CN104840098A - 一种自动饮水机及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动饮水机及设计方法，该方法以现有饮水机为本体，分别在饮水机上设置温度调节装置和自动续水控制装置，实现饮水机的自动控制，本发明利用当下的新技术与日常所需的需求结合设计的一款饮水机，它有效地解决了普通饮水机由人工控制冷热水比例导致水温控制不合适的问题，能够给用户提供更好的体验，并且通过根据室温推荐饮水水温，能够提供更健康、适于饮用的水温。同时本文设计的饮水机拥有自动续水功能和定时烧水功能，可以为用户提供方便快捷节约的饮水体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动饮水机及设计方法，属于家用设备技术领域。
背景技术
长期以来饮水机的结构和功能一直采用传统的方式，一成不变，现有的饮水机多为具有保温和加热功能的按压式饮水机，但此类饮水机不易控制出水的温度,且需双手操作，不利于老年人和残疾人使用，存在着许多的不足之处。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的缺陷，提供一种自动饮水机及设计方法，该装置结构合理、操作简单、经济性且智能话，同时为老年人和残疾人的饮水提供方便，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案
一种自动饮水机的设计方法，该方法以现有饮水机为本体，分别在饮水机上设置温度调节装置和自动续水控制装置，实现饮水机的自动控制，具体设计如下：
一、调整温度方法；首先通过安装在冷、热水管的集成温度传感器分别采集对应水管内的水温信息，把温度信息转化为相应的电流或电压信号被识别，经过相应滤波整流放大等处理输入运算芯片，在外部输入所需温度的信号传入运算芯片并与以所采集冷、热水管中的温度信号进行对比计算，从而控制调整阀的开度来控制冷热水流量，进而控制出水温度，阀的开度计算原理如下；
根据热学相关公式，
其中：c是流体的比热容；
m是所研究的流体质量；
Q是其温度变化释放的热量；
t和t0是它的最终、初始温度；
再根据能量守恒定律，
其中m1、t1是冷水的质量和温度；
m2、t2是热水的质量和温度；
t是使用者所需饮用的水温；
则为冷热水流量和阀开度的比值，通过对出水口的流量进行计算分配，达到控制水温的作用；
二、自动续水方法；把超声波发射探头和饮水机底座接水槽的距离预存进存储器，在需盛水时，盛水器放在饮水机底部造成阻隔，超声波探头所侦测的距离必然会发生变化，如果测得实际距离小于预存距离，则给运算器一个开阀的指令，同时设计有手自动选择器，所发出的指令与超声波传感器发出指令是逻辑与的关系，从而实现自动续水的功能。
一种自动饮水机，包括饮水机本体，在饮水机本体的冷水管和热水管内分别安装由温度传感器和流量阀，在饮水机本体外设置温度输入装置，在饮水机本体内设置控制装置，温度输入装置和温度传感器连接在控制装置内，控制装置连接流量阀且控制流量阀的开口大小，在饮水机本体出水口设置超声波探头。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明利用当下的新技术与日常所需的需求结合设计的一款饮水机，它有效地解决了普通饮水机由人工控制冷热水比例导致水温控制不合适的问题，能够给用户提供更好的体验，并且通过根据室温推荐饮水水温，能够提供更健康、适于饮用的水温。同时本文设计的饮水机拥有自动续水功能和定时烧水功能，可以为用户提供方便快捷节约的饮水体验，这种新式饮水机与当下的电器智能化概念相结合，符合新颖性、实用性的设计要求，有很大的市场前景。
附图说明
附图1是本发明的结构主视图；
附图2是本发明的结构侧视图；
附图3是本发明中控制装置与温度传感器和流量阀的连接示意图。
附图4是本发明中水温温度调整原理框图；
附图5是本发明中自动续水原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明用作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
本发明的实施例：一种自动饮水机的设计方法，其特征在于：该方法以现有饮水机为本体，分别在饮水机上设置温度调节装置和自动续水控制装置，实现饮水机的自动控制，具体设计如下：
一、调整温度方法；首先通过安装在冷、热水管的集成温度传感器分别采集对应水管内的水温信息，把温度信息转化为相应的电流或电压信号被识别，经过相应滤波整流放大等处理输入运算芯片，在外部输入所需温度的信号传入运算芯片并与以所采集冷、热水管中的温度信号进行对比计算，从而控制调整阀的开度来控制冷热水流量，进而控制出水温度，阀的开度计算原理如下；
根据热学相关公式，
其中：c是流体的比热容；
m是所研究的流体质量；
Q是其温度变化释放的热量；
t和t0是它的最终、初始温度；
