普通飲水機的（節電，健康化）改造(一)

目錄
摘要 …………………………………………………………………………………………2
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………2
1引語(yǔ)……………………………………………………………………………………2
2電路的組成………………………………………………………………………………2
3電路說(shuō)明……………………………………………………………………………………3
 3.1電源電路…………………………………………………………………………………3
 3.1.1電路組成……………………………………………………………………………3
 3.1.2電路原理……………………………………………………………………………3
 3.2省電控制電路及原理…………………………………………………………………4
 3.2.1電路組成…………………………………………………………………………4
 3.2.2電路原理…………………………………………………………………………4
 3.3涼熱水分開(kāi)及水位指示電路及原理…………………………………………5
 3.3.1電路組成…………………………………………………………………………6
 3.3.2電路工作原理…………………………………………………………………7
4元件清單…………………………………………………………………………………8
5制作注意事項……………………………………………………………………………9
6 結論………………………………………………………………………………………9
7謝辭………………………………………………………………………………………10
參考文獻……………………………………………………………………………………10

普通飲水機的（節電，健康化）改造

摘要：很少有人會(huì )注意到飲水機的節電，健康化問(wèn)題。普通飲水機即耗電量大，有因飲水機內部加，熱水簡(jiǎn)單，隨著(zhù)大量涼水進(jìn)入加熱器，在下一次加熱器加熱之前，我們喝的都是涼熱混合水，不夠衛生。因此，以延時(shí)芯片CD4541為核心，我對普通飲水機進(jìn)行了適當的改造。即節電又衛生。
關(guān)鍵詞: 飲水機 節電 衛生 CD4541
 1引語(yǔ)
 說(shuō)起家電節電，人們自然會(huì )想起冰箱。彩電等耗電大戶(hù)，而躲在客廳一角默默無(wú)聞的普通飲水機，其能耗問(wèn)題卻常常被人忽略。據分析，當功率為600W的飲水機處于保溫工作狀態(tài)24小時(shí)，其耗電近1度，耗電量超過(guò)電冰箱。不僅耗電，而且由于飲水機重復加熱，水質(zhì)不新鮮，易結垢，不利健康。除此之外，目前幾乎所有的普通飲水機的凉，熱水并未分開(kāi)，很多時(shí)候我們和的第一杯是開(kāi)水，但是隨著(zhù)大量涼水進(jìn)入加熱器，在下一次加熱器加熱之前，我們喝的都是涼熱混合水，不夠衛生。

 “省電，健康型飲水機”從以上這兩個(gè)問(wèn)題:我對飲水機內部電路進(jìn)行了設計和改造，以CD4541控制加熱器的通電時(shí)間，達到節能的目的。本設計可以保證在開(kāi)水用完之后，在注入涼水。這樣避免了涼熱水混合，飲用不衛生的情況，并且設置了開(kāi)水水位指示。

 該“省電，健康型飲水機”的結構與普通飲水機基本相同，也適合普通飲水機的改造，這兩個(gè)功能的電路相互獨立，可根據需要，隨意選擇，成本低廉。
2電路的組成

3電路說(shuō)明
3.1電源電路
3.1.1電路組成
 如圖1所示，包括變壓器E2，二極管（D1、D2、D3、D4），電容（C1、C2、C3），三端集成穩壓器（78M06)。

圖1  電源電路圖

3.1.2電路原理
 電源電路由四個(gè)二極管組成橋式電路，進(jìn)行整流，電容濾波器是利用電容充電和放電將脈動(dòng)的直流電變成平穩的直流電和使用三端集成穩壓器穩壓，如圖2所示。

圖2  電源電路波形圖

 如下圖3所示，三端集成穩壓器具有體積小、性能高、工作可靠及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，適合在各種電子設備中作為電壓穩定器。 第①腳為輸入端，第②腳為公共端，第③腳為輸出端。

 圖3  三端集成穩壓管
3.2省電控制電路
3.2.1電路組成
 如圖4所示，包括延時(shí)電路：由集成電路IC1(CD4541),電阻R2,R3,R4,電容C4,按鈕SB和開(kāi)關(guān)S1組成;驅動(dòng)電路：由R1,晶體管VT1,繼電器K,二極管VD1組成。
 

