專利名稱：一種單片機(jī)控制數(shù)字式高質(zhì)節(jié)能飲水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于日常生活中的家電產(chǎn)品，具體涉及一種由單片機(jī)控制數(shù)字式高質(zhì)節(jié)能 飲水機(jī)。
技術(shù)背景隨著人們生活水平的日益提高,飲水機(jī)已走進(jìn)千家萬戶，給人們生活帶來了極大的便 利。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前國內(nèi)有4000萬臺飲水機(jī)在使用中，而且其數(shù)目在不斷增加，可見市場潛 力很大，正日益成為人們生活不可缺少的幫手。但是傳統(tǒng)飲水機(jī)高速發(fā)展之后所面臨的問 題是我們所不能回避和漠視的。當(dāng)前由于傳統(tǒng)飲水機(jī)在設(shè)計(jì)和控制方面的缺陷而在健康、 節(jié)能方面帶來的問題，已是一大社會公害，消費(fèi)者對此一直有很多抱怨和不滿。主要問題有以下幾方面一、 久煮產(chǎn)生"千滾水"當(dāng)傳統(tǒng)飲水機(jī)加熱系統(tǒng)開啟后，電熱絲開始加熱，熱膽中飲水升溫；當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定 溫度(一般為90攝氏度)后，溫控器停止加熱；由于熱量散發(fā)而使熱膽中水溫不斷緩慢 下降，當(dāng)水溫降到另一設(shè)定溫度(一般為75攝氏度)時，溫控器又重新開始加熱。這樣飲 用水在熱膽內(nèi)被反復(fù)"加熱一冷卻一再加熱"而形成"千滾水"。這種水看似干凈，實(shí)際上卻 含有重金屬、砷化物等有害物質(zhì)，長期引用會干擾人的胃腸功能，使人出現(xiàn)腹瀉、腹脹。二、 耗電量遠(yuǎn)超過家用空調(diào)器飲水機(jī)正逐漸成為是家庭中耗電量最大的家用電器，我們做過這樣一項(xiàng)簡單的算術(shù)以制造l升水為例，在不關(guān)機(jī)的狀態(tài)下，功率為0.5KW的傳統(tǒng)飲水機(jī)日均消耗電能1.8千 瓦時，證明是節(jié)能冰箱的4倍多。傳統(tǒng)飲水機(jī)"燒燒停停"的工作機(jī)理，無形中造成90%以 上的能源浪費(fèi)，使其成為"電能殺手"。三、 水干燒易造成火患目前飲水機(jī)在使用過程中，用戶通常會讓飲水機(jī)一直處于通電狀態(tài)，這就存在著極大的安全隱患飲水機(jī)一旦缺水而用戶忘記加水，就會使飲水機(jī)干燒造成火災(zāi)事故。四、功能單一，可控性差目前大多家用飲水機(jī)功能少且可控性差，機(jī)器的開啟和關(guān)閉都需人工操作，而且出現(xiàn) 蓄水箱水量少或是沒有水引起干燒時，只能斷電保護(hù)而沒有報(bào)警功能，同時也不能實(shí)時顯 示水膽中的水溫，這些問題都在一定程度上給用戶帶來了不便。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服了傳統(tǒng)飲水機(jī)的上述不足，提供一種實(shí)時控制性好、功能 多、操作簡單、節(jié)電、安全的高質(zhì)節(jié)能飲水機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。