再根据能量守恒定律，
其中m1、t1是冷水的质量和温度；
m2、t2是热水的质量和温度；
t是使用者所需饮用的水温；
则为冷热水流量和阀开度的比值，通过对出水口的流量进行计算分配，达到控制水温的作用；
二、自动续水方法；把超声波发射探头和饮水机底座接水槽的距离预存进存储器，在需盛水时，盛水器放在饮水机底部造成阻隔，超声波探头所侦测的距离必然会发生变化，如果测得实际距离小于预存距离，则给运算器一个开阀的指令，同时设计有手自动选择器，所发出的指令与超声波传感器发出指令是逻辑与的关系，如果选择自动，则两个指令都输出1，与运算后，输出指令1，若选择手动，则两个指令为0和1，与运算输出0，1则控制开阀，0则控制闭阀，同时自动优先于手动，若没有容器时，手动开阀也不会出水，起到节水的作用，同时水流出时，出水管处的传感器可以检测出水温度，显示在液晶屏幕上，从而实现自动续水的功能。
根据上述方法所构建的一种自动饮水机，如附图所示，包括饮水机本体1，其特征在于：在饮水机本体1的冷水管2和热水管3内分别安装由温度传感器4和流量阀5，在饮水机本体1外设置温度输入装置6，在饮水机本体1内设置控制装置7，温度输入装置6和温度传感器4连接在控制装置7内，控制装置7连接流量阀5且控制流量阀5的开口大小，在饮水机本体1出水口设置超声波探头8。
元件选用
温度传感器的选用：AD590是一种利用PN结正向电流与温度的关系而构成的电流输出型温敏传感器，通过匹配合适的电路，可以通过测量电流值测得温度值，该传感器的工作温度为-55oC~+155oC，满足设计使用的需求。
控制芯片的选用：DSP是一款经典的数字信号处理芯片，可以对数字芯片进行处理并输出，在电路中搭配A/D、D/A转换芯片，就可以把相应的模拟信号转化为数字信号输入，或把数字信号转化为模拟信号输出。本文主要选用德州仪器公司的C6000系列DSP，该系列DSP常用在数字控制系统中，成本较为低廉，功耗较低，能够完成设计需求。
流量阀的选用：选择小通量的水流量比例调节阀，这种阀利用电磁力克服弹簧力打开阀口，阀芯位移和输入电信号（电压、电流）大小成正比，以此实现流量控制。拟选用航仪电器科技开发有限公司的HSG-C系列流量调节阀，通过电流控制，可以实现流量控制。该电磁阀常用于热水器上，可以选用适当流量控制范围的产品进行搭配。
手自一体阀的选用：采用手自一体微型电动球阀，参考KLD公司生产的KLD20系列微型电动阀，该系列阀门可以采用手动、自动两种控制方法，但手动操作需在断电情况下使用，在控制电路中可以进行设计。这类阀最小口径为8mm，经过合理的改造后可以用在饮水机上。
其它配件：超声波传感器——Risym公司生产的超声波模块，这类超声波传感器模块成本低廉，样子小巧，可以与控制电路合理配合，而且种类繁多，并有防水型探头可供选用；定时模块——延时继电器模块，可以调整所需延时时间，可以精确到秒，满足设计所需；液晶显示屏——LED点阵式数码管显示模块，可以与控制芯片配合，现实所需要的温度数字。
Claims (2)
1.一种自动饮水机的设计方法，其特征在于：该方法以现有饮水机为本体，分别在饮水机上设置温度调节装置和自动续水控制装置，实现饮水机的自动控制，具体设计如下：
一、调整温度方法；首先通过安装在冷、热水管的集成温度传感器分别采集对应水管内的水温信息，把温度信息转化为相应的电流或电压信号被识别，经过相应滤波整流放大等处理输入运算芯片，在外部输入所需温度的信号传入运算芯片并与以所采集冷、热水管中的温度信号进行对比计算，从而控制调整阀的开度来控制冷热水流量，进而控制出水温度，阀的开度计算原理如下；
根据热学相关公式，
其中：c是流体的比热容；
m是所研究的流体质量；
Q是其温度变化释放的热量；
t和t0是它的最终、初始温度；
再根据能量守恒定律，
其中m1、t1是冷水的质量和温度；
m2、t2是热水的质量和温度；
t是使用者所需饮用的水温；
则为冷热水流量和阀开度的比值，通过对出水口的流量进行计算分配，达到控制水温的作用；
二、自动续水方法；把超声波发射探头和饮水机底座接水槽的距离预存进存储器，在需盛水时，盛水器放在饮水机底部造成阻隔，超声波探头所侦测的距离必然会发生变化，如果测得实际距离小于预存距离，则给运算器一个开阀的指令，同时设计有手自动选择器，所发出的指令与超声波传感器发出指令是逻辑与的关系，从而实现自动续水的功能。
2.一种自动饮水机，包括饮水机本体（1），其特征在于：在饮水机本体（1）的冷水管（2）和热水管（3）内分别安装由温度传感器（4）和流量阀（5），在饮水机本体（1）外设置温度输入装置（6），在饮水机本体（1）内设置控制装置（7），温度输入装置（6）和温度传感器（4）连接在控制装置（7）内，控制装置（7）连接流量阀（5）且控制流量阀（5）的开口大小，在饮水机本体（1）出水口设置超声波探头（8）。
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