的是幾毛錢的8位普通單片機；我做的是2000W的發熱管，大概13S左右溫度能控在95度左右，不能在沸騰的邊緣，因為這種的結構基本只有出水口，沸騰就會噴蒸汽很危險！首先進水處加裝NTC是為能夠快速反應進水溫度以便及時調整，因為發熱管不是開功率熱量馬上就傳導到水里，這個過程還是有點緩慢的，就是滯后嚴重；改變功率后大概2-3秒水溫才能“穩定”；是指這個功率能加熱到的溫度；慢是慢在這里；另外發熱管工作電壓的穩定、水泵工作電壓穩定性、水泵的流量大小、進水的溫度、管路的行程、探頭的反應速度和精度、工作環境溫度等等都有影響，這些都是我所碰到過的。別小看發熱管幾十瓦一百瓦的變化，這都是可能導致幾度的變化，直接影響控制精度；當時沒做電壓檢測220V的跳動直接影響出水溫度一直在跳舞；如果是量產也要考慮水泵的一致性，水泵的流量影響也很大...因為客戶成本問題我設計的沒有檢測電壓，開關電源也是很便宜的那種，但是我的算法還是能控在±3度左右不算很穩定；所以高溫出水速度并不是很快，因為在前面要捕捉水溫的變化得到數據去處理，就像上次出水停止后，出水口的溫度還是高溫，如果馬上出水就按這個溫度處理就會突然降溫很低然后在大功率加熱，這段過程就會消耗很多時間去調整；為什么會這樣，別忘了滯后這個問題；在停止加熱后發熱管的余熱會增加水溫，所以在剛出水的這段時間也要加以處理；進水溫度在冬天的時候還要考慮，水溫低還會導致水溫上升的慢，會不會直接影響到算法控制導致出水超溫噴濺。而且發熱管的功率在進水低溫的時候能否滿足出水溫度，當然全功率狀態下水溫達不到最高出水溫度要求這個沒有必須性；還是要看個人想法；以上是我能想起來的個人經驗，希望能幫到你；

ID:1002058 · 發表于 2022-9-22 22:16

藍魄發表于 2022-9-22 09:51
這玩意我做過，還是很難控的，用的是幾毛錢的8位普通單片機；我做的是2000W的發熱管，大概13S左右溫度能控 ...

謝謝，你用51單片機，流水都能控到±3℃，很不錯了。目前大致的考慮，剛啟動時，以進水處溫度為pid.Pv來計算，其后在出水過程中，用出水處溫度為pid.Pv來計算。問一下，你過去搞時，pid.T (PID計算周期）是取的多大，AC電的頻率是50Hz,周期為20ms,pid.T (PID計算周期）是取多大合適。

ID:86926 · 發表于 2022-9-24 08:16

tzh_123 發表于 2022-9-22 22:16
謝謝，你用51，流水都能控到±3℃，很不錯了。目前大致的考慮，剛啟動時，以進水處溫度為pid.Pv來計算， ...

我當時是用的1S，因為我做的發熱管滯后時間較長，我試過太快出水溫度會震蕩；另外我搞錯了，我的控溫應該是±6度才對；電路反饋做好一點應該能提高速度和出水溫度

ID:1002058 · 發表于 2022-9-25 19:13

哦，我準備先按pid.T (PID計算周期）是取200ms來算，不行的話，再調整。

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關于速熱式飲水機開發溫度軟件算法探討