包括有水膽和控制電路部分， 其特征在于所述的水膽為真空保溫水膽，在真空保溫水膽內(nèi)設(shè)置有下限液位傳感器10和上限液位傳感器15，在真空保溫水膽12的上端面設(shè)置有進(jìn)冷水電磁閥13，側(cè)面設(shè)置有出熱水電磁閥17和熱電偶16;所述的控制電路部分包括有中央處理電路l、數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路2、實(shí)時時鐘 電路3、進(jìn)水出水控制電路4、溫度采集電路5、液位檢測電路6、加熱控制電路7和電源 電路9;其中，實(shí)時時鐘電路3與中央處理電路1相連，將時鐘信號傳送給中央處理電路1; 進(jìn)水出水控制電路4的輸入端與中央處理電路1相連，輸出端與進(jìn)冷水電磁閥13和 出熱水電磁閥17相連，中央處理電路1通過進(jìn)水出水控制電路4控制進(jìn)冷水電磁閥13和 出熱水電磁閥17的打開和閉合；溫度采集電路5的一端與真空保溫水膽12內(nèi)的熱電偶13相連，另一端與中央處理電 路1相連，將真空保溫水膽12內(nèi)的溫度信號傳送給中央處理電路1;液位檢測電路6的一端與下限液位傳感器10和上限液位傳感器15相連，另一端與中 央處理電路1相連，將真空保溫水膽12內(nèi)的液位信號傳送給中央處理電路1;加熱控制電路7與中央處理電路1相連，加熱控制電路7在中央處理電路1的控制下 給真空保溫水膽12中的熱水加熱；數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路2與中央處理電路1相連，用于顯示真空保溫水膽12中水 的溫度及當(dāng)前的時間，鍵盤可控制系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)狀態(tài)及設(shè)定定時時間。還包括有報(bào)警電路8，報(bào)警電路8與中央處理電路1相連，在真空保溫水膽12內(nèi)的液 位低于下限液位或蓄水箱中水量不足時發(fā)出報(bào)警。在系統(tǒng)上電后中央處理電路首先會完成對各部分的初始化，然后處理實(shí)時時鐘電路3 和溫度采集電路5送來的信息并控制數(shù)碼顯示及鍵盤控制電路2顯示當(dāng)前的時間和水膽中 的水溫。接著采集液位監(jiān)測電路6的信息判斷水膽中水位的高低，若水位低于下限則控制 進(jìn)水出水控制電路4對水膽加水并延時一定的時間，之后再采集液位監(jiān)測電路6的信息判 斷水膽中水位的高低，若水位沒有達(dá)到上限則說明蓄水箱中沒有水，中央處理電路l就會 觸發(fā)斷電報(bào)警電路8。若水位高于下限，中央處理電路1就會處理溫度采集電路5采集的 信息，當(dāng)水膽中水溫高于設(shè)定下限溫度時就會控制進(jìn)水出水控制電路4打開處熱水電磁閥， 否則就會觸發(fā)加熱控制電路7開始加熱直到達(dá)到上限水溫后關(guān)閉電源并控制進(jìn)水出水控制 電路4打開處熱水電磁閥，實(shí)現(xiàn)"水不開流不出"的功能。另位在此過程中可隨時通過中 央處理電路1控制數(shù)碼顯示及鍵盤控制電路2設(shè)定自動開機(jī)和關(guān)機(jī)的時間。 本實(shí)用新型的有益效果是-1、 由于該飲水機(jī)采用了真空保溫水膽因而可以大大延長熱水的保溫時間。另外，控 制電路部分采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字控制電路，從而實(shí)現(xiàn)了飲水機(jī)取熱水時沒有冷水 補(bǔ)充及"水不開流不出"的功能，并且直到熱水用完才加入冷水并開始加熱，這樣就很大 程度上避免了傳統(tǒng)飲水機(jī)的"千滾水"，提高了水質(zhì)。2、 有效的節(jié)約電能資源。由于在很大程度上避免了熱水膽中熱水的反復(fù)加熱，這樣 就能節(jié)約大量的電能資源，且給家庭節(jié)省了開支。3、 產(chǎn)品安全性高。當(dāng)熱水膽中沒有冷水流入出現(xiàn)干燒或者蓄水箱中水量不足時，系 統(tǒng)就會斷電報(bào)警，因而使產(chǎn)品的安全性得到極大的提高。4、 功能多，實(shí)時控制性好。本實(shí)用新型系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時控制性 好，可以設(shè)定開機(jī)和關(guān)機(jī)的時間，實(shí)時顯示熱水的溫度，而且此設(shè)置功能比較簡單、易操 作，能很好的滿足使用者的要求，同時給使用者的生活帶來極大的方便。


