CN103654400A - 一种数显防千沸水节能饮水机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数显防千沸水节能饮水机，属于健康饮水技术领域。该数显防千沸水节能饮水机，该饮水机在传统饮水机的基础上，还包括进水电磁阀、出水电磁阀、压力传感器、液面显示柱、数码显示屏、液晶显示屏以及控制系统，所述进水电磁阀位于冷水管与加热胆之间的供水管上，出水电磁阀位于热水管上，压力传感器安装在积水盒上，加热胆外侧底部连通有液面显示柱，通气管一端接于大气中，另一端连接加热胆上端，该饮水机内部还有设有控制系统，外部设有数码显示屏和液晶显示屏。该饮水机提供一种数显防千沸水节能饮水机的控制系统，在主芯片单片机对各种外围控制电路的控制下，具有了数字显示、不产生千沸水和阴阳水并且节能这三大功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种数显防千沸水节能饮水机，属于健康饮水技术领域。
背景技术
随着人们物质生活水平的提高，饮水机已经成为家庭日用品，人们对健康用水也越来越重视。然而就目前市场上常见的饮水机而言，绝大多数饮水机也仅具有加热功能，目前饮水机制热水是利用一个不锈钢罐体内置于加热管来加热热水，并利用突跳式温控器控制加热温度。当水温位于或低于突跳式温控设定的温度下限，加热管工作，对罐体内的水加热，当水温到达图跳式温控器设定的温度上限，加热管停止工作。
市场上常见的饮水机如图1所示，由水桶1、聪明座2、聪明头3、供水管4、冷水管5、冷水出水龙头6、热水管7、热水出水龙头8、积水盒10、电热器11、加热胆12、通气管13、蓄水箱14成。市场上常见的饮水机是这样工作的：首先饮水机的水桶1倒扣在聪明座2上，聪明头3便插入桶口；纯净水自水桶1经聪明头3的出水管流入到蓄水箱14中，使桶内产生一定的真空，在大气压作用下，空气经聪明头3进气孔流入到水桶1中。供水时，水自水桶经聪明头3的出水管流入到蓄水箱中，蓄水箱开始储存水，由于水表面与大气相通，图中蓄水箱14中的水面线A-A线便开始逐渐上升，当水箱中的水面上升到淹没聪明头3的进气道位置时，由于水桶中的水流出没有空气向桶内补充，水桶内将会产生一定的真空，在负压的吸引下，水不能继续流到蓄水箱14里，而此时空气无法经聪明头3进气孔流入到水桶1中，水桶的水停止流入到蓄水箱14中，无论水桶1中水是满是浅，或出水龙头开关与否，蓄水箱14中的水位A-A始终恒定在聪明头3的气道口位置，蓄水箱的水面保持不变；
当打开冷水出水龙头6或者热水出水龙头8时，水位A-A开始下降，下降到低于进气道位置时，水桶水又可以流入到蓄水箱中，水位A-A又开始上升，位置又回到聪明头的气道口位置上；当人们打开饮水机后，电热器11会反复加热加热胆12里面的水，使水变成“千沸水”，由于千沸水中含有钙、镁等重金属成分和亚硝酸盐这些不挥发性物质含量很高，亚硝酸盐进入人身体后会变成致癌物亚硝酸胺，人们长期喝这种水，不仅严重威胁人体健康，而且耗电较多。又由于加热胆里12的水的水位一直与水位A-A保持一致的性质，热水在反复加热过程中被蒸发或者人们在大量用水时，蓄水箱14的凉水便通过供水管4流进了加热胆里，这样加热胆里面的水又形成了“阴阳水”，阴阳水中含有冷水，冷水中含有病菌，在不经过煮沸消毒，会引起疾病，人们也不宜饮用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种数显防千沸水节能饮水机。本发明不但对常见的饮水机结构装置上做了一些改进，还提供一种数显防千沸水节能饮水机的控制系统，在单片机对各种外围控制电路的控制下，本发明的饮水机具有了数字显示、不产生千沸水和阴阳水并且节能这三大功能，本发明通过以下技术方案实现。
一种数显防千沸水节能饮水机，包括水桶1、聪明座2、聪明头3、供水管4、冷水管5、冷水出水龙头6、热水管7、热水出水龙头8、积水盒10、电热器11、加热胆12、通气管13和蓄水箱14，所述水桶1通过安装聪明座2上的聪明头3与蓄水箱14连接，蓄水箱14底端通过供水管4与加热胆12连接，供水管4设有冷水管5，加热胆12底部设有电热器11，加热胆12底端一侧设有热水管7，还在该饮水机外部结构的下端设有积水盒10，该饮水机还包括进水电磁阀15、出水电磁阀16、压力传感器17、液面显示柱20、数码显示屏、液晶显示屏以及控制系统，所述进水电磁阀15位于冷水管5与加热胆12之间的供水管4上，出水电磁阀16位于热水管7上，压力传感器17安装在积水盒10上，加热胆12外侧底部连通有液面显示柱20，通气管13一端接于大气中，另一端连接加热胆12上端，该饮水机内部还有设有控制系统，外部设有数码显示屏和液晶显示屏。
所述控制系统包括饮水机电源电路、单片机电路、矩阵键盘电路、数码管显示电路、液晶显示电路、加热控制电路、温度监控电路、报警电路、热水出水闸门控制电路、水量数据存储电路、进水控制电路；
所述饮水机电源电路中电经过整流滤波后再分别经过四个芯片U1、U2、U3、U4分别得到+5V、+3.2V、+24V和+12V电压分别为整个控制电路系统供电；
所述单片机电路包括主芯片单片机U5和上述外围电路；
所述矩阵键盘电路由行线和列线组成的4×4矩阵键盘，行线键盘与主芯片单片机U5管脚P20、P21、P22、P23连接，列线键盘由主芯片单片机U5管脚P24、P25、P26、P27连接；
所述数码管显示电路包括两个锁存器U10、U11，锁存器U10、锁存器U11分别与主芯片单片机U5的管脚P30和P31连接；
