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1、节能型家用饮水机设计者：刘剑宇，朱伯韬，邵俊杰，王继鹏，李晨，胡祯，陈璋指导教师：李毅（西南交通大学 机械工程学院，成都 611756）作品内容简介本作品在原有的普通家用型热水器的基础上增加了一个单片机智能控制模块，并对饮水机内部水箱进行了改造以实现对加热温度、加热水量以及加热时间等条件的控制。在控制界面设置有：一次性加热、节能保温、常加热三种加热方式。同时还可以对保温温度进行设置。一次性加热设置有语音提醒功能（当水达到温度后提醒用户饮用）。关键字： 水量选择 智能加热 温度调节 1、研制背景及意义饮水机在我国已成为家庭、办公场所不可或缺的电器。然而传统饮水机存在的耗能大、热水反复加热、水质不
2、新鲜、保温效果差等缺陷。饮水机在打开电源后，不管白天还是晚上，饮水机一直处于加热保温状态，加热罐内的纯水被长时间反复加热，形成了“千滚水”，不但不利于健康而且还造成了大量的电力资源浪费。目前我国饮水机拥有量已超过1.2亿台。每台饮水机日用电量要达到1.2至1.7度，一年耗电就是550多度。饮水机每天真正使用的时间大约在810个小时，其他时间都是闲置待机时间。看来，有近三分之二的电被白白浪费掉了。每年浪费电量在300亿千瓦时以上。为了饮水方便人们往往会使饮水机一只处于工作状态，很少会在不需要用的时候关闭饮水机。这与饮水机简单的开关设置有着较大关系。我们认为通过对饮水机加热的智能控制可以大大降低饮
3、水机的能耗。2、设计方案2.1 电器部分“一次性加热”功能通过单片机的控制，当用户点击控制界面“一次性加热”按钮后，饮水启动加热。在达到饮用温度后，单片机收到温度传感器信号，控制语音电路发出提示音并控制饮水机在一定的保温时间后停止工作。当用户在选择常加热时饮水机就如普通家用饮水机一样工作，以保证持续的热水需求。“节能保温”的设置为当用户点击“节能保温”按钮后通过按键对于保温温度进行设定，单片机控制加热开关使水温保持在设定温度。节能保温模块硬件系统组成介绍：2.1.1总体硬件部分：继电器报警液晶显示电源指示灯单片机AT89C52温度传感器按键温度采集模块：温度采集模块功能是对外界水温进行采集，然
4、后将信号传给单片机。测量温度的关键是温度传感器，本文采用DS18B20进行测温，其温度值可以直接读出来，通过核心部件单片机AT89C52控制温度的读写和显示，通过LCD进行显示。DS18B20硬件电路图 时钟电路：RST、SCLK和I/O口分别于单片机的P1.5,P1.6和P1.7口相连。用于控制一次性加热后的保温时间。时钟电路硬件电路图电磁继电器控制电路： 本模块中继电器与一灯泡相连，加热状态时为灯亮即继电器闭合，保温状态时，灯灭，继电器断开。同时继电器控制水箱间的电子阀门控制加热水量。继电器硬件电路图水温控制主程序程序流程图：YNY初始化LCD初始化DS18B20读取温度LCD显示温度LC
5、D显示温度设定目标温度实温大于设定温度继继续加热灯亮设定温度于报警值99度N继电器断开停止加热灯灭报警报警2.2 物理构造部分我们通过对热水箱的改造，将水箱隔断为两个部分。二者有独立的加热系统。同时二者之间有电子阀门进行连接。在饮水机外部设有一个开关控制电子阀门的开闭。对于不同的水量需求可以控制加热水箱的数量，以此来控制加热的水量。做到按需求加热。饮水机内部构造简图3、产品总体功能说明开始LCD屏常加热节能保温单次加热 控制界面单次加热：当只需要一次性用水时，按下“单次加热按钮”。饮水机在达到温度后语音提醒用户，并在保温半个小时后自动关闭。防止因为忘记关饮水机而使之长时间加热。常加热：按下“常
6、加热”按钮，则饮水机进入常规工作状态。以此保证长时间用热水的需求。节能保温：在“常加热”的工作状态下，按下“节能保温”按钮。同时设置保温温度，按下开始键开始工作，热胆内的水温控制在设定温度。水量调节：饮水机侧面设置有水量选择开关，对加热水量进行选择。有两档选择。可根据每次使用的量以及使用的人数进行选择。4、节能效率计算为了准确分析节能饮水机的节能效率,对传统饮水机和节能饮水机（节能保温状态）24h耗电量计算如下:=(C+ C=(C+ C式中：传统饮水机24h耗电量； 节能饮水机24h耗电量；C水的比热容，取3200J/（kg） 水的密度，取1kg/4L； 家庭平均饮水量，取4L； 传统饮水机热
7、胆的容积，取1L; 节能饮水机热胆的热容积，取1.3L; 传统饮水机平均水温升高度数取93-26=67 节能饮水机平均水温升高度数，取97-20=77； 传统热水机保温时水温变化度数，取93-78=15； 节能热水机 保温时水温变化度数，取97-60=37 传统饮水机24h重复加热次数，取48次； 节能饮水机24h重复加热次数，取3次； 电加热效率，取0.95； 代入数据，得： =4.15XJ=1.14KWh =1.66xJ=0.46KWh 节能饮水机节能效率计算： （）=60.0如果饮水机24h处于待机状态，记没有饮水的情况下，根据上式计算，节能饮水机（节能保温状态）节能效率可达60.0。同
8、时在单次加热、加热水量控制及定时功能使用的情况下节能效率将进一步得到提高。估算为75%80%。Q=nK（- ）式中：n年天数，取365；K平均一天中不宜直接喝凉水的天数所占的比例，取0.7；计算有Q=220.4KWh。5、创新点及优势本作品主要创新点是在节能方式创新：在家用饮水机的基础上根据用户的使用特性增加饮水机的功能选项以实现节能。相较于单纯地提高饮水机的热胆保温能力，我们的产品直接从使用方式上节约能源。同时满足了功能上的需求和节约能源的目标。相较于普通家用饮水机我们有更多的功能选择和不俗的节能效率。同样有别于大型公共饮水机的节能方式，我们的节能方式成本更为低廉且更适应于家庭或小型办公场所使用，有较高的普及价值。参考文献1 Gary Rost Bradski，于仕琪，刘瑞祯译学习opencv（中文版），清华大学出版社,20092 景红计算机程序设计基础（C+）,西南交通大学出版社,20093 郭天祥51单片机C语言教程，电子工业出版社,2009 4谢敏玲,陆春松电机与电气模块化实用教程，中国水利水电出版社，2010