圖4  省電控制電路

3.2.2電路原理
 （1）延時(shí)電路以CD4541為核心，通過(guò)R3調節飲水機加熱器的工作時(shí)間�？筛鶕�需要，決定飲水機每隔多長(cháng)時(shí)間進(jìn)行一次加熱，間隔時(shí)間從幾分鐘到數小時(shí)。
 CD4541是采用CMOS工藝制造的可編程定時(shí)集成電路。其內部電路主要由振蕩器，可編程16級二分頻率，自動(dòng)和手動(dòng)復位電路，計數器，輸出狀態(tài)的邏輯控制電路等部分構成。各腳功能如表1所示。CD4541，第①腳接振蕩電阻，第②腳接振蕩電容，第③腳接保護電阻，第⑧腳為輸出腳，第⑨腳可選擇第⑧腳的輸出狀態(tài)，第⑩腳接低電平為單定時(shí)模式，接高電平為循環(huán)定時(shí)模式，第12、13腳可設定時(shí)間或設定輸出頻率。
 
 （2）驅動(dòng)電路由8腳（Q端）輸出端連接晶體管VT1，再驅動(dòng)繼電器K1.繼電器K1的常開(kāi)觸點(diǎn)控制飲水機加熱器的通，斷電。
 由8腳（Q端）輸出端為高電位時(shí)，飲水機加熱器通電加熱；當8腳（Q端）輸出端為低電位時(shí)，飲水機加熱器停止通電，不再加熱。如果想只加熱一次，就不再加熱，可將S1接低電平。則加熱器在初次加熱規定的一段時(shí)間后，停止加熱。如果長(cháng)時(shí)間后，覺(jué)得水太涼，可按一下SB，則加熱器又只加熱一次，即停。這個(gè)功能非常實(shí)用，在一兩個(gè)人飲水時(shí)，可大大節省電能，所以推薦大家將普通飲水機進(jìn)行改造。
3.3涼熱水分開(kāi)及水位指示電路
3.3.1電路組成
 如圖5所示，包括基準電壓電路：由電阻R6,R8,R11,二極管VD3,VD4組成;水位比較電路：由四運放IC2(LM324),水位電極S2~S5,電阻R5~R17,指示燈LED1~LED4組成;水位電極S2~S5自上至下依次安裝在加熱器中，見(jiàn)圖6。驅動(dòng)電路：由R18,晶體管VT2,電磁閥L1，二極管VD5,VD6組成。

圖5  涼熱水分開(kāi)及水位指示電路

圖6  加熱器的改動(dòng)
3.3.2電路工作原理
 基準電壓電路為水位比較電路不提供基準電壓，A點(diǎn)電位為1.5V,B點(diǎn)電位為0.9V。
 上圖5中，LM324 是四運放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器, 除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖7所示的符號來(lái)表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端,“V+”、“V-” 為正、負電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的 引腳排列見(jiàn)圖7
 由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
 
 
 圖7  LM324四運放集成電路
 注水過(guò)程：（1）當加熱器中無(wú)水，或水位低于最低水位電極S5時(shí)，則IC2D的12腳（同向輸入端）電位為1V以上，而IC2D的13腳（反向輸入端）電位始終為0.9V，所以IC2D的14腳輸出高電平（5.13V），使晶體管VT2導通，然后驅動(dòng)電磁閥L1的線(xiàn)圈，通過(guò)電磁閥，將大桶中的涼水注入加熱器。
 （2）由于R15正反饋，IC2D的12腳（同向輸入端）電位接近5V，IC2D的14腳輸出仍然為高電平。
 （3）加熱器中的水位逐漸上升，當水位高于最低水位電極S5時(shí)，IC2D的12腳（同向輸入端）電位變?yōu)?.8V，仍然高于IC2D的13腳（反向輸入端）電位，加熱器中的水位繼續上升。
 （4）當水位高于水位電極S4時(shí)，IC2C的10腳電位低于9腳電位，IC2C的8腳輸出低電位，LED3亮，表示加熱器的水位達到水位電極S4。
 （5）同樣，當水位高于水位電極S3時(shí)，IC2B的5腳電位低于6腳電位，IC2B的7腳輸出電位，LED2亮，表示加熱器的水位達到水位電極S3。
 （6）加熱器中的水位逐漸上升，當水位高于最高水位電極S2時(shí)，IC2A的1腳輸出低電位，LED1亮，表示加熱器的水位達到水位電極S2。
 同時(shí)，由VD2拉低IC2D的12腳的點(diǎn)位，由1.8V變?yōu)?.75V，所以IC2D的14腳輸出低電位，晶體管VT2截止，電磁閥L1關(guān)斷，停止向加熱器注入涼水。同時(shí)，LED4亮，表示電極S5也被水淹沒(méi)。
 （7）這樣完成了注水過(guò)程，并且LED1~LED4顯示了加熱器中的水位情況（雖然LED4最后才亮，有些缺憾，但此后LED1~LED4可以正常顯示加熱器中的水位情況，見(jiàn)下述放水過(guò)程）。
 放水過(guò)程：（1）當放出熱水之后，加熱器中的水位逐漸下降，低于最高水位電極S2時(shí)，IC2A的3腳電位為1.5V，高于2腳電位（0.9V）,IC2A的1腳輸出高電位，LED1滅，表示加熱器的水位低于水位電極S2。同時(shí)，VD2截止。但由于IC2D14腳是低電位，由于15正反饋，IC2D的12腳的電位仍然約為0.75V，所以IC2D的14腳輸出還是低電位，晶體管VT2仍然截止，不會(huì )向加熱器注入涼水。
 （2）如果繼續放出熱水，當水位低于水位電極S3時(shí)，IC2B的5腳電位高于6腳電位，IC2B的7腳輸出高電位，LED2滅，表示加熱器的水位低于水位電極S3。
 （3）如果繼續放出熱水，當水位低于水位電極S4時(shí)，IC2C的10腳電位高于9腳電位，IC2C的8腳輸出高電位，LED3滅，表示加熱器的水位低于水位電極S4。
 （4）如果繼續放出熱水，當水位低于水位電極S5時(shí)，IC2C的12腳電位高于13腳電位，IC2D的14腳輸出高電位，LED4滅，表示加熱器的水位低于水位電極S5。
 同時(shí)，IC2D的14腳輸出高電平，晶體管VT2導通，再次驅動(dòng)電磁閥L1的線(xiàn)圈，通過(guò)電磁閥將涼水注入加熱器。此后的過(guò)程與注水過(guò)程相同。
 
