CN201097186Y - 一种单片机控制数字式高质节能饮水机 - Google Patents

一种单片机控制数字式高质节能饮水机 Download PDF

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本实用新型属于日常生活中的家电产品,具体涉及一种由单片机控制的数字式高质节能饮水机。主要由真空保温水胆、控制系统电路、电磁阀、热电偶、液位开关、电源电路组成。其中控制系统电路包括以单片机为处理核心的中央处理电路1和与中央处理器相连接的数码显示和键盘控制电路(2)、实时时钟电路(3)、进水出水控制电路(4)、温度采集电路(5)、液位监测电路(6)、加热控制电路(7)、报警电路(8)及电源电路(9)。本实用新型结构简单,成本低廉,节能环保、安全性高、实用性强、系统本身稳定性好、抗干扰能力强,不但能实现精确的控制,而且设置功能比较简单、容易操作。

Description

一种单片机控制数字式高质节能饮水机
技术领域
本实用新型属于日常生活中的家电产品,具体涉及一种由单片机控制数字式高质节能饮水机。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高,饮水机已走进千家万户,给人们生活带来了极大的便利。据统计目前国内有4000万台饮水机在使用中,而且其数目在不断增加,可见市场潜力很大,正日益成为人们生活不可缺少的帮手。但是传统饮水机高速发展之后所面临的问题是我们所不能回避和漠视的。当前由于传统饮水机在设计和控制方面的缺陷而在健康、节能方面带来的问题,已是一大社会公害,消费者对此一直有很多抱怨和不满。主要问题有以下几方面:
一、久煮产生“千滚水”
当传统饮水机加热系统开启后,电热丝开始加热,热胆中饮水升温;当水温达到设定温度(一般为90摄氏度)后,温控器停止加热;由于热量散发而使热胆中水温不断缓慢下降,当水温降到另一设定温度(一般为75摄氏度)时,温控器又重新开始加热。这样饮用水在热胆内被反复“加热-冷却-再加热”而形成“千滚水”。这种水看似干净,实际上却含有重金属、砷化物等有害物质,长期引用会干扰人的胃肠功能,使人出现腹泻、腹胀。
二、耗电量远超过家用空调器
饮水机正逐渐成为是家庭中耗电量最大的家用电器,我们做过这样一项简单的算术:以制造1升水为例,在不关机的状态下,功率为0.5KW的传统饮水机日均消耗电能1.8千瓦时,证明是节能冰箱的4倍多。传统饮水机“烧烧停停”的工作机理,无形中造成90%以上的能源浪费,使其成为“电能杀手”。
三、水干烧易造成火患
目前饮水机在使用过程中,用户通常会让饮水机一直处于通电状态,这就存在着极大的安全隐患:饮水机一旦缺水而用户忘记加水,就会使饮水机干烧造成火灾事故。
四、功能单一,可控性差
目前大多家用饮水机功能少且可控性差,机器的开启和关闭都需人工操作,而且出现蓄水箱水量少或是没有水引起干烧时,只能断电保护而没有报警功能,同时也不能实时显示水胆中的水温,这些问题都在一定程度上给用户带来了不便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了传统饮水机的上述不足,提供一种实时控制性好、功能多、操作简单、节电、安全的高质节能饮水机。
为了实现上述目的,本实用新型采取了如下技术方案。包括有水胆和控制电路部分,其特征在于:所述的水胆为真空保温水胆,在真空保温水胆内设置有下限液位传感器10和上限液位传感器15,在真空保温水胆12的上端面设置有进冷水电磁阀13,侧面设置有出热水电磁阀17和热电偶16;
所述的控制电路部分包括有中央处理电路1、数码显示和键盘控制电路2、实时时钟电路3、进水出水控制电路4、温度采集电路5、液位检测电路6、加热控制电路7和电源电路9;其中,
实时时钟电路3与中央处理电路1相连,将时钟信号传送给中央处理电路1;
进水出水控制电路4的输入端与中央处理电路1相连,输出端与进冷水电磁阀13和出热水电磁阀17相连,中央处理电路1通过进水出水控制电路4控制进冷水电磁阀13和出热水电磁阀17的打开和闭合;
温度采集电路5的一端与真空保温水胆12内的热电偶13相连,另一端与中央处理电路1相连,将真空保温水胆12内的温度信号传送给中央处理电路1;
液位检测电路6的一端与下限液位传感器10和上限液位传感器15相连,另一端与中央处理电路1相连,将真空保温水胆12内的液位信号传送给中央处理电路1;
加热控制电路7与中央处理电路1相连,加热控制电路7在中央处理电路1的控制下给真空保温水胆12中的热水加热;
数码显示和键盘控制电路2与中央处理电路1相连,用于显示真空保温水胆12中水的温度及当前的时间,键盘可控制系统的开关机状态及设定定时时间。
还包括有报警电路8,报警电路8与中央处理电路1相连,在真空保温水胆12内的液位低于下限液位或蓄水箱中水量不足时发出报警。
在系统上电后中央处理电路首先会完成对各部分的初始化,然后处理实时时钟电路3和温度采集电路5送来的信息并控制数码显示及键盘控制电路2显示当前的时间和水胆中的水温。接着采集液位监测电路6的信息判断水胆中水位的高低,若水位低于下限则控制进水出水控制电路4对水胆加水并延时一定的时间,之后再采集液位监测电路6的信息判断水胆中水位的高低,若水位没有达到上限则说明蓄水箱中没有水,中央处理电路1就会触发断电报警电路8。若水位高于下限,中央处理电路1就会处理温度采集电路5采集的信息,当水胆中水温高于设定下限温度时就会控制进水出水控制电路4打开处热水电磁阀,否则就会触发加热控制电路7开始加热直到达到上限水温后关闭电源并控制进水出水控制电路4打开处热水电磁阀,实现“水不开流不出”的功能。另位在此过程中可随时通过中央处理电路1控制数码显示及键盘控制电路2设定自动开机和关机的时间。
本实用新型的有益效果是:
1、由于该饮水机采用了真空保温水胆因而可以大大延长热水的保温时间。另外,控制电路部分采用了以单片机为核心的数字控制电路,从而实现了饮水机取热水时没有冷水补充及“水不开流不出”的功能,并且直到热水用完才加入冷水并开始加热,这样就很大程度上避免了传统饮水机的“千滚水”,提高了水质。
2、有效的节约电能资源。由于在很大程度上避免了热水胆中热水的反复加热,这样就能节约大量的电能资源,且给家庭节省了开支。