所述液晶显示电路中，液晶显示屏芯片U20的Vcc管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片U20的GND管脚接地，液晶显示屏芯片U20的V0管脚与滑动电阻VR1的划片相连，滑动电阻VR1的一端接地，另一端与划片相连，液晶显示屏芯片U20的RS管脚通过电阻R16与主芯片单片机U5的管脚P35相连，液晶显示屏芯片U20的RW管脚通过电阻R17与主芯片单片机U5的管脚P36相连，液晶显示屏芯片U20的E管脚通过电阻R18与主芯片单片机U5的管脚P37相连，液晶显示屏芯片U20的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7管脚分别通过电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26并分别与主芯片单片机U5的管脚P40、P41、P42、P43、P44、P45、P46、P47相连，液晶显示屏芯片U20的BL1管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片U20的BL2管脚接地；
所述加热控制电路中，主芯片单片机U5的管脚P52经过限流电阻R2后与三级管Q10的基极相连，其发射极经过电阻R4与三级管Q11的基极相连，三级管Q11的集电极与芯片U6的触发端T端相连，两个电阻R5、R6、两个电容C22、C23与芯片U6组成震荡电路，芯片U6的输出端F端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片U7的1CLK端相连，主从双J-K触发器芯片U7的J端和K端分别接+5V和接地，主芯片单片机U5的端口P53经过与非门芯片U8，再经过开关S21后根据开关闸刀所处的位置分为两路，一路与芯片U6的～1CLR端相连，另一路方向是接地，主从双J-K触发器芯片U7的输出端1Q分为两路输出，一路通过二极发光管VD5后与电磁继电器K1的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，二极管VD6保护电磁继电器K10，另一路与集成计数器芯片的时钟输入端CP端相连，异步清零端CR经过开关S20后根据开关闸刀所处的位置分为两路方向，一路方向是与三极管Q10的集电极相连，另一路方向是接地，三极管Q10的基极经过电阻R8后与主芯片单片机U5的管脚P32相连，芯片U9的输出端Q0和Q1端分别与管脚P5.1和P5.0相连，输出端Q1还与电磁继电器K2的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，两个电磁继电器K1、K2分别控制着与电热器11相连的常开开关和常闭开关的打开与闭合；
所述温度控制电路中，数模转换芯片U12的VDD端口接电源电路的+5V输出端，电阻R9的一端也接+5V电压，另一端一路与数模转换芯片U12的A/D转换的模拟量输入通道AIN0相连，另一路与热敏电阻RT串联后分别与数模转换芯片U12的A0、A1、A2和VSS端相连后接地；参考电压输入端VREF接+5V电压，内外时钟切换端EXT和AGND端接地，I2C总线数据输入输出端SCL一路与主芯片单片机U5的管脚P33相连，另一路经过电阻R10后与数模转换芯片U12的VDD端相连，I2C总线时钟输入端SDA一路与主芯片单片机U5的管脚P34相连，另一路经过电阻R11与数模转换芯片U12的VDD端相连；
所述报警电路中，音频功率放大器U13的Vcc端接电源电路的+5V输出端，GND端接地，正输入端IN+经过电阻R28后与主芯片单片机U5管脚P53相连，负输入端IN接地，由电容C24与电阻R27串联组成的容阻震荡电路接在增益两端GAIN的两端，音频功率放大器输出端OUT经过电容C25接蜂鸣器SP1的一端，蜂鸣器SP1的另一端接地；
所述热水出水闸门控制电路中，由压敏电阻RV、可变电阻VR2、电阻R29和电阻R20组成的压力传感器两端分别与运算放大器U15的正负极相连，运算放大器U15的输出端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片U14的时钟输入端1CLK相连，主从双J-K触发器芯片U14的1Q端经过二极管VD9后与锁存器U16的锁存端L相连然后又与主芯片单片机U5管脚P56相连，主芯片单片机U5管脚P56另一路经过电阻R35和电容C27组成的延时电路与锁存器U16的数据输入端D0相连；主从双J-K触发器芯片U14的～1Q端经过电容C26和电阻R34组成的延时电路与其清零端～1CLR相连；锁存器U16的数据输出端Q0和与门芯片U17的输入端的其中一端相连，运算放大器U15的输出端和与非门芯片U19的两个输入端相连后，与非门芯片U19的输出端和与门芯片U17的另一个输入端相连，与门芯片U17输出端最后与主芯片单片机U5管脚P54相连，同时输出端一路又经过发光二极管VD10后与电磁继电器K3的电磁线圈一端相连，此端经过开关S19后与+5V蓄电池的正极相连，电磁线圈另一端接地与蓄电池的负极；电磁继电器K3所对应的常开开关K3-1的一端接+24V电压，另一端接在出水电磁阀YV1的正极，出水电磁阀YV1的另一端接地；