 
 
 
 
 
 
 
 4元件清單
 表2
品名 符號 規格 數量 
延時(shí)芯片 IC1 CD4541 1 
電阻 R 10K 2 
  2M 3 
  1K 4 
  51K 2 
  100K 4 
  20K 1 
  30K 1 
  3.3K 1 
按鈕 SB  1 
開(kāi)關(guān) S1  1 
水位電極 S2～S5  4 
指示燈 LED1～LWD4  4 
電容 C 0.1μ 2 
  1000μ 1 
  0.33μ 1 
晶體管 VT NPN 1 
  9013 1 
繼電器 K  1 
二極管 VD IN4001 6 
  IN4148 3 
穩壓管 VD 3V 1 
四運放 IC2 LM324 1 
電磁閥 L1 12V 1 
三端集成穩壓器 IC 78M06 1 
變壓器 E 10v 1 
 其中電磁閥線(xiàn)圈電壓為12V，選用JH-16高頻響通用節能環(huán)保電磁閥。該電磁閥在維持工作時(shí)，其功耗為0.04~0.1W，開(kāi)閉速度快，其動(dòng)作次數可達2~7次/s。
  5制作注意事項
 本“省電，健康型飲水機”在普通飲水機的機構上稍作改動(dòng)。
如圖3所示，將普通飲水機的進(jìn)水口和出水口的位置進(jìn)行交換，并在進(jìn)水管處加裝電磁閥。用4條不繡鋼絲固定在陶瓷條上，作為電極。
6總結
 本文通過(guò)對普通飲水機的節電、健康化改造，通過(guò)本次畢業(yè)設計，我學(xué)到了很多知識，特別是對電學(xué)方面有了更深刻的認識和了解。它使我將大學(xué)兩年所學(xué)融合到了一起，從而學(xué)到了更多。此次設計讓我將所學(xué)到的知識用到了實(shí)際領(lǐng)域，讓我感受到實(shí)際和理論的差別，對我將來(lái)的工作有很大的幫助。我相信通過(guò)本次設計讓我更加有信心 迎接任何挑戰。
7謝辭
 在本次設計中，我也遇到了很多困難，特別感覺(jué)到知識的缺乏。為畢業(yè)設計帶來(lái)了很多麻煩，經(jīng)過(guò)自己學(xué)習、老師的精心指導和同學(xué)的幫助，還有查閱了大量書(shū)籍和資料，才使我得以順利的完成此次設計，在這里我對老師和同學(xué)表示衷心的感謝！
 特別，要感謝的是我的指導老師——   老師，是他為我提供了大力的幫助；在我對許多專(zhuān)業(yè)知識不明白時(shí)，就熱心地給我指導，沒(méi)有老師的教導，我是無(wú)法按時(shí)完成設計任務(wù)的，在此感謝指導老師的幫助，衷心的祝愿你身體健康，工作順利！
參考文獻
【1】王鴻明  電工技術(shù)與電子技術(shù)  北京  清華大學(xué)出版社 2001【2】畢淑娥  電工學(xué)   哈爾濱  哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2001【3】王成華  電子線(xiàn)路基礎   北京  教程科學(xué)出版社 2000【4】童詩(shī)白  模擬電子技術(shù)基礎   浙江 高等教育出版社 2001【5】胡泓、姚伯威  機電一體化原理及應用  北京  國防工業(yè)出版社  1999

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