饮水机方案开发设计

饮水机是将桶装水（蒸馏水、纯水、矿泉水等）或经过净化装置处理过的生活用水进行加热、制冷或在原水温状态下提供人体饮用的一种装置。随着饮水机技术的不断发展和创新，高端饮水机在传统饮水机的基础上增加了抗菌、臭氧消毒、无氟制冷等功能。

一、饮水机方案的工作原理

加热原理：制热系统分为内热是和外热式。内热式是通过不锈钢电加热管直接作用于热罐中的水对水加热；外热式是通过加热线圈在热罐外部通电加热，外部敷以保温层以减少热量损失。对比之下，内部加热热效率高、耗电少，但加热层表面容易结垢，不易清洗；外部加热热损失量大，噪音大，但结垢少，对电热元件损伤小。

制冷原理：制冷分为压缩机制冷和电子制冷。

（1）、压缩机制冷：压缩机制冷时利用制冷剂吸热和冷凝放热的工作原理进行制冷，分为外制冷和内制冷两种方式。压缩机制冷系统主要由压缩机、冷凝器、过滤器、毛细管、蒸发器等5个主要部件用管道连接而成，是一个封闭的系统。系统中充注了制冷剂，制冷剂一般为R12（含氟）或R134a（无氟）。

（2）、电子制冷：电子制冷主要通过电子制冷芯片达到制冷目的。电子制冷片由两片陶瓷基片组成，中间有127对半导体晶粒。工作中一侧的陶瓷基片发生放热现象，另一侧发生吸热现象。吸热一端与冷胆内的制冷棒相连接，达到制冷的目的；放热端与散热片相连接，并由风机将热量带走。

抗菌原理：抗菌剂主要是用防止微生物降解的配方实现的，这种配方是具有免除致病微生物生物功能的一种添加剂。抗菌剂由带电正电荷的基团组成，与带负电荷的细菌中和，使细菌细胞壁破裂，细胞质溢出，致使细菌死亡，达到杀菌的目的。

臭氧消毒原理：臭氧是一种不稳定的气体，可溶于水但溶解度不高，是一种强氧化剂和消毒剂。如果打开饮水机的消毒开关，消毒部件就会通过臭氧发生器产生臭氧气体，向消毒柜中扩散。臭氧达到一定浓度时，可在短时间内将微生物杀死，并抑制细菌再生长。紫光杀毒原理：紫光杀毒技术应用于水消毒已经有100多年的历史，消毒效率非常高，也是一种环保技术。国内第一台紫光饮水机于2004年元月在奇迪集团诞生，带来了饮水机“防二次污染”的技术突破。

紫光消毒原理：是利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的C波段紫外线发生器产生的强紫外线照射水或空气的方式实现消毒的，它可以使水或空气中的各种病原体细胞组织的DNA结构受到破坏而失去活性，从而达到杀菌消毒的目的。与传统的二氧化氯法、臭氧法、膜过滤法比较，紫外线消毒技术的优势在于：不添加任何化学物质，不会在水中产生或留下任何有毒物质，运行安全。

二、新型饮水机方案设计思路

传统的饮水机存在着诸多问题，包括安全隐患、健康、节能等问题。当饮水机无水干烧时，轻则烧坏饮水机，严重时还会引起火灾；小孩子好奇按出水按键玩耍引起烫伤；热水罐里的水反复加热，形成千滚水，对人的身体产生危害；饮水机加热完成后，如果人们忘记切断电源，它就会一直处于耗电状态，造成能源浪费。另外，还有加热等待时间长，需要人工操作电源开关及出水开关等问题。从安全、健康、节能、便捷、人性并且易于使用出发，设计功能完善的即热式智能饮水机。

饮水机上安装有热释电红外线传感器，自动检测是否有人接近饮水机，光敏传感器检测是白天还是晚上，从而判别是否开启欢迎语音；即热式电热管对冷水进行加热，可即时出水，既能防止千滚水，用户也无需等待，用两个电磁阀对冷、热水出水口进行控制；温度传感器对水温进行监测，如果温度异常自动切断电源；液位传感器检测水位是否足够，如果水位不足则自动报警；障碍物检测模块检测是否有水杯放到出水口，如果检测到水杯，同时水位满足要求，则照明灯开启，加热管加热，放出热水。

本饮水机功能要求为即热、健康、安全、节能、语音提示。根据设计功能，运用模块化设计方法，采用51单片机来控制,实现了饮水机智能化。

三、饮水机硬件设计

饮水机控制系统主要以单片机为核心设计，包括CPU、红外线热释电传感器、液位传感器、电磁阀、光敏传感器、语音模块、温度传感器等部分。

1）人体检测，启动电源。在饮水机上安装红外线热释电传感器作人体检测模块，当人靠近饮水机时，人体检测模块向单片机发出信号，单片机接通工作电源。光敏传感器模块检测是否是白天，如果是白天，饮水机语音模块发出欢迎语音，工作电源指示灯亮。如果是晚上，语音模块则不启动，只工作电源指示灯亮。语音模块白天启动，夜晚关闭，并可调节为家庭模式和商业模式，商业模式可用于学校、超市、酒店等公共场所。

2）水位检测，启动照明。工作电源启动后，液位传感器检测水位是否足够，如果水位不足，语音模块报警，且水位报警灯亮，提示用户加水，不进行下一步操作。如果水位满足要求，出水口照明灯亮，即进入加热环节。

3）水杯检测，启动加热。当用户按下热水按键后，由光敏传感器构成的障碍物检测模块检测水杯是否放到热水口。如果检测到水杯，则热水电磁阀打开，即时加热器加热，放出热水。如果没检测到水杯，则热水电磁阀关闭，热水口不出水，同时语音提示用户将水杯放到出水口。温度传感器对即热式电加热器进行实时检测，确保温度正常，如果温度异常将自动切断电源，防止引发安全事故。用户接完热水后，水杯移开，单片机控制即热式加热器和照明灯关闭，人离开后，人体检测模块给单片机一个信号，关闭工作电源，达到节能的目的。

4）童锁。饮水机采用热水按键和障碍物检测模块双重控制热水流出，此设计避免了小孩子玩耍时即使把手放到出水口，但因没有同时按下热水按键，出水口不会放出热水，防止小孩被开水烫伤，有效地实现了童锁功能。同时也避免用户无意中按下热水键，但因没有水杯接水，出水口也不会放出热水。

四、饮水机软件设计

系统的软件设计采用模块化结构，根据系统的控制功能,自顶向下进行设计，整个系统软件结构精简,便于设计和调试。

本饮水机针对传统饮水机存在的问题进行改进，采用51单片机来实现对饮水机的控制，弥补了传统饮水机的不足之处。与传统饮水机相比，更加健康、安全、节能、便捷，饮水机的智能化体现在单片机与各传感器模块的结合上，这种综合应用理念也是家电智能化的的发展趋势。