所述水量数据存储电路中，串行EEPROM芯片U18的芯片地址输入引脚A0、A1、A2和GND五个管脚接地、写保护WP端也接地，串行EEPROM芯片U18串行时钟端SCL和串行数据端SDA分别与主芯片单片机U5管脚P61和P62相连、电磁继电器K3所对应的常闭开关K3-2的一端接+5V电压，另一端一边接在串行EEPROM芯片U18的电源输入端VCC上，另一边经过电阻R38与三极管Q11的基极相连，三极管Q11的集电极接+5V电压，发射极一路与主芯片单片机U5管脚P57相连，另一路经过电阻R39后接地；
所述进水控制电路，三极管Q10的基极经过电阻R37后与主芯片单片机U5管脚P60相连，三极管Q10的集电极接电源电路的+5V输出端，三极管Q10的发射极接发光二极管VD12后与电磁继电器K4的电磁线圈一端相连然后接地，电磁继电器K4的所对应的常开开关的一端接+24V电压，另一端接在进水电磁阀YV2的正极，进水电磁阀YV2的负极接地。
所述冷水管5自由端头设有冷水出水龙头6，热水管7自由端头设有热水出水龙头8。
本数显防千沸水节能饮水机的工作原理：
饮水者在饮水前，首先闭合开关S17，饮水机的控制系统得电，主芯片单片机U5MSP430开始进行程序初始化，将外围电路的处于准备工作状态。
初始化后，数码管上值被清零，液晶显示屏开始出现提示语句“请输入您要饮用的水的量”，饮水者便可以通过按矩阵键盘上的键（图6）将自己想要饮水的量输入到主芯片单片机U5里，此时数码管上也显示出水量的数值，以方便饮水者看到自己按键按的值；如果饮水者发现自己按错了键，可以按键S11对其输入的值进行撤销，再重新按键，饮水者将自己想要饮水量通过按键按完后，再按键S12进行确认。确认以后，水量的值被传到主芯片单片机U5进行处理，数据处理后，主芯片单片机U5开始控制打开进水控制电路（图14）中的进水电磁阀12的阀门让蓄水箱14的水放进加热胆12里，液晶显示屏同时也出现提示语句“开始放水”。由于蓄水箱14向加热胆12里放水的过程中，加热胆里12的水的水位一直与水位A-A保持一致，根据伯努利方程，单位时间里流过进水电磁阀15流量总是定值，如果确定了流过进水电磁阀15总流量，只要通过计算时间就可以得到这个值，根据这个原理，主芯片单片机U5首先将饮水者输入的饮水量的值在主芯片单片机U5的运算器里换算成进水电磁阀15打开阀门的时间，然后将主芯片单片机U5MSP430管脚P60从低电平变为高电平，三极管Q10导通，继电器K4的电磁线圈得电，进水电磁阀YV215的阀门打开，蓄水箱14向加热胆12里放水，经过运算器换算的时间后，主芯片单片机U5MSP430管脚P60从高电平变为低电平，进水电磁阀的阀门闭合，这样饮水机就完成了根据所需要的饮水量从蓄水箱14向加热胆12里放水的过程，与此同时，液晶显示屏出现提示语句“放水完成”；
下一步主芯片单片机U5MSP430开始控制加热控制电路、饮水机温度监控电路和报警电路工作，液晶显示屏出现提示语句“放水完成”那一瞬间，主芯片单片机U5MSP43的管脚P52向加热控制电路发出一个高电平脉冲信号，三极管Q11的基极为高电平的那一刻，NE555芯片U6的输入管脚T从高电平变为低电平，输出管脚F由低电平变为高电平，由于输进NE555延时芯片U6的输入管脚T是高电平脉冲，等到高脉冲输进管脚以后，NE555延时芯片U6的输出管脚F输出高电平大约0.5秒后，又变为低电平，NE555延时芯片U6的输出管脚F的由高变低这个下降沿触发了带清除主从双J-K触发器芯片U7，使得主从双J-K触发器芯片U7的输出管脚1Q由低电平变为高电平，此上升沿电平被发送到主芯片单片机U5的P55管脚上，主芯片单片机U5接受信号后，触发液晶显示屏显示提示语句“开始加热水，请注意蜂鸣器发出报警声音，当前的水温为x℃”，这一上升沿电平同时也触发了集成计数器芯片74LS160的时钟输入端CP端，使得计数器芯片记下一个上升沿，其输出端Q0-Q3电平从0000变为0001，此表示饮水机将加热胆12里的水已经加热过一次；电磁继电器K1电磁线圈得电，电磁继电器K1所对应的常开开关闭合(见图2），电热器11得到市电后开始加热加热胆12里的水，温度监控电路上的热敏电阻RT电阻值随着温度的变高而变大，经过数模转换芯片U12的模数转换后，电压值所转换的二进制数字被传给主芯片单片机U5识别，等到水沸腾时，主芯片单片机U5识别出热敏电阻RT电阻值所转换的二进制数字已经达到所设定的数值时，与报警电路相连的主芯片单片机U5管脚P53从低电平变为高电平30秒时间后又变为低电平，在主芯片单片机U5管脚P53从低电平变为高电平那瞬间，蜂鸣器开始发出警告声音，通知饮水者水已经烧开了，30秒后将停止发出警告声音。由于主从双J-K触发器芯片U7的1Q端从高电平变为低电平，这个下降沿使得电磁继电器K1电磁线圈失电，电磁继电器K1所对应的常开开关打开(见图2），电热器11断开市电后停止加热加热胆12里已经沸腾的水，同时这个下降沿信号通过管脚P55被发送到主芯片单片机U5里，主芯片单片机U5接受到这个信号后，让液晶显示屏出现提示语句“水已经烧开，请将杯子放在积水盒上”来提示饮水者饮水，由于从低电平变为高电平30秒后又变成低电平的主芯片单片机U的5P53管脚又与加热控制电路上与非门芯片U8两个输入端相连，与非门芯片U8的输出端与主从双J-K触发器芯片U7的复位端～1CLR相连，所以复位端电位变化是由高电平变为低电平30秒后又恢复到了高电平，复位端由高电平变为低电平这一变化的作用是停止加热已经烧开的水，复位端电位又恢复到了高电平的作用是为下次饮水加热做好准备，因为主从双J-K触发器芯片U7只有在复位端～1CLR为高电平时才能正常工作；