圖l控制系統(tǒng)電路框圖圖2飲水機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖圖3電磁閥、熱電偶、液位傳感器安裝示意圖圖4飲水機(jī)工作流程圖圖中1、中央處理電路，2、數(shù)碼顯示及鍵盤控制電路，3、實(shí)時時鐘電路，4、進(jìn)水 出水控制電路，5、溫度采集電路，6、液位監(jiān)測電路，7、加熱控制電路，8、報(bào)警電路， 9、電源電路；10、下限液位傳感器，11、通氣孔，12、真空保溫水膽，13、真空保溫水 膽，14、進(jìn)水口， 15、上限液位傳感器，16、熱電偶，17、出熱水電磁閥，18、出水口， 19、排水口。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖圖1 圖4對本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)施例的控制系統(tǒng)電路的特點(diǎn)是中央處理電路1采用了以單片機(jī)為核心處理器。 中央處理電路l:由U1單片機(jī)組成，Ul選用的是AT89C55WD， Ul的P0. 0 P0. 7引腳 和實(shí)時時鐘電路3中實(shí)時時鐘模塊U20的1 8引腳相連，P3. 3、 P3. 6、 P3. 7、 ALE和其 10 13引腳相連，Pl. 0和進(jìn)水出水控制電路4中的進(jìn)冷水控制電路模塊U2的1引腳相連， Pl. 1和進(jìn)水出水控制電路4中的出熱水控制電路模塊U5的1引腳相連，P1.2和液位監(jiān)測 電路6中的上限液位傳感器U6的1引腳相連，Pl. 3和液位監(jiān)測電路6中的上下限液位傳 感器U7的1引腳相連，P1.4和加熱控制電路7中的緩沖器U8的1引腳相連，P2.0和P2. 1 和實(shí)時時鐘電路3中的反相器U19的1、 2引腳相連，P2. 2 P2. 4和數(shù)碼顯示及鍵盤控制 電路2中的數(shù)碼管U14和鍵盤驅(qū)動器Ull的1 3引腳相連，P2. 5和P2. 6和溫度采集電路 5中的A/D轉(zhuǎn)換模塊U17的1、 2引腳相連，P2. 7和報(bào)警電路8中的功率放大器U15的1 引腳相連。數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路2:包括數(shù)碼管U14和鍵盤驅(qū)動器U11、控制鍵盤U12、三態(tài) 緩沖器U13、數(shù)碼管U14四部分，Ull選用的是HD7279， U]2選用的是OMRON按鍵B3F-4055， U13選用的是74LS244。其中Ull的4 9和U13的1 6引腳相連，而U13的1 12引腳 和U14的1 6引腳相連，Ull的10 17引腳和U14的7 14引腳相連，U12的1 7引腳 和Ull的10 16相連，U12的8、 9引腳和U13的5、 6引腳相連。實(shí)時時鐘電路3:由實(shí)時時鐘模塊U20和反相器U19的1、 3引腳組成。其中，U19選 用的是74LS04, U20選用的是DS12887, U20的9引腳和U19的3引腳相連，U20的14引腳 接地。進(jìn)水出水控制電路4:由進(jìn)冷水控制電路模塊U2、進(jìn)冷水電磁閥U3、出熱水控制電路 模塊U5、出熱水電磁閥U4組成。其中(J2、(J5選用的是TLP52H' U3、U4選叫的是2W160-15。 U2的2、 3引腳和U3的1、 2引腳相連，U5的2、 3引腳和U4的1、 2引腳相連。溫度采集電路5:由A/D轉(zhuǎn)換模塊U17、溫度采集模塊U18、電阻R、反相器U19的2、 4引腳組成。U17選用的是DWB-l)tlOO， U18選用的是TLC549。 