生活電器
飲水機(jī)方案開發(fā)
飲水機(jī)是將桶裝水（蒸餾水、純水、礦泉水等）或經(jīng)過(guò)凈化裝置處理過(guò)的生活用水進(jìn)行加熱、制冷或在原水溫狀態(tài)下提供人體飲用的一種裝置。隨著飲水機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，高端飲水機(jī)在傳統(tǒng)飲水機(jī)的基礎(chǔ)上增加了抗菌、臭氧消毒、無(wú)氟制冷等功能。
一、飲水機(jī)方案的工作原理
加熱原理：制熱系統(tǒng)分為內(nèi)熱是和外熱式。內(nèi)熱式是通過(guò)不銹鋼電加熱管直接作用于熱罐中的水對(duì)水加熱；外熱式是通過(guò)加熱線圈在熱罐外部通電加熱，外部敷以保溫層以減少熱量損失。對(duì)比之下，內(nèi)部加熱熱效率高、耗電少，但加熱層表面容易結(jié)垢，不易清洗；外部加熱熱損失量大，噪音大，但結(jié)垢少，對(duì)電熱元件損傷小。
制冷原理：制冷分為壓縮機(jī)制冷和電子制冷。
（1）、壓縮機(jī)制冷：壓縮機(jī)制冷時(shí)利用制冷劑吸熱和冷凝放熱的工作原理進(jìn)行制冷，分為外制冷和內(nèi)制冷兩種方式。壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、過(guò)濾器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等5個(gè)主要部件用管道連接而成，是一個(gè)封閉的系統(tǒng)。系統(tǒng)中充注了制冷劑，制冷劑一般為R12（含氟）或R134a（無(wú)氟）。
（2）、電子制冷：電子制冷主要通過(guò)電子制冷芯片達(dá)到制冷目的。電子制冷片由兩片陶瓷基片組成，中間有127對(duì)半導(dǎo)體晶粒。工作中一側(cè)的陶瓷基片發(fā)生放熱現(xiàn)象，另一側(cè)發(fā)生吸熱現(xiàn)象。吸熱一端與冷膽內(nèi)的制冷棒相連接，達(dá)到制冷的目的；放熱端與散熱片相連接，并由風(fēng)機(jī)將熱量帶走。
抗菌原理：抗菌劑主要是用防止微生物降解的配方實(shí)現(xiàn)的，這種配方是具有免除致病微生物生物功能的一種添加劑。抗菌劑由帶電正電荷的基團(tuán)組成，與帶負(fù)電荷的細(xì)菌中和，使細(xì)菌細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞質(zhì)溢出，致使細(xì)菌死亡，達(dá)到殺菌的目的。
臭氧消毒原理：臭氧是一種不穩(wěn)定的氣體，可溶于水但溶解度不高，是一種強(qiáng)氧化劑和消毒劑。如果打開飲水機(jī)的消毒開關(guān)，消毒部件就會(huì)通過(guò)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，向消毒柜中擴(kuò)散。臭氧達(dá)到一定濃度時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)將微生物殺死，并抑制細(xì)菌再生長(zhǎng)。紫光殺毒原理：紫光殺毒技術(shù)應(yīng)用于水消毒已經(jīng)有100多年的歷史，消毒效率非常高，也是一種環(huán)保技術(shù)。國(guó)內(nèi)第一臺(tái)紫光飲水機(jī)于2004年元月在奇迪集團(tuán)誕生，帶來(lái)了飲水機(jī)“防二次污染”的技術(shù)突破。
紫光消毒原理：是利用特殊設(shè)計(jì)的高效率、高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命的C波段紫外線發(fā)生器產(chǎn)生的強(qiáng)紫外線照射水或空氣的方式實(shí)現(xiàn)消毒的，它可以使水或空氣中的各種病原體細(xì)胞組織的DNA結(jié)構(gòu)受到破壞而失去活性，從而達(dá)到殺菌消毒的目的。與傳統(tǒng)的二氧化氯法、臭氧法、膜過(guò)濾法比較，紫外線消毒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：不添加任何化學(xué)物質(zhì)，不會(huì)在水中產(chǎn)生或留下任何有毒物質(zhì)，運(yùn)行安全。
二、新型飲水機(jī)方案設(shè)計(jì)思路
傳統(tǒng)的飲水機(jī)存在著諸多問(wèn)題，包括安全隱患、健康、節(jié)能等問(wèn)題。當(dāng)飲水機(jī)無(wú)水干燒時(shí)，輕則燒壞飲水機(jī)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起火災(zāi)；小孩子好奇按出水按鍵玩耍引起燙傷；熱水罐里的水反復(fù)加熱，形成千滾水，對(duì)人的身體產(chǎn)生危害；飲水機(jī)加熱完成后，如果人們忘記切斷電源，它就會(huì)一直處于耗電狀態(tài)，造成能源浪費(fèi)。另外，還有加熱等待時(shí)間長(zhǎng)，需要人工操作電源開關(guān)及出水開關(guān)等問(wèn)題。從安全、健康、節(jié)能、便捷、人性并且易于使用出發(fā)，設(shè)計(jì)功能完善的即熱式智能飲水機(jī)。