水烧开后，见图12热水出水闸门控制电路图，饮水者将水杯放在积水盒10上准备取水，由于积水盒上表面安装了一个压力传感器17，当有水杯放在积水盒10上的那一瞬间，压力传感器17上受到杯子的压力，使得运算放大器U15的输出端由高电平变为了低电平，这个下降沿触发了主从双J-K触发器芯片U14的时钟输入端1CLK，使得其输出端1Q从低电平变为高电平,这个上升沿电平通过主芯片单片机U5管脚P56被传给了主芯片单片机U5里，主芯片单片机U5接受到这个信号后，使得液晶显示屏出现提示语句“准备放开水，小心热水”，与此同时主从双J-K触发器芯片U14的输出端～1Q从高电平变为低电平，由于电阻R35和电容C27组成的延时电路的延时作用，锁存器U16的锁存端LE端变为高电平0.1秒后，数据输入端D0才由低电平变为高电平，锁存器U16输出端Q0端由低电平变为高电平，又由于电阻R34和电容C26组成的延时电路比电阻R35和电容C27组成的延时电路延时时间要长约0.1秒，主从双J-K触发器芯片U14的~1Q由原先的高电平变为低电平0.2秒后，主从双J-K触发器芯片U14的U14被复位，使得其输出端1Q又从高电平恢复到低电平,主从双J-K触发器芯片U14的输出端～1Q从低电平恢复到高电平，复位的目的是热水出水闸门控制电路控制下一次放热水做准备；由于主从双J-K触发器芯片U14的输出端1Q又从高电平恢复到低电平，锁存器U16的锁存端LE端变为低电平0.1秒后，数输入端D0才由高电平变为低电平，此时锁存器U16已经将输出端Q0锁存为高电平，又由于运算放大器U15的输出端此时为低电平，经过与非门芯片U19后，与门芯片U17的两个输入端都变成了高电平，其输出端由低电平变为高电平，这个上升沿使得电磁继电器K3电磁线圈得电，电磁继电器K3所对应的常开开关K3-1闭合，出水电磁阀YV116的阀门打开，加热胆12向杯子放热水，同时这个下降沿信号通过管脚P54被发送到主芯片单片机U5里，主芯片单片机U5接受到这个信号后，让管脚P32给加热控制电路（见图9）发出一个高电平脉冲，让芯片U9复位，使其输出端Q0-Q3电平又会恢复到0000，为下一次加热水做准备。当加热胆12里的水全部放进水杯后，饮水者便将水杯端出积水盒10的上表面，就在杯子被端开的那瞬间，压力传感器17上没有了压力，运算放大器U15的输出端由低电平变成高电平，与门芯片U17的输出端由高电平变成低电平，继电器K3的电磁线圈失电，出水电磁阀YV116的阀门关闭，阀门关闭的目的是饮水者在下一次按键过程中，饮水机将蓄水箱14的水放入到加热胆12里过程中，不让水从热水出水龙头8漏出，上述即为饮水机在正常饮水的情况下控制系统的工作过程。
饮水者通过水加热沸腾后，饮水者由于种种原因没有饮用烧开的水，液晶显示屏出现提示语句“水已经烧开，请将杯子放在积水盒上”的30分钟以后，如果没有杯子放在积水盒10上，液晶显示屏会出现提示语句“水已经被加热过一次并已经变凉”。如果饮水者不想再饮用已经加热过的凉水，只要将杯子放在积水盒10上，此时管脚P54将接收到一个下降沿信号，主芯片单片机U5接受到这个信号后，让管脚P32给加热控制电路（见图9）发出一个高电平脉冲，让芯片U9复位，使其输出端Q0-Q3电平又会恢复到0000，与此同时，加热胆12里的水就会流到杯子里，饮水者可以倒掉流到杯子里的水后再次通过按键将自己所需要的饮水放入加热胆里，这样饮水者就喝到了烧开过一次的水。如果在饮水者没有注意到液晶显示屏出现的提示语句，不知道加热胆里已经有烧开的水，并且水烧开以后也没有将杯子放在积水盒上盛水的情况下，饮水者已经按键将自己所需要的饮水放入加热胆里，在饮水者按下确定键S13以后，主芯片单片机U5会检测EEPROM芯片存储的放入加热胆的水量的值是否超过加热胆所能承受的容量的值，如果没有超过容量的值，管脚P52将发出一个高电平脉冲给加热控制电路，主从双J-K触发器芯片U7的输出端1Q从低电平变为高电平，电磁继电器K1电磁线圈得电，电磁继电器K1所对应的常开开关闭合，但是加热胆里的水已经沸腾过一次，并且饮水者也没有用杯子盛水，芯片U9没有得到复位，芯片U9的CP端接受到来自电磁继电器K1U7输出端1Q的上升沿以后，芯片U9的输出管脚Q0-Q3的电平信号由1000变为0100，主芯片单片机U5采集到Q0为低电平Q1为高电平这个信号时，液晶显示屏会出现提示语句“水已经被加热过一次，这是第二次加热”，与此同时，Q1端上的高电平使得电磁继电器K2电磁线圈得电，尽管电磁继电器K1所对应的常开开关闭合，但是电磁继电器K2所对应的常闭开关已经打开(见图2），电热器11由于得不到市电不能够第二次加热第二次放入加热胆里的水，如果饮水者想继续加热饮水者第二次放入加热胆里的水，只需先将开关S20拨动至接地维持一段时间后，再拨回至初始位置使得芯片U9复位，在开关S20拨动至接地那一瞬间，输出管脚Q0-Q3的电平信号由0100变为0000，饮水者就可以加热第二次放入加热胆里的水，主芯片单片机U5采集到管脚Q0、Q1上的电平从01变化到00时，液晶显示屏会出现提示语句“请拨动开关S20后，通过按键输入进水量后，按确定键后进行第二次加热水”，此时电磁继电器K2电磁线圈失电，电磁继电器K2所对应的常闭开关闭合，但是电磁继电器K1所对应的常开开关已经闭合(见图2），电热器11由于得到市电就能够第二次加热加热胆里的水。
