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普通飲水機的（節電，健康化）改造(一)
目錄
摘要 …………………………………………………………………………………………2
關鍵詞………………………………………………………………………………………2
1引語……………………………………………………………………………………2
2電路的組成………………………………………………………………………………2
3電路說明……………………………………………………………………………………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：很少有人會注意到飲水機的節電，健康化問題。普通飲水機即耗電量大，有因飲水機內部加，熱水簡單，隨著大量涼水進入加熱器，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，以延時芯片CD4541為核心，我對普通飲水機進行了適當的改造。即節電又衛生。
關鍵詞: 飲水機 節電 衛生 CD4541
1引語
說起家電節電，人們自然會想起冰箱。彩電等耗電大戶，而躲在客廳一角默默無聞的普通飲水機，其能耗問題卻常常被人忽略。據分析，當功率為600W的飲水機處于保溫工作狀態24小時，其耗電近1度，耗電量超過電冰箱。不僅耗電，而且由于飲水機重復加熱，水質不新鮮，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，很多時候我們和的第一杯是開水，但是隨著大量涼水進入加熱器，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”從以上這兩個問題:我對飲水機內部電路進行了設計和改造，以CD4541控制加熱器的通電時間，達到節能的目的。本設計可以保證在開水用完之后，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
電源電路由四個二極管組成橋式電路，進行整流，電容濾波器是利用電容充電和放電將脈動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點，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，包括延時電路：由集成電路IC1(CD4541),電阻R2,R3,R4,電容C4,按鈕SB和開關S1組成;驅動電路：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）延時電路以CD4541為核心，通過R3調節飲水機加熱器的工作時間。可根據需要，決定飲水機每隔多長時間進行一次加熱，間隔時間從幾分鐘到數小時。
CD4541是采用CMOS工藝制造的可編程定時集成電路。其內部電路主要由振蕩器，可編程16級二分頻率，自動和手動復位電路，計數器，輸出狀態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，第⑩腳接低電平為單定時模式，接高電平為循環定時模式，第12、13腳可設定時間或設定輸出頻率。
（2）驅動電路由8腳（Q端）輸出端連接晶體管VT1，再驅動繼電器K1.繼電器K1的常開觸點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，飲水機加熱器通電加熱；當8腳（Q端）輸出端為低電位時，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間后，停止加熱。如果長時間后，覺得水太涼，可按一下SB，則加熱器又只加熱一次，即停。這個功能非常實用，在一兩個人飲水時，可大大節省電能，所以推薦大家將普通飲水機進行改造。
3.3涼熱水分開及水位指示電路
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，見圖6。驅動電路：由R18,晶體管VT2,電磁閥L1，二極管VD5,VD6組成。
圖5 涼熱水分開及水位指示電路
圖6 加熱器的改動
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點電位為1.5V,B點電位為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所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“V+”、“V-” 為正、負電源端,“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,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 引腳排列見圖7
由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態功耗小,可單電源使用,價格低廉等優點。
圖7 LM324四運放集成電路
注水過程：（1）當加熱器中無水，或水位低于最低水位電極S5時，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，然后驅動電磁閥L1的線圈，通過電磁閥，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，IC2D的12腳（同向輸入端）電位變為1.8V，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，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，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，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，由VD2拉低IC2D的12腳的點位，由1.8V變為0.75V，所以IC2D的14腳輸出低電位，晶體管VT2截止，電磁閥L1關斷，停止向加熱器注入涼水。同時，LED4亮，表示電極S5也被水淹沒。
（7）這樣完成了注水過程，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，見下述放水過程）。
放水過程：（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，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，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，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，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，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，IC2D的14腳輸出高電平，晶體管VT2導通，再次驅動電磁閥L1的線圈，通過電磁閥將涼水注入加熱器。此后的過程與注水過程相同。
4元件清單
表2
品名 符號 規格 數量
延時芯片 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
開關 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
其中電磁閥線圈電壓為12V，選用JH-16高頻響通用節能環保電磁閥。該電磁閥在維持工作時，其功耗為0.04~0.1W，開閉速度快，其動作次數可達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。
如圖3所示，將普通飲水機的進水口和出水口的位置進行交換，并在進水管處加裝電磁閥。用4條不繡鋼絲固定在陶瓷條上，作為電極。
6總結
本文通過對普通飲水機的節電、健康化改造，通過本次畢業設計，我學到了很多知識，特別是對電學方面有了更深刻的認識和了解。它使我將大學兩年所學融合到了一起，從而學到了更多。此次設計讓我將所學到的知識用到了實際領域，讓我感受到實際和理論的差別，對我將來的工作有很大的幫助。我相信通過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，特別感覺到知識的缺乏。為畢業設計帶來了很多麻煩，經過自己學習、老師的精心指導和同學的幫助，還有查閱了大量書籍和資料，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；在我對許多專業知識不明白時，就熱心地給我指導，沒有老師的教導，我是無法按時完成設計任務的，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 電工技術與電子技術 北京 清華大學出版社 2001【2】畢淑娥 電工學 哈爾濱 哈爾濱工業大學出版社 2001【3】王成華 電子線路基礎 北京 教程科學出版社 2000【4】童詩白 模擬電子技術基礎 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 國防工業出版社 1999
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