飲水機(jī)上安裝有熱釋電紅外線傳感器，自動(dòng)檢測(cè)是否有人接近飲水機(jī)，光敏傳感器檢測(cè)是白天還是晚上，從而判別是否開啟歡迎語(yǔ)音；即熱式電熱管對(duì)冷水進(jìn)行加熱，可即時(shí)出水，既能防止千滾水，用戶也無(wú)需等待，用兩個(gè)電磁閥對(duì)冷、熱水出水口進(jìn)行控制；溫度傳感器對(duì)水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果溫度異常自動(dòng)切斷電源；液位傳感器檢測(cè)水位是否足夠，如果水位不足則自動(dòng)報(bào)警；障礙物檢測(cè)模塊檢測(cè)是否有水杯放到出水口，如果檢測(cè)到水杯，同時(shí)水位滿足要求，則照明燈開啟，加熱管加熱，放出熱水。
本飲水機(jī)功能要求為即熱、健康、安全、節(jié)能、語(yǔ)音提示。根據(jù)設(shè)計(jì)功能，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，采用51單片機(jī)來(lái)控制,實(shí)現(xiàn)了飲水機(jī)智能化。
三、飲水機(jī)硬件設(shè)計(jì)
飲水機(jī)控制系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)，包括CPU、紅外線熱釋電傳感器、液位傳感器、電磁閥、光敏傳感器、語(yǔ)音模塊、溫度傳感器等部分。
1）人體檢測(cè)，啟動(dòng)電源。在飲水機(jī)上安裝紅外線熱釋電傳感器作人體檢測(cè)模塊，當(dāng)人靠近飲水機(jī)時(shí)，人體檢測(cè)模塊向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)接通工作電源。光敏傳感器模塊檢測(cè)是否是白天，如果是白天，飲水機(jī)語(yǔ)音模塊發(fā)出歡迎語(yǔ)音，工作電源指示燈亮。如果是晚上，語(yǔ)音模塊則不啟動(dòng)，只工作電源指示燈亮。語(yǔ)音模塊白天啟動(dòng)，夜晚關(guān)閉，并可調(diào)節(jié)為家庭模式和商業(yè)模式，商業(yè)模式可用于學(xué)校、超市、酒店等公共場(chǎng)所。
2）水位檢測(cè)，啟動(dòng)照明。工作電源啟動(dòng)后，液位傳感器檢測(cè)水位是否足夠，如果水位不足，語(yǔ)音模塊報(bào)警，且水位報(bào)警燈亮，提示用戶加水，不進(jìn)行下一步操作。如果水位滿足要求，出水口照明燈亮，即進(jìn)入加熱環(huán)節(jié)。
3）水杯檢測(cè)，啟動(dòng)加熱。當(dāng)用戶按下熱水按鍵后，由光敏傳感器構(gòu)成的障礙物檢測(cè)模塊檢測(cè)水杯是否放到熱水口。如果檢測(cè)到水杯，則熱水電磁閥打開，即時(shí)加熱器加熱，放出熱水。如果沒(méi)檢測(cè)到水杯，則熱水電磁閥關(guān)閉，熱水口不出水，同時(shí)語(yǔ)音提示用戶將水杯放到出水口。溫度傳感器對(duì)即熱式電加熱器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確保溫度正常，如果溫度異常將自動(dòng)切斷電源，防止引發(fā)安全事故。用戶接完熱水后，水杯移開，單片機(jī)控制即熱式加熱器和照明燈關(guān)閉，人離開后，人體檢測(cè)模塊給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，關(guān)閉工作電源，達(dá)到節(jié)能的目的。
4）童鎖。飲水機(jī)采用熱水按鍵和障礙物檢測(cè)模塊雙重控制熱水流出，此設(shè)計(jì)避免了小孩子玩耍時(shí)即使把手放到出水口，但因沒(méi)有同時(shí)按下熱水按鍵，出水口不會(huì)放出熱水，防止小孩被開水燙傷，有效地實(shí)現(xiàn)了童鎖功能。同時(shí)也避免用戶無(wú)意中按下熱水鍵，但因沒(méi)有水杯接水，出水口也不會(huì)放出熱水。
四、飲水機(jī)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的控制功能,自頂向下進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn),便于設(shè)計(jì)和調(diào)試。
本飲水機(jī)針對(duì)傳統(tǒng)飲水機(jī)存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，采用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)飲水機(jī)的控制，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)飲水機(jī)的不足之處。與傳統(tǒng)飲水機(jī)相比，更加健康、安全、節(jié)能、便捷，飲水機(jī)的智能化體現(xiàn)在單片機(jī)與各傳感器模塊的結(jié)合上，這種綜合應(yīng)用理念也是家電智能化的的發(fā)展趨勢(shì)。
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