为了防止连续几次放入加热胆的水量超过加热胆所能承受的容量，具有储存功能的串行EEPROM芯片24C02U18被设计在水量数据存储电路上，U18每次得电后，管脚P57会有个上升沿传给主芯片单片机U5里，主芯片单片机U5会对串行EEPROM芯片24C02U18进行初始化，对其存储的内容进行擦除后再写入内容，如果饮水者想继续加热第二次放入加热胆里的水，在这之前没有将杯子放在积水盒上盛水，使得开关K3-2所对应的常闭开关一直保持闭合，管脚P57没有上升沿传给主芯片单片机U5，所以主芯片单片机U5没有对串行EEPROM芯片24C02U18进行初始化，第一次加入加热胆的水的量的值就被存储在芯片串行EEPROM芯片24C02U18里，当饮水者第二次按矩阵键盘上的键（图6）将自己需要的饮水量输进主芯片单片机U5后，主芯片单片机U5会把两次放入加热胆的水量的值加在一起，判断一下两次从蓄水箱放水到加热胆的量是否超过加热胆所容的量，如果没有超过加热胆所容的量，就从蓄水箱放水到加热胆里，如果超过加热胆所容的量，液晶显示屏会出现提示语句“本次加水的量已经超过加热胆所能承受的容量，请减少放水量”，饮水者通过减少放水量将水放入加热胆里。如果饮水者认为第二次加水的量还不够需要再加水时，只需再次按键盘上的键将自己所需要加水的量输入主芯片单片机U5后，再按键S12进行确认便可以完成第三次加水的过程。饮水者也可以连续几次加水，直至加到自己所需要的水量为止，在没有将杯子放在积水盒上盛水情况下，从饮水者第二次按S12确定键加水以后，主芯片单片机U5会每次检测EEPROM芯片存储的连续几次放入加热胆的总水量的值是否超过加热胆所能承受的容量的值。如果没有超过承受的值，可以继续加水，如果超过承受的值，液晶显示屏会出现提示语句来提示饮水者；
如果饮水者不需要饮用沸腾的水，只需要饮用温水，由于饮水机在加热过程中，液晶显示屏出现提示语句“开始加热水，请注意蜂鸣器发出报警声音，当前的水温为x℃”，饮水者可以根据液晶显示屏显示的温度值选择自己所需要的温度的水，当饮水机加热到所需要的温度，饮水者先将拨动开关S21至接地端维持一段时间后再拨回至初始位置使得U9复位，再将水杯放在积水盒上，正在加热的水就会从加热胆里流到杯子里，这样饮水者就可以饮用加热过程中任意温度的水。
本发明的有益效果是：
（1）采用了主芯片单片机U5集成电路，饮水者可以根据自己的需求，要多少水饮水机就加热多少水，加水烧水和放水整个过程都是一次性的，从而消灭了“千沸水”和“阴阳水”，也达到了节能的目的；
（2）本饮水机具有报警功能，当水被烧开后，会警告饮水者水已经烧开；
（3）本系统安装了数码显示屏和液晶显示屏，数码显示屏可以让饮水者很方便的看到自己加水的量和当前正在加热水的温度，饮水者也可以在烧水的过程中用杯子盛自己所需要温度的水，液晶显示屏可以让饮水者根据屏幕上出现的提示语句快速的操作饮水机，从而让饮水机具有数显功能；
（4）为了防止饮水者再次加热已经加热沸腾过的水，本系统添加了加热控制电路，这样当饮水再次加热已经加热过的水时，加热控制电路会自动断开电热器开关，让水不能进行第二次加热，与此同时液晶显示屏上会出现提示语句来提醒饮水者。如果饮水者需要继续加热已经加热过的水，只需要按下复位开关S20；
（5）防止饮水者连续几次放入加热胆的水量超过加热胆所能承受的容量，具有储存功能的U18串行EEPROM芯片24C02被设计在水量数据存储电路上，只要没有水杯放在积水盒上盛水，EEPROM芯片将会把连续放入加热胆的水总量存储起来，一旦超过所能承受的容量，液晶显示屏上会出现提示语句来提醒饮水者。
附图说明
图1是常见的饮水机的结构装置图；
图2是本发明的数显防千沸水节能饮水机结构装置图；
图3是本发明的饮水机控制系统框图；
图4是本发明的饮水机主芯片单片机MSP430F149电路图；
图5是本发明的饮水机电源电路图；
图6是本发明的饮水机矩阵键盘电路图；
图7是本发明的饮水机数码管显示电路图；
图8是本发明的饮水机液晶显示电路图；
图9是本发明的饮水机加热控制电路图；
图10是本发明的饮水机温度监控电路图；
图11是本发明的饮水机报警电路图；
图12是本发明的饮水机热水出水闸门控制电路图；
图13是本发明的饮水机水量数据存储电路图；
图14是本发明的饮水机进水控制电路图。
图中：1-水桶，2-聪明座，3-聪明头，4-供水管，5-冷水管，6-冷水出水龙头，7-热水管，8-热水出水龙头，9-杯子，10-积水盒，11-电热器，12-加热胆，13-气管，14-蓄水箱，15-进水电磁阀，16-出水电磁阀，17-压力传感器，18-继电器常闭开关K1，19-继电器常开开关K2，20-液面显示柱，21-外接通气管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2至14所示，该数显防千沸水节能饮水机，包括水桶1、聪明座2、聪明头3、供水管4、冷水管5、冷水出水龙头6、热水管7、热水出水龙头8、积水盒10、电热器11、加热胆12、通气管13和蓄水箱14，所述水桶1通过安装聪明座2上的聪明头3与蓄水箱14连接，蓄水箱14底端通过供水管4与加热胆12连接，供水管4设有冷水管5，加热胆12底部设有电热器11，加热胆12底端一侧设有热水管7，还在该饮水机外部结构的下端设有积水盒10，该饮水机还包括进水电磁阀15、出水电磁阀16、压力传感器17、液面显示柱20、数码显示屏、液晶显示屏以及控制系统，所述进水电磁阀15位于冷水管5与加热胆12之间的供水管4上，出水电磁阀16位于热水管7上，压力传感器17安装在积水盒10上，加热胆12外侧底部连通有液面显示柱20，通气管13一端接于大气中，另一端连接加热胆12上端，该饮水机内部还有设有控制系统，外部设有数码显示屏和液晶显示屏。