U17的3引腳和U19的4 引腳相連，U17的4引腳引出兩根線， 一根和電阻R的一段相連，另一根和U18的1引腳 相連，電阻R的另一段和地線相連，而U18的2引腳也和地線相連。液位監(jiān)測電路6:由上限液位傳感器U6和下限液位傳感器U7組成。U6、 U7選用的是 FBS-45S-512A，其中U6的2引腳和地線相連，同樣U7的2引腳也和地線相連。加熱控制電路7:由緩沖器U8、加熱控制電路U9、繼電器U10組成。U9選用的是 TLP52H ， U8選用的是SN7禮S07N， U10選用的是APA3319。其中U8的2引腳和U9的1 引腳相連，U9的2、 3引腳和U10的1、 2引腳相連。報(bào)警電路8:由功率放大電路U15和揚(yáng)聲器U16組成。U15選用的是LM386， ■選用 的是FMQ-2724。其中U15的2引腳和U16的1引腳相連。電源電路9:除了日常生活用電+220V夕卜，還包括由+5V電源模塊和+24V電源模塊組 成的供電電路。參照附圖4，飲水機(jī)工作過程如下當(dāng)飲水機(jī)上電開機(jī)后首先完成對實(shí)時時鐘模塊U20、數(shù)碼管和鍵盤驅(qū)動器Ull、 A/D轉(zhuǎn) 換模塊U17的初始化，打開單片機(jī)U1的中斷，設(shè)置初始運(yùn)行參數(shù)，并關(guān)閉兩個進(jìn)水出水 電磁閥U3和U4，在數(shù)碼管U14中顯示時間和熱水膽中的水溫，并時刻響應(yīng)鍵盤電路U12 和實(shí)時時鐘電路的中斷。首先對下限液位傳感器U7采集的信息分析處理，當(dāng)判斷熱水膽 中的水位達(dá)到最低時，為了防止干燒，單片機(jī)U1將打開進(jìn)冷水的電磁閥U3，并延時一段 時間。接著對上限液位傳感器U6采集的信息分析處理，當(dāng)判斷熱水膽中水位達(dá)到最高水位時，單片機(jī)U1則控制關(guān)閉進(jìn)冷水電磁閥U3。若在設(shè)定的一段延時之后，水膽內(nèi)仍沒有 達(dá)到最高水位，則說明蓄水箱中已沒有水，單片機(jī)Ul就會觸發(fā)報(bào)警器U16報(bào)警提示使用 者應(yīng)給飲水機(jī)加水。若開機(jī)后判斷水位高于設(shè)定的最低值，則將溫度采集電路監(jiān)測的此時 水膽內(nèi)水溫和設(shè)定值比較，若低于設(shè)定值則就會通過加熱控制電路觸發(fā)繼電器U10進(jìn)行加 熱，直到水溫達(dá)到設(shè)定值時就會關(guān)閉繼電器停止加熱并由單片機(jī)Ul通過出熱水控制電路 打開出熱水電磁閥U4，這樣就實(shí)現(xiàn)了 "水不開流不出"的功能，反之則不加熱處于保溫狀 態(tài)。當(dāng)按下鍵盤電路U12上設(shè)定定時時間的按鍵時，進(jìn)入設(shè)置定時狀態(tài)，通過小時和分鐘按鍵可分別設(shè)置小時和分鐘，最后按下確定鍵退出設(shè)置定時狀態(tài)，單片機(jī)ui會把定時時間保存到內(nèi)存中，當(dāng)定時時間到時，整個系統(tǒng)就會進(jìn)入"睡眠狀態(tài)"而不在執(zhí)行任何操作，而U20則會一直處于工作狀態(tài)，以保證系統(tǒng)正常計(jì)時。同樣當(dāng)按下設(shè)置開機(jī)時間按鍵時， 進(jìn)入設(shè)定開機(jī)時間，分別通過小時和分鐘按鍵設(shè)置開機(jī)時間，按下確定鍵后退出設(shè)置狀態(tài)， 單片機(jī)Ul把此時間也保存到內(nèi)存中，當(dāng)時鐘達(dá)到這個時間時自動開始運(yùn)行程序的各個操 作。參照附圖3，在真空保溫水膽上端面位置安裝上限和下限液位傳感器，在側(cè)壁中下位 置安裝熱電偶，在進(jìn)水口和出水口分別安裝電磁閥，在上端面上設(shè)置有通氣孔，在下端面 上設(shè)置有排水口。