3、产品安全性高。当热水胆中没有冷水流入出现干烧或者蓄水箱中水量不足时,系统就会断电报警,因而使产品的安全性得到极大的提高。
4、功能多,实时控制性好。本实用新型系统稳定性好,抗干扰能力强,实时控制性好,可以设定开机和关机的时间,实时显示热水的温度,而且此设置功能比较简单、易操作,能很好的满足使用者的要求,同时给使用者的生活带来极大的方便。
附图说明
图1控制系统电路框图
图2饮水机控制系统电路原理图
图3电磁阀、热电偶、液位传感器安装示意图
图4饮水机工作流程图
图中:1、中央处理电路,2、数码显示及键盘控制电路,3、实时时钟电路,4、进水出水控制电路,5、温度采集电路,6、液位监测电路,7、加热控制电路,8、报警电路,9、电源电路;10、下限液位传感器,11、通气孔,12、真空保温水胆,13、真空保温水胆,14、进水口,15、上限液位传感器,16、热电偶,17、出热水电磁阀,18、出水口,19、排水口。
具体实施方式
结合附图图1~图4对本实施例进行详细说明:
本实施例的控制系统电路的特点是中央处理电路1采用了以单片机为核心处理器。
中央处理电路1:由U1单片机组成,U1选用的是AT89C55WD,U1的P0.0~P0.7引脚和实时时钟电路3中实时时钟模块U20的1~8引脚相连,P3.3、P3.6、P3.7、ALE和其10~13引脚相连,P1.0和进水出水控制电路4中的进冷水控制电路模块U2的1引脚相连,P1.1和进水出水控制电路4中的出热水控制电路模块U5的1引脚相连,P1.2和液位监测电路6中的上限液位传感器U6的1引脚相连,P1.3和液位监测电路6中的上下限液位传感器U7的1引脚相连,P1.4和加热控制电路7中的缓冲器U8的1引脚相连,P2.0和P2.1和实时时钟电路3中的反相器U19的1、2引脚相连,P2.2~P2.4和数码显示及键盘控制电路2中的数码管U14和键盘驱动器U11的1~3引脚相连,P2.5和P2.6和温度采集电路5中的A/D转换模块U17的1、2引脚相连,P2.7和报警电路8中的功率放大器U15的1引脚相连。
数码显示和键盘控制电路2:包括数码管U14和键盘驱动器U11、控制键盘U12、三态缓冲器U13、数码管U14四部分,U11选用的是HD7279,U12选用的是OMRON按键B3F-4055,I13选用的是74LS244。其中U11的4~9和U13的1~6引脚相连,而U13的1~12引脚和U14的1~6引脚相连,U11的10~17引脚和U14的7~14引脚相连,U12的1~7引脚和U11的10~16相连,U12的8、9引脚和U13的5、6引脚相连。
实时时钟电路3:由实时时钟模块U20和反相器U19的1、3引脚组成。其中,U19选用的是74LS04,U20选用的是DS12887,U20的9引脚和U19的3引脚相连,U20的14引脚接地。
进水出水控制电路4:由进冷水控制电路模块U2、进冷水电磁阀U3、出热水控制电路模块U5、出热水电磁阀U4组成。其中U2、U5选用的是TLP521-1,U3、U4选用的是2W160-15。U2的2、3引脚和U3的1、2引脚相连,U5的2、3引脚和U4的1、2引脚相连。
温度采集电路5:由A/D转换模块U17、温度采集模块U18、电阻R、反相器U19的2、4引脚组成。U17选用的是DWB-Pt100,U18选用的是TLC549。U17的3引脚和U19的4引脚相连,U17的4引脚引出两根线,一根和电阻R的一段相连,另一根和U18的1引脚相连,电阻R的另一段和地线相连,而U18的2引脚也和地线相连。
液位监测电路6:由上限液位传感器U6和下限液位传感器U7组成。U6、U7选用的是FBS-45S-512A,其中U6的2引脚和地线相连,同样U7的2引脚也和地线相连。
加热控制电路7:由缓冲器U8、加热控制电路U9、继电器U10组成。U9选用的是TLP521-1,U8选用的是SN74LS07N,U10选用的是APA3319。其中U8的2引脚和U9的1引脚相连,U9的2、3引脚和U10的1、2引脚相连。
报警电路8:由功率放大电路U15和扬声器U16组成。U15选用的是LM386,U16选用的是FMQ-2724。其中U15的2引脚和U16的1引脚相连。
电源电路9:除了日常生活用电+220V外,还包括由+5V电源模块和+24V电源模块组成的供电电路。
参照附图4,饮水机工作过程如下:
当饮水机上电开机后首先完成对实时时钟模块U20、数码管和键盘驱动器U11、A/D转换模块U17的初始化,打开单片机U1的中断,设置初始运行参数,并关闭两个进水出水电磁阀U3和U4,在数码管U14中显示时间和热水胆中的水温,并时刻响应键盘电路U12和实时时钟电路的中断。首先对下限液位传感器U7采集的信息分析处理,当判断热水胆中的水位达到最低时,为了防止干烧,单片机U1将打开进冷水的电磁阀U3,并延时一段时间。接着对上限液位传感器U6采集的信息分析处理,当判断热水胆中水位达到最高水位时,单片机U1则控制关闭进冷水电磁阀U3。若在设定的一段延时之后,水胆内仍没有达到最高水位,则说明蓄水箱中已没有水,单片机U1就会触发报警器U16报警提示使用者应给饮水机加水。若开机后判断水位高于设定的最低值,则将温度采集电路监测的此时水胆内水温和设定值比较,若低于设定值则就会通过加热控制电路触发继电器U10进行加热,直到水温达到设定值时就会关闭继电器停止加热并由单片机U1通过出热水控制电路打开出热水电磁阀U4,这样就实现了“水不开流不出”的功能,反之则不加热处于保温状态。当按下键盘电路U12上设定定时时间的按键时,进入设置定时状态,通过小时和分钟按键可分别设置小时和分钟,最后按下确定键退出设置定时状态,单片机U1会把定时时间保存到内存中,当定时时间到时,整个系统就会进入“睡眠状态”而不在执行任何操作,而U20则会一直处于工作状态,以保证系统正常计时。同样当按下设置开机时间按键时,进入设定开机时间,分别通过小时和分钟按键设置开机时间,按下确定键后退出设置状态,单片机U1把此时间也保存到内存中,当时钟达到这个时间时自动开始运行程序的各个操作。
参照附图3,在真空保温水胆上端面位置安装上限和下限液位传感器,在侧壁中下位置安装热电偶,在进水口和出水口分别安装电磁阀,在上端面上设置有通气孔,在下端面上设置有排水口。