如图3所示，所述控制系统包括饮水机电源电路、单片机电路、矩阵键盘电路、数码管显示电路、液晶显示电路、加热控制电路、温度监控电路、报警电路、热水出水闸门控制电路、水量数据存储电路、进水控制电路；
如图5所示，所述饮水机电源电路中电经过整流滤波后再分别经过四个芯片U1、U2、U3、U4分别得到+5V、+3.2V、+24V和+12V电压分别为整个控制电路系统供电；
如图4所示，所述单片机电路包括主芯片单片机U5和上述外围电路；
如图6所示，所述矩阵键盘电路由行线和列线组成的4×4矩阵键盘，行线键盘与主芯片单片机U5管脚P20、P21、P22、P23连接，列线键盘由主芯片单片机U5管脚P24、P25、P26、P27连接；
如图7所示，所述数码管显示电路包括两个锁存器U10、U11，锁存器U10、锁存器U11分别与主芯片单片机U5的管脚P30和P31连接；
如图8所示，所述液晶显示电路中，液晶显示屏芯片U20的Vcc管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片U20的GND管脚接地，液晶显示屏芯片U20的V0管脚与滑动电阻VR1的划片相连，滑动电阻VR1的一端接地，另一端与划片相连，液晶显示屏芯片U20的RS管脚通过电阻R16与主芯片单片机U5的管脚P35相连，液晶显示屏芯片U20的RW管脚通过电阻R17与主芯片单片机U5的管脚P36相连，液晶显示屏芯片U20的E管脚通过电阻R18与主芯片单片机U5的管脚P37相连，液晶显示屏芯片U20的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7管脚分别通过电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26并分别与主芯片单片机U5的管脚P40、P41、P42、P43、P44、P45、P46、P47相连，液晶显示屏芯片U20的BL1管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片U20的BL2管脚接地；
如图9所示，所述加热控制电路中，主芯片单片机U5的管脚P52经过限流电阻R2后与三级管Q10的基极相连，其发射极经过电阻R4与三级管Q11的基极相连，三级管Q11的集电极与芯片U6的触发端T端相连，两个电阻R5、R6、两个电容C22、C23与芯片U6组成震荡电路，芯片U6的输出端F端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片U7的1CLK端相连，主从双J-K触发器芯片U7的J端和K端分别接+5V和接地，主芯片单片机U5的端口P53经过与非门芯片U8，再经过开关S21后根据开关闸刀所处的位置分为两路，一路与芯片U6的～1CLR端相连，另一路方向是接地，主从双J-K触发器芯片U7的输出端1Q分为两路输出，一路通过二极发光管VD5后与电磁继电器K1的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，二极管VD6保护电磁继电器K10，另一路与集成计数器芯片的时钟输入端CP端相连，异步清零端CR经过开关S20后根据开关闸刀所处的位置分为两路方向，一路方向是与三极管Q10的集电极相连，另一路方向是接地，三极管Q10的基极经过电阻R8后与主芯片单片机U5的管脚P32相连，芯片U9的输出端Q0和Q1端分别与管脚P5.1和P5.0相连，输出端Q1还与电磁继电器K2的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，两个电磁继电器K1、K2分别控制着与电热器11相连的常开开关和常闭开关的打开与闭合；
如图10所示，所述温度控制电路中，数模转换芯片U12的VDD端口接电源电路的+5V输出端，电阻R9的一端也接+5V电压，另一端一路与数模转换芯片U12的A/D转换的模拟量输入通道AIN0相连，另一路与热敏电阻RT串联后分别与数模转换芯片U12的A0、A1、A2和VSS端相连后接地；参考电压输入端VREF接+5V电压，内外时钟切换端EXT和AGND端接地，I2C总线数据输入输出端SCL一路与主芯片单片机U5的管脚P33相连，另一路经过电阻R10后与数模转换芯片U12的VDD端相连，I2C总线时钟输入端SDA一路与主芯片单片机U5的管脚P34相连，另一路经过电阻R11与数模转换芯片U12的VDD端相连；
如图11所示，所述报警电路中，音频功率放大器U13的Vcc端接电源电路的+5V输出端，GND端接地，正输入端IN+经过电阻R28后与主芯片单片机U5管脚P53相连，负输入端IN接地，由电容C24与电阻R27串联组成的容阻震荡电路接在增益两端GAIN的两端，音频功率放大器输出端OUT经过电容C25接蜂鸣器SP1的一端，蜂鸣器SP1的另一端接地；
