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普通飲水機的（節(jié)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(jié)電，健康化）改造
摘要：很少有人會注意到飲水機的節(jié)電，健康化問題。普通飲水機即耗電量大，有因飲水機內(nèi)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(wèi)生。因此，以延時芯片CD4541為核心，我對普通飲水機進行了適當?shù)母脑臁＜垂?jié)電又衛(wèi)生。
關鍵詞: 飲水機 節(jié)電 衛(wèi)生 CD4541
1引語
說起家電節(jié)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(jù)分析，當功率為600W的飲水機處于保溫工作狀態(tài)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(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，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(wèi)生。
“省電，健康型飲水機”從以上這兩個問題:我對飲水機內(nèi)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(jié)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(wèi)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(jù)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(wěn)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(wěn)的直流電和使用三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)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(wěn)壓器具有體積小、性能高、工作可靠及使用方便等優(yōu)點，適合在各種電子設備中作為電壓穩(wěn)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(wěn)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(qū)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(diào)節(jié)飲水機加熱器的工作時間。可根據(jù)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(shù)小時。
CD4541是采用CMOS工藝制造的可編程定時集成電路。其內(nèi)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(shù)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模式，接高電平為循環(huán)定時模式，第12、13腳可設定時間或設定輸出頻率。
（2）驅(qū)動電路由8腳（Q端）輸出端連接晶體管VT1，再驅(qū)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(guī)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(jié)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(qū)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(nèi)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(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等優(yōu)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(qū)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?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(xù)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?yōu)?.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(xù)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(xù)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(xù)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(qū)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(guī)格 數(shù)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(wěn)壓管 VD 3V 1
四運放 IC2 LM324 1
電磁閥 L1 12V 1
三端集成穩(wěn)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(jié)能環(huán)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(shù)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(jié)電、健康化改造，通過本次畢業(yè)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(zhàn)。
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(yè)設計帶來了很多麻煩，經(jīng)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(yè)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
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