生活電器
飲水機方案開發(fā)
飲水機是將桶裝水（蒸餾水、純水、礦泉水等）或經(jīng)過凈化裝置處理過的生活用水進行加熱、制冷或在原水溫狀態(tài)下提供人體飲用的一種裝置。隨著飲水機技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，高端飲水機在傳統(tǒng)飲水機的基礎上增加了抗菌、臭氧消毒、無氟制冷等功能。
一、飲水機方案的工作原理
加熱原理：制熱系統(tǒng)分為內(nèi)熱是和外熱式。內(nèi)熱式是通過不銹鋼電加熱管直接作用于熱罐中的水對水加熱；外熱式是通過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，對電熱元件損傷小。
制冷原理：制冷分為壓縮機制冷和電子制冷。
（1）、壓縮機制冷：壓縮機制冷時利用制冷劑吸熱和冷凝放熱的工作原理進行制冷，分為外制冷和內(nèi)制冷兩種方式。壓縮機制冷系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器、過濾器、毛細管、蒸發(fā)器等5個主要部件用管道連接而成，是一個封閉的系統(tǒng)。系統(tǒng)中充注了制冷劑，制冷劑一般為R12（含氟）或R134a（無氟）。
（2）、電子制冷：電子制冷主要通過電子制冷芯片達到制冷目的。電子制冷片由兩片陶瓷基片組成，中間有127對半導體晶粒。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，達到制冷的目的；放熱端與散熱片相連接，并由風機將熱量帶走。
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組成，與帶負電荷的細菌中和，使細菌細胞壁破裂，細胞質(zhì)溢出，致使細菌死亡，達到殺菌的目的。
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，是一種強氧化劑和消毒劑。如果打開飲水機的消毒開關(guān)，消毒部件就會通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧氣體，向消毒柜中擴散。臭氧達到一定濃度時，可在短時間內(nèi)將微生物殺死，并抑制細菌再生長。紫光殺毒原理：紫光殺毒技術(shù)應用于水消毒已經(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)。國內(nèi)第一臺紫光飲水機于2004年元月在奇迪集團誕生，帶來了飲水機“防二次污染”的技術(shù)突破。
紫光消毒原理：是利用特殊設計的高效率、高強度和長壽命的C波段紫外線發(fā)生器產(chǎn)生的強紫外線照射水或空氣的方式實現(xiàn)消毒的，它可以使水或空氣中的各種病原體細胞組織的DNA結(jié)構(gòu)受到破壞而失去活性，從而達到殺菌消毒的目的。與傳統(tǒng)的二氧化氯法、臭氧法、膜過濾法比較，紫外線消毒技術(shù)的優(yōu)勢在于：不添加任何化學物質(zhì)，不會在水中產(chǎn)生或留下任何有毒物質(zhì)，運行安全。
二、新型飲水機方案設計思路
傳統(tǒng)的飲水機存在著諸多問題，包括安全隱患、健康、節(jié)能等問題。當飲水機無水干燒時，輕則燒壞飲水機，嚴重時還會引起火災；小孩子好奇按出水按鍵玩耍引起燙傷；熱水罐里的水反復加熱，形成千滾水，對人的身體產(chǎn)生危害；飲水機加熱完成后，如果人們忘記切斷電源，它就會一直處于耗電狀態(tài)，造成能源浪費。另外，還有加熱等待時間長，需要人工操作電源開關(guān)及出水開關(guān)等問題。從安全、健康、節(jié)能、便捷、人性并且易于使用出發(fā)，設計功能完善的即熱式智能飲水機。
飲水機上安裝有熱釋電紅外線傳感器，自動檢測是否有人接近飲水機，光敏傳感器檢測是白天還是晚上，從而判別是否開啟歡迎語音；即熱式電熱管對冷水進行加熱，可即時出水，既能防止千滾水，用戶也無需等待，用兩個電磁閥對冷、熱水出水口進行控制；溫度傳感器對水溫進行監(jiān)測，如果溫度異常自動切斷電源；液位傳感器檢測水位是否足夠，如果水位不足則自動報警；障礙物檢測模塊檢測是否有水杯放到出水口，如果檢測到水杯，同時水位滿足要求，則照明燈開啟，加熱管加熱，放出熱水。
本飲水機功能要求為即熱、健康、安全、節(jié)能、語音提示。根據(jù)設計功能，運用模塊化設計方法，采用51單片機來控制,實現(xiàn)了飲水機智能化。
三、飲水機硬件設計
飲水機控制系統(tǒng)主要以單片機為核心設計，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、語音模塊、溫度傳感器等部分。
1）人體檢測，啟動電源。在飲水機上安裝紅外線熱釋電傳感器作人體檢測模塊，當人靠近飲水機時，人體檢測模塊向單片機發(fā)出信號，單片機接通工作電源。光敏傳感器模塊檢測是否是白天，如果是白天，飲水機語音模塊發(fā)出歡迎語音，工作電源指示燈亮。如果是晚上，語音模塊則不啟動，只工作電源指示燈亮。語音模塊白天啟動，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)模式可用于學校、超市、酒店等公共場所。
2）水位檢測，啟動照明。工作電源啟動后，液位傳感器檢測水位是否足夠，如果水位不足，語音模塊報警，且水位報警燈亮，提示用戶加水，不進行下一步操作。如果水位滿足要求，出水口照明燈亮，即進入加熱環(huán)節(jié)。
3）水杯檢測，啟動加熱。當用戶按下熱水按鍵后，由光敏傳感器構(gòu)成的障礙物檢測模塊檢測水杯是否放到熱水口。如果檢測到水杯，則熱水電磁閥打開，即時加熱器加熱，放出熱水。如果沒檢測到水杯，則熱水電磁閥關(guān)閉，熱水口不出水，同時語音提示用戶將水杯放到出水口。溫度傳感器對即熱式電加熱器進行實時檢測，確保溫度正常，如果溫度異常將自動切斷電源，防止引發(fā)安全事故。用戶接完熱水后，水杯移開，單片機控制即熱式加熱器和照明燈關(guān)閉，人離開后，人體檢測模塊給單片機一個信號，關(guān)閉工作電源，達到節(jié)能的目的。
4）童鎖。飲水機采用熱水按鍵和障礙物檢測模塊雙重控制熱水流出，此設計避免了小孩子玩耍時即使把手放到出水口，但因沒有同時按下熱水按鍵，出水口不會放出熱水，防止小孩被開水燙傷，有效地實現(xiàn)了童鎖功能。同時也避免用戶無意中按下熱水鍵，但因沒有水杯接水，出水口也不會放出熱水。
四、飲水機軟件設計
系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的控制功能,自頂向下進行設計，整個系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)精簡,便于設計和調(diào)試。
本飲水機針對傳統(tǒng)飲水機存在的問題進行改進，采用51單片機來實現(xiàn)對飲水機的控制，彌補了傳統(tǒng)飲水機的不足之處。與傳統(tǒng)飲水機相比，更加健康、安全、節(jié)能、便捷，飲水機的智能化體現(xiàn)在單片機與各傳感器模塊的結(jié)合上，這種綜合應用理念也是家電智能化的的發(fā)展趨勢。
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