如图12所示，所述热水出水闸门控制电路中，由压敏电阻RV、可变电阻VR2、电阻R29和电阻R20组成的压力传感器两端分别与运算放大器U15的正负极相连，运算放大器U15的输出端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片U14的时钟输入端1CLK相连，主从双J-K触发器芯片U14的1Q端经过二极管VD9后与锁存器U16的锁存端L相连然后又与主芯片单片机U5管脚P56相连，主芯片单片机U5管脚P56另一路经过电阻R35和电容C27组成的延时电路与锁存器U16的数据输入端D0相连；主从双J-K触发器芯片U14的～1Q端经过电容C26和电阻R34组成的延时电路与其清零端～1CLR相连；锁存器U16的数据输出端Q0和与门芯片U17的输入端的其中一端相连，运算放大器U15的输出端和与非门芯片U19的两个输入端相连后，与非门芯片U19的输出端和与门芯片U17的另一个输入端相连，与门芯片U17输出端最后与主芯片单片机U5管脚P54相连，同时输出端一路又经过发光二极管VD10后与电磁继电器K3的电磁线圈一端相连，此端经过开关S19后与+5V蓄电池的正极相连，电磁线圈另一端接地与蓄电池的负极；电磁继电器K3所对应的常开开关K3-1的一端接+24V电压，另一端接在出水电磁阀YV1的正极，出水电磁阀YV1的另一端接地；
如图13所示，所述水量数据存储电路中，串行EEPROM芯片U18的芯片地址输入引脚A0、A1、A2和GND五个管脚接地、写保护WP端也接地，串行EEPROM芯片U18串行时钟端SCL和串行数据端SDA分别与主芯片单片机U5管脚P61和P62相连、电磁继电器K3所对应的常闭开关K3-2的一端接+5V电压，另一端一边接在串行EEPROM芯片U18的电源输入端VCC上，另一边经过电阻R38与三极管Q11的基极相连，三极管Q11的集电极接+5V电压，发射极一路与主芯片单片机U5管脚P57相连，另一路经过电阻R39后接地；
如图14所示，所述进水控制电路，三极管Q10的基极经过电阻R37后与主芯片单片机U5管脚P60相连，三极管Q10的集电极接电源电路的+5V输出端，三极管Q10的发射极接发光二极管VD12后与电磁继电器K4的电磁线圈一端相连然后接地，电磁继电器K4的所对应的常开开关的一端接+24V电压，另一端接在进水电磁阀YV2的正极，进水电磁阀YV2的负极接地。
Claims (3)
1.一种数显防千沸水节能饮水机，包括水桶（1）、聪明座（2）、聪明头（3）、供水管（4）、冷水管（5）、冷水出水龙头（6）、热水管（7）、热水出水龙头（8）、积水盒（10）、电热器（11）、加热胆（12）、通气管（13）和蓄水箱（14），所述水桶（1）通过安装聪明座（2）上的聪明头（3）与蓄水箱（14）连接，蓄水箱（14）底端通过供水管（4）与加热胆（12）连接，供水管（4）设有冷水管（5），加热胆（12）底部设有电热器（11），加热胆（12）底端一侧设有热水管（7），还在该饮水机外部结构的下端设有积水盒（10），其特征在于：该饮水机还包括进水电磁阀（15）、出水电磁阀（16）、压力传感器（17）、液面显示柱（20）、数码显示屏、液晶显示屏以及控制系统，所述进水电磁阀（15）位于冷水管（5）与加热胆（12）之间的供水管（4）上，出水电磁阀（16）位于热水管（7）上，压力传感器（17）安装在积水盒（10）上，加热胆（12）外侧底部连通有液面显示柱（20），通气管（13）一端接于大气中，另一端连接加热胆（12）上端，该饮水机内部还有设有控制系统，外部设有数码显示屏和液晶显示屏。
2.根据权利要求1所述的数显防千沸水节能饮水机，其特征在于：所述控制系统包括饮水机电源电路、单片机电路、矩阵键盘电路、数码管显示电路、液晶显示电路、加热控制电路、温度监控电路、报警电路、热水出水闸门控制电路、水量数据存储电路、进水控制电路；
所述饮水机电源电路中电经过整流滤波后再分别经过四个芯片（U1、U2、U3、U4）分别得到+5V、+3.2V、+24V和+12V电压分别为整个控制电路系统供电；
所述单片机电路包括主芯片单片机（U5）和上述外围电路；
所述矩阵键盘电路由行线和列线组成的4×4矩阵键盘，行线键盘与主芯片单片机（U5）管脚P20、P21、P22、P23连接，列线键盘由主芯片单片机（U5)管脚P24、P25、P26、P27连接；
所述数码管显示电路包括两个锁存器（U10、U11），锁存器（U10）、锁存器（U11）分别与主芯片单片机(U5)的管脚P30和P31连接；
所述液晶显示电路中，液晶显示屏芯片（U20）的Vcc管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片（U20）的GND管脚接地，液晶显示屏芯片（U20）的V0管脚与滑动电阻（VR1）的划片相连，滑动电阻（VR1）的一端接地，另一端与划片相连，液晶显示屏芯片（U20）的RS管脚通过电阻（R16）与主芯片单片机（U5）的管脚P35相连，液晶显示屏芯片（U20）的RW管脚通过电阻（R17）与主芯片单片机（U5）的管脚P36相连，液晶显示屏芯片（U20）的E管脚通过电阻（R18）与主芯片单片机（U5）的管脚P37相连，液晶显示屏芯片（U20）的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7管脚分别通过电阻（R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26）并分别与主芯片单片机（U5）的管脚P40、P41、P42、P43、P44、P45、P46、P47相连，液晶显示屏芯片（U20）的BL1管脚与电源电路的+5V相连，液晶显示屏芯片（U20）的BL2管脚接地；
