毕业设计（论文）-健康节能型饮水机设计及改造.doc

摘要1关键词2Abstract2Keywords21引语22电路基本组成3整个电路主要包括两部分：32.1电源电路32.2节电控制电路32.1.1延时电路32.1.2驱动电路42.3 凉、热水分开及水位指示电路42.2.1 基准电压电路42.2.2水位比较、显示电路42.2.3驱动电路43电路工作原理63.1电源电路63.2省电控制电路63.3凉热水分开及水位指示电路74元件清单115制作注意事项126总结127谢辞12参考文献13摘要：现在很少有人会注意到饮水机的节电，健康化问题。普通饮水机不仅耗电量大，又因饮水机内部加热水简单，很多时候我们喝的第一杯是开水，在下一次加热器加热之前，我们喝的都是凉热混合水，不够卫生。因此，我以延时芯片CD4541为核心对普通饮水机进行了适当的改造，使其即节电又卫生。关键词: 饮水机 节电 健康 CD4541Abstract: Nowadays few people will notice water dispenser, saving the problem. Health Ordinary water dispenser, and not only because of water dispenser power heat water simple, many within the first when we drink cup is boiled water, in the next heater, we drink before the heat is cool hot mixed with water, not enough health. Therefore, I CD4541 as core to delay chip to the appropriate ordinary water dispenser transform, make its namely electricity-saving and health.Keywords: water dispenser save electricity health CD4541 1引语 说起家电节电，人们自然会想起冰箱、彩电、空调等耗电大户，而躲在客厅一角默默无闻的普通饮水机，其能耗问题却常常被人忽略。据分析，当功率为600W的饮水机处于保温工作状态24小时，其耗电近1度，耗电量超过电冰箱。不仅耗电，而且由于饮水机重复加热，水质不新鲜，易结垢，不利健康。除此之外，目前几乎所有的普通饮水机的，热水并未分开，很多时候我们和的第一杯是开水，但是随着大量凉水进入加热器，在下一次加热器加热之前，我们喝的都是凉热混合水，不够卫生。 “健康节能型饮水机”从以上这两个问题，我对饮水机内部电路进行了设计和改造，以延时芯片CD4541控制加热器的通电时间，以达到节能的目的。本设计可以保证在开水用完之后，再注入凉水。这样避免了凉热水混合，饮用不卫生的情况，并且设置了开水水位指示。 该“健康节能型饮水机”的结构与普通饮水机基本相同，也适合普通饮水机的改造，这两个功能的电路相互独立，可根据需要，随意选择，成本低廉。2电路基本组成整个电路主要包括三部分： 2.1电源电路（电路图用PROTEL自己画）如图1所示。包括变压器T1，二极管（D1、D2、D3、D4），电容（C1、C2、C3），三端集成稳压器（78M06)。图1 电源电路2.2 节电控制电路如图2所示。包括延时电路和驱动电路。2.2.1延时电路。包括集成电路U1（CD4541）,电阻R2、R3、R4，电容C4，按钮S0、S1.2.2.2驱动电路：由R1、晶体管Q1、继电器J1。二极管D1组成。图2 节电控制电路2.3 凉、热水分开及水位指示电路如图3所示。包括基准电压电路、水位比较显示电路和驱动电路。2.3.1 基准电压电路。由电阻R6、R8、R11，二极管D3、D4组成。2.3.2水位比较显示电路。由四运放U2(LM324),水位电极S2S5，电阻R5R17，指示灯LED1LED4组成。水位电极S2S5自上至下依次安装在加热器中（见图4）2.3.3驱动电路。由R18、晶体管Q2、电磁阀L1、二极管D5、D6组成。