健康節(jié)能型飲水機(jī)設(shè)計(jì)

陳健寧

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)飲水機(jī)對(duì)飲用水反復(fù)加熱，導(dǎo)致水中的硝酸鹽分解變成的亞硝酸鹽超標(biāo)，對(duì)人體健康極為不利的問(wèn)題，提出了改進(jìn)方案。通過(guò)采用51單片機(jī)、繼電器、液晶顯示器等低成本元件組建控制系統(tǒng)來(lái)限制飲水機(jī)中水到達(dá)沸點(diǎn)的次數(shù)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定到達(dá)沸點(diǎn)次數(shù)且中間無(wú)人使用時(shí)自動(dòng)切斷電源，以避免“千滾水”現(xiàn)象發(fā)生，利于人體健康和節(jié)能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 節(jié)電 健康飲水

中圖分類(lèi)號(hào)：TM925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（a）-0040-03

1 設(shè)計(jì)背景

使用廣泛的傳統(tǒng)飲水機(jī)存在健康隱患，其反反復(fù)復(fù)加熱的“千滾水”，對(duì)人體健康十分不利。近年來(lái)因飲用飲水機(jī)的“千滾水”導(dǎo)致患病的事件頻繁見(jiàn)諸報(bào)端。目前市場(chǎng)上飲水機(jī)雖然種類(lèi)繁多，花樣齊全，但工作原理大致相同。當(dāng)飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時(shí)保溫電阻起到是分壓的作用，使飲水機(jī)的有用功降低，而并沒(méi)有使輸出的總功減少。導(dǎo)致保溫狀態(tài)下也與加熱狀態(tài)一樣消耗同等大量電能。據(jù)設(shè)計(jì)者實(shí)驗(yàn)測(cè)得該新佳美牌普通飲水機(jī)的熱膽功率0.42 kW，水溫在85°～93°徘徊，當(dāng)?shù)陀?5°時(shí)，會(huì)自動(dòng)開(kāi)始加熱，大概在20 min一次，一次加熱2 min，每天可反復(fù)加熱約80次，在不喝一滴水的情況下，飲水機(jī)白白費(fèi)電1°，電費(fèi)約0.6元左右，一月下來(lái)就20元左右，一年下來(lái)就接近250元。

可見(jiàn)傳統(tǒng)的飲水機(jī)加熱膽中的水一直處于持續(xù)加熱保溫的循環(huán)狀態(tài)當(dāng)中。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家檢測(cè)連續(xù)加熱3次的水產(chǎn)生的亞硝酸鹽含量將超于人體本身能凈化的量.而加熱80次的水，其亞硝酸鹽含量是人體的十倍左右，人飲用后對(duì)身體的危害極大，長(zhǎng)期飲用容易得癌癥。

2 傳統(tǒng)飲水機(jī)的改進(jìn)方案

下面以新佳美牌普通飲水機(jī)改造為例，提出改進(jìn)方案。通過(guò)引入51單片機(jī)，1602液晶顯示器，繼電器等（其成本約為40元）組建控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人飲水是水燒開(kāi)3次后自動(dòng)斷電；保溫時(shí)節(jié)省大量電量。經(jīng)計(jì)算得在不喝一滴水的情況下，改造過(guò)的飲水機(jī)耗電約為0.02°，電費(fèi)約為0.01元多，綜合考慮一臺(tái)飲水機(jī)一年能節(jié)省300塊錢(qián)。而且其加熱后的水亞硝酸鹽含量不超標(biāo)，人飲用后不會(huì)產(chǎn)生不良影響。系統(tǒng)框架如圖1所示。

3 系統(tǒng)工作原理

3.1 智能節(jié)電及防止反復(fù)加熱工作原理

該部分由單片機(jī)控制系統(tǒng)連接溫控開(kāi)關(guān)，顯示器與繼電器。其工作原理為：采集溫控開(kāi)關(guān)通斷信號(hào)，當(dāng)溫度低于85°時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，給單片機(jī)一高平信號(hào)，這時(shí)讓控制固態(tài)繼電器的I/O口輸出高電平，繼電器受輸出電平控制，處于一直導(dǎo)通狀態(tài)。并且單片機(jī)控制發(fā)光二極管使紅燈發(fā)光，此時(shí)加熱電阻兩端電壓值為220 V。飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)。當(dāng)溫度高于85°時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，單片機(jī)模擬PWM輸出矩形波形，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器使其轉(zhuǎn)換于導(dǎo)通，斷開(kāi)狀態(tài)。單片機(jī)控制發(fā)光二極管，使紅色LED熄滅，黃色LED發(fā)光，從而使電源輸出功率減小，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)。這樣就有效避免了飲水機(jī)在保溫狀態(tài)時(shí)電源也大功率輸出地弊端。

通過(guò)采集開(kāi)關(guān)的通與斷的信號(hào)來(lái)確定飲水機(jī)處于加熱與保溫狀態(tài)的，進(jìn)而使單片機(jī)做出相應(yīng)的控制。并且用單片機(jī)采集溫控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或接通的次數(shù)（接通與斷開(kāi)算一次）并將其顯示在顯示器當(dāng)中；當(dāng)顯示器記錄次數(shù)達(dá)到3次時(shí)單片機(jī)輸出低電平，即加熱3次時(shí)單片機(jī)控制電磁繼電器，使其停止工作，并在顯示器上輸出水燒開(kāi)后開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間，同時(shí)熄滅紅黃色LED。而按鈕開(kāi)關(guān)的設(shè)置。這樣既節(jié)省電能，又有效地避免了水多次燒開(kāi)而產(chǎn)生對(duì)人體有害物質(zhì)的情況發(fā)生。

3.2 保溫工作原理

當(dāng)單片機(jī)判斷出飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)輸出如圖2所示方波其中高電平占總周期的十分之一（經(jīng)過(guò)計(jì)算所得的比例），將其輸入的電平經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后接入固態(tài)集電器，使得保溫時(shí)一秒內(nèi)有0.1 s加熱水，0.9 s處于切斷狀態(tài)。（保溫時(shí)比傳統(tǒng)的節(jié)省大約9/10的電量）從而達(dá)到即保溫又節(jié)能的效果。

3.3 信息顯示原理

為了方便用戶了解更多的信息放心使用加熱后的水，增加了具有人性化的信息顯示模塊。該模塊是基于51單片機(jī)用1602液晶顯示器顯示加熱水的次數(shù)及從最近沸點(diǎn)到現(xiàn)在的時(shí)間。顯示器第一行顯示的是加熱次數(shù)，第二行顯示從最近沸點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間。

4 節(jié)能測(cè)試

經(jīng)對(duì)改造過(guò)的飲水機(jī)和普通飲水機(jī)的節(jié)能測(cè)試，可以大大降低電能損耗如圖3所示，而改造成本約40元左右。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了健康飲水減少疾病發(fā)生率，不再擔(dān)心飲入含過(guò)高的亞硝酸鹽的水。

參考文獻(xiàn)

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