權(quán)利要求1、一種單片機(jī)控制數(shù)字式高質(zhì)節(jié)能飲水機(jī)，包括有水膽和控制電路部分，其特征在于所述的水膽為真空保溫水膽(12)，在真空保溫水膽(12)內(nèi)設(shè)置有下限液位傳感器(10)和上限液位傳感器(15)，在真空保溫水膽(12)的上端面設(shè)置有進(jìn)冷水電磁閥(13)，側(cè)面上設(shè)置有出熱水電磁閥(17)和熱電偶(16)；所述的控制電路部分包括有中央處理電路(1)、數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路(2)、實(shí)時時鐘電路(3)、進(jìn)水出水控制電路(4)、溫度采集電路(5)、液位檢測電路(6)、加熱控制電路(7)和電源電路(9)；其中，實(shí)時時鐘電路(3)與中央處理電路(1)相連，將時鐘信號傳送給中央處理電路(1)；進(jìn)水出水控制電路(4)的輸入端與中央處理電路(1)相連，輸出端與進(jìn)冷水電磁閥(13)和出熱水電磁閥(17)相連，中央處理電路(1)通過進(jìn)水出水控制電路(4)控制進(jìn)冷水電磁閥(13)和出熱水電磁閥(17)的打開和閉合；溫度采集電路(5)的一端與真空保溫水膽(12)內(nèi)的熱電偶(16)相連，另一端與中央處理電路(1)相連，將真空保溫水膽(12)內(nèi)的溫度信號傳送給中央處理電路(1)；液位檢測電路(6)的一端與下限液位傳感器(10)和上限液位傳感器(15)相連，另一端與中央處理電路(1)相連，將真空保溫水膽(12)內(nèi)的液位信號傳送給中央處理電路(1)；加熱控制電路(7)與中央處理電路(1)相連，加熱控制電路(7)在中央處理電路(1)的控制下給真空保溫水膽(12)中的熱水加熱；數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路(2)與中央處理電路(1)相連，用于顯示真空保溫水膽(12)中水的溫度及當(dāng)前的時間，鍵盤可控制系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)狀態(tài)及設(shè)定定時時間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片機(jī)控制數(shù)字式高質(zhì)節(jié)能飲水機(jī)，其特征在于還包括有報(bào)警電路(8)，報(bào)警電路(8)與中央處理電路(1)相連，在真空保溫水膽(12)內(nèi)的 液位低于下限液位或蓄水箱中水量不足時發(fā)出報(bào)警。
專利摘要本實(shí)用新型屬于日常生活中的家電產(chǎn)品，具體涉及一種由單片機(jī)控制的數(shù)字式高質(zhì)節(jié)能飲水機(jī)。主要由真空保溫水膽、控制系統(tǒng)電路、電磁閥、熱電偶、液位開關(guān)、電源電路組成。其中控制系統(tǒng)電路包括以單片機(jī)為處理核心的中央處理電路1和與中央處理器相連接的數(shù)碼顯示和鍵盤控制電路(2)、實(shí)時時鐘電路(3)、進(jìn)水出水控制電路(4)、溫度采集電路(5)、液位監(jiān)測電路(6)、加熱控制電路(7)、報(bào)警電路(8)及電源電路(9)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，節(jié)能環(huán)保、安全性高、實(shí)用性強(qiáng)、系統(tǒng)本身穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，不但能實(shí)現(xiàn)精確的控制，而且設(shè)置功能比較簡單、容易操作。
文檔編號G05B19/042GK201097186SQ20072017341
公開日2008年8月6日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者倪建東, 喆 劉, 劉振杰, 張萬年, 閆志鴻 申請人:北京工業(yè)大學(xué)