智能電熱開水器控制板開發(fā)

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，飲水安全及便捷性成為主要任務(wù)。為了適應(yīng)各類人群飲水需求環(huán)境而設(shè)計出一種利用電加熱開水的開水器，為方便飲用采用了單片機的智能控制。按其容量大小來適用于不同群體的需求，大致功率范圍有2KW、3KW、4.5KW、5KW等不同型號，適用于企業(yè)單位、酒店、部隊、車站、機場、工廠、醫(yī)院、學校等公共場合。相和傳統(tǒng)的鍋爐相比具有節(jié)省人力、安全，噪音小，無污染的優(yōu)點，并且供應(yīng)開水方便及時，隨時都可提供飲用水。

一、電熱開水器的種類

目前市面上飲用開水器大致可分為：浮子式開水器、分離式開水器、分層加熱式開水器和即熱式電熱開水器。

第一種：浮子式開水器。浮子式開水器是應(yīng)用最普遍的第一代產(chǎn)品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，主要有一個水箱構(gòu)成，用來儲水和燒水，而浮子用于控制水位，內(nèi)部設(shè)置電發(fā)熱管加熱。由于在使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)其只有一個水箱，不能把生水與開水分隔；只有一個浮子作為水位控制，不能控制人們?nèi)∷畷r生水進入水箱中。造成陰陽水的產(chǎn)生，影響飲用水的質(zhì)量和人們的健康。但由于浮子式開水器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，目前被工廠、機關(guān)單位、酒店、等公共場合大量使用。

第二種：分離式開水器。針對第一代產(chǎn)品會產(chǎn)生陰陽水的缺點，人們進行的技術(shù)革新，研發(fā)出避免陰陽水產(chǎn)生的分離式開水器，其原理使用兩個水箱，主要是把生水和開水分隔開，一個箱體里裝有電熱管，負責燒水，另一個箱體則負責儲存開水。這樣能有效避免生水與開水的混合，徹底解決了“陰陽水”問題。但最初由于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高，箱體密封而不能清洗所造成壽命不長等原因，沒能得到大量推廣，市場占有率很低。

第三種：分層加熱式開水器，其原理是將水逐層加熱，當最高溫度大約達到95度左右時，即停止加熱，但是因具有即燒即飲的特點，所以供水比較及時。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，操作復(fù)雜，維修費用昂貴，耐用性也比較差，最高溫度達不到水開溫度（一般開水需大于98度左右），存在健康隱患。

第四種：即熱式電熱開水器，又叫快熱式電熱水器。即熱式開水器是無儲存無往復(fù)式水路瞬時電加熱設(shè)備，大功率的電加熱器使水在流動中被加熱到沸點，做到了即用即開。不但具有能夠即開即熱，使用方便，且省時省電，節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，解決了健康飲水的問題。最早用于淋浴噴頭，通過流量調(diào)節(jié)水溫，但用于飲水加熱技術(shù)要求高，人們最為擔心的還是安全問題，并且電功率一般都很大，受到很多場合的限制，因此一直無法推廣。

二、目前電熱開水器存在的問題

各類傳統(tǒng)儲水箱式電開水器、飲水機，因為保溫必須重復(fù)燒而白白浪費大量的電能，不僅如此，實驗證明，如果把水反覆地一再燒煮（俗稱千滾水），會使水中的[硝酸鹽]轉(zhuǎn)變成[亞硝酸鹽]，而[亞硝酸鹽]對人體是有害的，它會讓紅血球失去了攜帶氧氣的功能。

有些傳統(tǒng)儲水箱式電開水器內(nèi)水量不足時，它就會自動加水。此時，如果接開水的人沒有注意或是急等飲用，電熱開水器就會流出冷熱混合的水（俗稱陰陽水）。陰陽水可能含有各種病原微生物，因此喝陰陽水可能引起各種腸道傳染病。陰陽水多產(chǎn)生于單缸結(jié)構(gòu)的浮子式開水器。

有鑒于此，本文介紹一種智能飲用電熱開水器，可以解決上述電熱開水器存在的問題。

三、智能飲用電熱開水器主要結(jié)構(gòu)、原理

整個智能化飲用電熱開水器結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

3.1電熱開水器主要結(jié)構(gòu)