Claims (2)

1、一种单片机控制数字式高质节能饮水机,包括有水胆和控制电路部分,其特征在于:所述的水胆为真空保温水胆(12),在真空保温水胆(12)内设置有下限液位传感器(10)和上限液位传感器(15),在真空保温水胆(12)的上端面设置有进冷水电磁阀(13),侧面上设置有出热水电磁阀(17)和热电偶(16);
所述的控制电路部分包括有中央处理电路(1)、数码显示和键盘控制电路(2)、实时时钟电路(3)、进水出水控制电路(4)、温度采集电路(5)、液位检测电路(6)、加热控制电路(7)和电源电路(9);其中,
实时时钟电路(3)与中央处理电路(1)相连,将时钟信号传送给中央处理电路(1);
进水出水控制电路(4)的输入端与中央处理电路(1)相连,输出端与进冷水电磁阀(13)和出热水电磁阀(17)相连,中央处理电路(1)通过进水出水控制电路(4)控制进冷水电磁阀(13)和出热水电磁阀(17)的打开和闭合;
温度采集电路(5)的一端与真空保温水胆(12)内的热电偶(16)相连,另一端与中央处理电路(1)相连,将真空保温水胆(12)内的温度信号传送给中央处理电路(1);
液位检测电路(6)的一端与下限液位传感器(10)和上限液位传感器(15)相连,另一端与中央处理电路(1)相连,将真空保温水胆(12)内的液位信号传送给中央处理电路(1);
加热控制电路(7)与中央处理电路(1)相连,加热控制电路(7)在中央处理电路(1)的控制下给真空保温水胆(12)中的热水加热;
数码显示和键盘控制电路(2)与中央处理电路(1)相连,用于显示真空保温水胆(12)中水的温度及当前的时间,键盘可控制系统的开关机状态及设定定时时间。
2、根据权利要求1所述的一种单片机控制数字式高质节能饮水机,其特征在于:还包括有报警电路(8),报警电路(8)与中央处理电路(1)相连,在真空保温水胆(12)内的液位低于下限液位或蓄水箱中水量不足时发出报警。
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