所述加热控制电路中，主芯片单片机（U5）的管脚P52经过限流电阻（R2）后与三级管（Q10）的基极相连，其发射极经过电阻（R4）与三级管（Q11）的基极相连，三级管（Q11）的集电极与芯片（U6）的触发端T端相连，两个电阻（R5、R6）、两个电容（C22、C23）与芯片（U6）组成震荡电路，芯片（U6）的输出端F端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片（U7）的1CLK端相连，主从双J-K触发器芯片（U7）的J端和K端分别接+5V和接地，主芯片单片机（U5）的端口P53经过与非门芯片（U8），再经过开关（S21）后根据开关闸刀所处的位置分为两路，一路与芯片（U6）的～1CLR端相连，另一路方向是接地，主从双J-K触发器芯片（U7）的输出端1Q分为两路输出，一路通过二极发光管（VD5）后与电磁继电器（K1）的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，二极管（VD6）保护电磁继电器（K10），另一路与集成计数器芯片的时钟输入端CP端相连，异步清零端CR经过开关（S20）后根据开关闸刀所处的位置分为两路方向，一路方向是与三极管（Q10）的集电极相连，另一路方向是接地，三极管（Q10）的基极经过电阻（R8）后与主芯片单片机（U5）的管脚P32相连，芯片（U9）的输出端Q0和Q1端分别与管脚P5.1和P5.0相连，输出端Q1还与电磁继电器（K2）的电磁线圈一端相连，电磁线圈另一端接地，两个电磁继电器（K1、K2）分别控制着与电热器（11）相连的常开开关和常闭开关的打开与闭合；
所述温度控制电路中，数模转换芯片（U12）的VDD端口接电源电路的+5V输出端，电阻（R9）的一端也接+5V电压，另一端一路与数模转换芯片（U12）的A/D转换的模拟量输入通道AIN0相连，另一路与热敏电阻（RT）串联后分别与数模转换芯片（U12）的A0、A1、A2和VSS端相连后接地；参考电压输入端VREF接+5V电压，内外时钟切换端EXT和AGND端接地，I2C总线数据输入输出端SCL一路与主芯片单片机（U5）的管脚P33相连，另一路经过电阻（R10）后与数模转换芯片（U12）的VDD端相连，I2C总线时钟输入端SDA一路与主芯片单片机（U5)的管脚P34相连，另一路经过电阻（R11）与数模转换芯片（U12）的VDD端相连；
所述报警电路中，音频功率放大器（U13）的Vcc端接电源电路的+5V输出端，GND端接地，正输入端IN+经过电阻（R28）后与主芯片单片机（U5）管脚P53相连，负输入端IN接地，由电容（C24）与电阻（R27）串联组成的容阻震荡电路接在增益两端GAIN的两端，音频功率放大器输出端OUT经过电容（C25）接蜂鸣器（SP1）的一端，蜂鸣器（SP1）的另一端接地；
所述热水出水闸门控制电路中，由压敏电阻（RV）、可变电阻（VR2）、电阻（R29）和电阻（R20）组成的压力传感器两端分别与运算放大器（U15）的正负极相连，运算放大器（U15）的输出端与下降沿触发带清除主从双J-K触发器芯片（U14）的时钟输入端1CLK相连，主从双J-K触发器芯片（U14）的1Q端经过二极管（VD9）后与锁存器（U16）的锁存端L相连然后又与主芯片单片机（U5）管脚P56相连，主芯片单片机（U5）管脚P56另一路经过电阻（R35）和电容（C27）组成的延时电路与锁存器（U16）的数据输入端D0相连；主从双J-K触发器芯片（U14）的～1Q端经过电容（C26）和电阻（R34）组成的延时电路与其清零端～1CLR相连；锁存器（U16）的数据输出端Q0和与门芯片（U17）的输入端的其中一端相连，运算放大器（U15）的输出端和与非门芯片（U19）的两个输入端相连后，与非门芯片（U19）的输出端和与门芯片（U17）的另一个输入端相连，与门芯片（U17）输出端最后与主芯片单片机（U5）管脚P54相连，同时输出端一路又经过发光二极管（VD10）后与电磁继电器（K3）的电磁线圈一端相连，此端经过开关（S19）后与+5V蓄电池的正极相连，电磁线圈另一端接地与蓄电池的负极；电磁继电器（K3）所对应的常开开关（K3-1）的一端接+24V电压，另一端接在出水电磁阀（YV1）的正极，出水电磁阀（YV1）的另一端接地；
所述水量数据存储电路中，串行EEPROM芯片（U18）的芯片地址输入引脚A0、A1、A2和GND五个管脚接地、写保护WP端也接地，串行EEPROM芯片（U18）串行时钟端SCL和串行数据端SDA分别与主芯片单片机（U5）管脚P61和P62相连、电磁继电器（K3）所对应的常闭开关K3-2的一端接+5V电压，另一端一边接在串行EEPROM芯片（U18）的电源输入端VCC上，另一边经过电阻（R38）与三极管（Q11）的基极相连，三极管（Q11）的集电极接+5V电压，发射极一路与主芯片单片机（U5）管脚P57相连，另一路经过电阻（R39）后接地；
所述进水控制电路，三极管（Q10）的基极经过电阻（R37）后与主芯片单片机（U5）管脚P60相连，三极管（Q10）的集电极接电源电路的+5V输出端，三极管（Q10）的发射极接发光二极管（VD12）后与电磁继电器（K4）的电磁线圈一端相连然后接地，电磁继电器（K4）的所对应的常开开关的一端接+24V电压，另一端接在进水电磁阀（YV2）的正极，进水电磁阀（YV2）的负极接地。
3.根据权利要求2所述的数显防千沸水节能饮水机，其特征在于：所述冷水管（5）自由端头设有冷水出水龙头（6），热水管（7）自由端头设有热水出水龙头（8）。
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