如圖1所示，智能化自動電熱飲用開水器包括兩個主要部分：單片機控制系統(tǒng)和電熱開水器部分。單片機可以選用內(nèi)置8通道A/D轉(zhuǎn)換器的芯片來設(shè)計即可，便于采集水位，溫度等數(shù)據(jù)；電熱開水器部分包括水箱和閥門、加熱器、溫度和水位探測器等。按功能部件分為兩個部分：包含主機和智能龍頭兩個部分，主機包含控制芯片、水箱、水位探測器、溫度傳感器等主要部件，智能龍頭包括控制芯片、冷/熱水龍頭等主要部件。

3.2智能飲用開水器工作原理

自來水通過三通分成兩路，一路可以提供涼水使用，另一路則通過進水電磁水閥進入水箱，當水箱內(nèi)的水位低于預(yù)設(shè)高度時，進水電磁水閥打開，給水箱加水。因為水箱內(nèi)設(shè)置有兩個水位傳感器，分別設(shè)置在不同的高度，當水箱的水位低于低位的水位傳感器時，加水，而當水位達到位于高位的水位傳感器時，進水電磁水閥關(guān)閉，停止加水。同時水箱溫度傳感器檢測到的水溫低于第一預(yù)設(shè)溫度時，加熱器通電工作。且在開啟熱水龍頭時，出水熱水閥門不工作即無熱水提供。只有當溫度傳感器檢測到的水溫達到第二預(yù)設(shè)溫度時，加熱器斷電停止加熱，且在開啟熱水龍頭時，出水熱水閥門才能打開提供熱水。水箱的頂端設(shè)有換氣管便于水箱內(nèi)水蒸汽排出和水的流出而設(shè)計的。

由此可見，只有在水箱內(nèi)的水達到預(yù)設(shè)低水位后，才加水。從而杜絕了冷熱水混合，接開水時冷水不會混入，有效杜絕“陰陽水”而由于設(shè)置了溫度傳感器檢測水溫，并設(shè)置加熱溫度而有效杜絕了反復(fù)加熱造成的“千滾水”。

四、電熱水器的單片機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

（1）溫度采集電路：采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻與10KΩ電阻串聯(lián)分壓得到采樣電壓，電容的作用是抗干擾和平滑電壓曲線的作用，減少誤動作。

（2）水位采集電路：用水的導(dǎo)電特性，制成水敏探頭分別放在高低不同的水位上，由于上水時水的波動加大使信號可能誤動作，此時需加大濾波電容的容量，一般在4.7至47μF之間。

五、電熱水器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

單片機開發(fā)實現(xiàn)功能設(shè)計編程，調(diào)試。

5.1主要功能

根據(jù)如下功能來開發(fā)編程控制程序，控制開水器的進出水閥、電加熱器、蜂鳴器和顯示屏等，實現(xiàn)智能控制，主要功能如下：

1）系統(tǒng)自檢：系統(tǒng)各部件的數(shù)據(jù)好壞判斷，報警、保護措施；2）預(yù)防干燒：首次使用或自來水停水或水箱內(nèi)水被用光；3）定時開關(guān)機設(shè)置，避免夜間等休息時間時加熱，待機24小時用電量大幅降低；4）加熱功率設(shè)計，首次使用3-4分鐘即可飲用開水；5）高低水位控制，使冷熱水分離，有效杜絕“千滾水”；6）水位探測器控制注水避免冷熱水混合，產(chǎn)生“陰陽水”，分段加熱，保證即時使用開水，溫度設(shè)計開水98℃。

5.2利用單板機的編程功能，編入定時開關(guān)機功能

具體可通過控制裝置進行設(shè)置，避免家中無人時加熱，待機24小時，用電僅為0.75度，節(jié)能優(yōu)勢明顯。熱速度快，首次使用3-4分鐘即可飲用開水，每小時提供8升開水，用電0.88度冷熱水分離，自動睡眠模式，杜絕反復(fù)加熱；高密度隔熱泡沫，保溫效果好。水溫自動測定，水溫過低停送熱水；智能液晶顯示技術(shù)，體貼運行。

總結(jié)

經(jīng)試驗運行表明，系統(tǒng)運行可靠、功能齊全，實現(xiàn)了杜絕冷熱水混合的“陰陽水”和重復(fù)加熱造成的“千滾水”功能。是一種健康型的飲水機，具有節(jié)能、環(huán)保的特點，適用于企業(yè)單位、酒店、部隊、車站、機場、工廠、醫(yī)院、學校等公共場合使用。

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