图3 凉热水分开及水位指示电路图4 普通饮水机改造电路3电路工作原理3.1电源电路220V的交流电首先通过变压器T1变为10V的交流电，然后通过四个二极管组成的桥式电路进行整流，整流后通过C1，C2组成的电容滤波器利用电容充电和放电原理将脉动的直流电变成平稳的直流电，再通过三端集成稳压器对其进行稳压，最后输出的电压即为稳定的电压。集成稳压器是一种具有稳压功能的电压变换集成电路，它按输出电压的控制方式可分为固定式集成稳压器和可调式集成稳压器，按输入、输出的电压极性可分为正电压型集成稳压器和负电压型集成稳压器。78M06系列三端集成稳压器是较常用的固定式三端集成稳压器，具有体积小、性能高、工作可靠及使用方便等优点，适合在各种电子设备中作为电压稳定器，其三个引脚分别是电压输入端（V-IN）、接地端（GND）和电压输出端（V-OUT）。78系列三端集成稳压器为正电压型。图6是78M06系列三端稳压器的引脚图。 图6 三端稳压器的引脚图3.2省电控制电路（1）延时电路以CD4541为核心，通过R3调节饮水机加热器的工作时间。可根据需要，决定饮水机每隔多长时间进行一次加热，间隔时间从几分钟到数小时。 CD4541(见图7)是采用CMOS工艺制造的可编程定时集成电路。其内部电路主要由振荡器，可编程16级二分频率，自动和手动复位电路，计数器，输出状态的逻辑控制电路等部分构成图7 CD4541 CD4541各脚功能见表1 脚接振荡电阻脚接振荡电容脚接保护电阻脚是自动复位端脚手动复位端脚为输出脚脚可选择第脚的输出状态脚接低电平为单定时模式，接高电平为循环定时模 12、13脚可设定时间或设定输出频率。表1 CD4541各脚功能表（2）驱动电路由8脚（Q端）输出端连接晶体管Q1，再驱动继电器J1.继电器J1的常开触点控制饮水机加热器的通，断电。当8脚（Q端）输出端为高电位时，饮水机加热器通电加热；当8脚（Q端）输出端为低电位时，饮水机加热器停止通电，不再加热。如果想只加热一次，就不再加热，可将S1接低电平，则加热器在初次加热规定的一段时间后，停止加热。如果长时间后，觉得水太凉，可按一下S0，则加热器又只加热一次即停。这个功能非常实用，在一两个人饮水时，可大大节省电能，所以推荐大家将普通饮水机进行改造。3.3凉热水分开及水位指示电路基准电压电路为水位比较电路不提供基准电压，A点电位为1.5V,B点电位为0.9V。LM324 是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图8所示。图8 LM324外形图它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图八所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-” 为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图9图9 LM324引脚排列图 LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点。 注水过程：（1）当加热器中无水，或水位低于最低水位电极S5时，则U2D的12脚（同向输入端）电位为1V以上，而U2D的13脚（反向输入端）电位始终为0.9V，所以U2D的14脚输出高电平（5.13V），使晶体管T2导通，然后驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀，将大桶中的凉水注入加热器。 （2）由于R15正反馈，U2D的12脚（同向输入端）电位接近5V，U2D的14脚输出仍然为高电平。 （3）加热器中的水位逐渐上升，当水位高于最低水位电极S5时，U2D的12脚（同向输入端）电位变为1.8V，仍然高于U2D的13脚（反向输入端）电位，加热器中的水位继续上升。 （4）当水位高于水位电极S4时，U2C的10脚电位低于9脚电位，U2C的8脚输出低电位，LED3亮，表示加热器的水位达到水位电极S4。 （5）同样，当水位高于水位电极S3时，U2B的5脚电位低于6脚电位，U2B的7脚输出电位，LED2亮，表示加热器的水位达到水位电极S3。 （6）加热器中的水位逐渐上升，当水位高于最高水位电极S2时，U2A的1脚输出低电位，LED1亮，表示加热器的水位达到水位电极S2。 同时，由D2拉低U2D的12脚的点位，由1.8V变为0.75V，所以U2D的14脚输出低电位，晶体管VT2截止，电磁阀L1关断，停止向加热器注入凉水。同时，LED4亮，表示电极S5也被水淹没。 （7）这样完成了注水过程，并且LED1LED4显示了加热器中的水位情况（虽然LED4最后才亮，有些缺憾，但此后LED1LED4可以正常显示加热器中的水位情况，见下述放水过程）。 放水过程：（1）当放出热水之后，加热器中的水位逐渐下降，低于最高水位电极S2时，U2A的3脚电位为1.5V，高于2脚电位（0.9V）,U2A的1脚输出高电位，LED1灭，表示加热器的水位低于水位电极S2。同时，D2截止。但由于U2D14脚是低电位，由于15正反馈，U2D的12脚的电位仍然约为0.75V，所以U2D的14脚输出还是低电位，晶体管VT2仍然截止，不会向加热器注入凉水。 （2）如果继续放出热水，当水位低于水位电极S3时，U2B的5脚电位高于6脚电位，U2B的7脚输出高电位，LED2灭，表示加热器的水位低于水位电极S3。 （3）如果继续放出热水，当水位低于水位电极S4时，U2C的10脚电位高于9脚电位，U2C的8脚输出高电位，LED3灭，表示加热器的水位低于水位电极S4。 （4）如果继续放出热水，当水位低于水位电极S5时，U2C的12脚电位高于13脚电位，U2D的14脚输出高电位，LED4灭，表示加热器的水位低于水位电极S5。 同时，U2D的14脚输出高电平，晶体管VT2导通，再次驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀将凉水注入加热器。此后的过程与注水过程相同。 4元件清单所有电路所用元件如表2所示：品名符号规格数量延时芯片IC1CD45411电阻R10k1电阻R2M3电阻R 51K2电阻R100K4电阻R20K1电阻R30K1电阻R3.3K1按钮SB1开关S11水位电极S2-S54指示灯LED1-LED44电容C0.12电容C10001电容C0.331晶体管VTIN40016晶体管VT90131继电器K1二极管VDIN400166二极管VDIN41483稳压管VD3V1四运放IC2LM32411电磁阀L112V1三端集成稳压器IC78M061变压器E10V1表2 元件列表其中电磁阀线圈电压为12V，选用JH-16高频响通用节能环保电磁阀。该电磁阀在维持工作时，其功耗为0.040.1W，开闭速度快，其动作次数可达27次/s。（5结果与调试） 5制作注意事项 本“省电，健康型饮水机”饮水机设计简单只需在普通饮水机的机构上稍作改动即可。如图4所示，将普通饮水机的进水口和出水口的位置进行交换，并在进水管处加装电磁阀。用4条不绣钢丝固定在陶瓷条上，作为电极。6总结 本文是对普通饮水机的节电、健康化改造，通过本次毕业设计，我学到了很多知识，特别是对电学方面有了更深刻的认识和了解。它使我将大学时间里所学知识融合到了一起，从而学到了更多。此次设计让我将所学到的知识用到了实际领域，让我感受到实际和理论的差别，对我将来的工作有很大的帮助。我相信通过本次设计让我更加有信心 迎接任何挑战。7谢辞 在本次设计中，我也遇到了很多困难，特别感觉到知识的缺乏。为毕业设计带来了很多麻烦，经过自己学习、老师的精心指导和同学的帮助，还有查阅了大量书籍和资料，才使我得以顺利的完成此次设计，在这里我对老师和同学表示衷心的感谢！ 特别，要感谢的是我的指导老师 张老师，是她为我提供了大力的帮助；在我对许多专业知识不明白时，就热心地给我指导，没有老师的教导，我是无法按时完成设计任务的，在此感谢指导老师的帮助，衷心的祝愿你身体健康，工作顺利！ 参考文献【1】王鸿明 电工技术与电子技术 北京 清华大学出版社 2001【2】毕淑娥 电工学 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2001【3】王成华 电子线路基础 北京 教程科学出版社 2000【4】童诗白 模拟电子技术基础 浙江 高等教育出版社 2001【5】胡泓、姚伯威 机电一体化原理及应用 北京 国防工业出版社 199914