佛山市美的饮水机制造有限公司 广东省佛山市 528311
摘要：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。本文从安全、健康、节能、便捷、人性并且易于使用出发，设计并实现了功能完善的即热式智能饮水机（以下简称饮水机）。
关键词：即热式智能饮水机；设计；实现
1、前言
目前，学校、车站、商场等公共场所普遍应用即热式开水器，该开水器仅能提供沸水，人们需要等待一段时间后才能饮用置凉的温水，等待置凉时耗散的热量白白浪费。部分车站、机场、商场所使用饮水机，用直饮矿泉水进行冷热混合，达到人们适合饮用的温度，此类饮水机运行成本高，容易造成配水失败倒掉的资源浪费现象，而且由于直饮矿泉水瓶口细菌滋生，存在安全隐患，很多公司都不再使用直饮水饮水机。即热式开水器能在高功率状态下，利用一种导热性较强的加热体，通过电能转化为热能，热能再把热量传递到水中，利用强大的热量可以将水迅速加热。
即热式饮水机的工作原理是利用控制模块控制水泵工作，向加热器不断的注入冷水，同时控制模块接通加热器的加热电源，冷水流过加热器的同时就被加热了，通过管道流出的就是热水。
当水箱注满时，冷水箱与煮水箱平衡，加热时，煮水箱水温沸腾到沸点，开水沸腾至开水箱，同时煮水箱水位降低，冷水箱自动补水，如此循环，保证连续不断的提供一次性沸腾新鲜开水，绝无生水混合，无需保温耗电，比传统的开水器节能60%。
因此使用即热式饮水机可以大幅度的减少能源浪费，节省消费者的电费支出。即热式饮水机可以供多人连续不停使用，而传统饮水机接完一杯热水就需要等待5分钟下一个人才能喝到水，非常的浪费时间，浪费电源。在这个提倡健康环保的年代，即热饮水机追寻时代的脚步，响应人们对健康的号召，倡导绿色环保饮水新概念。保持水的新鲜度，让生命之源回归自然。
2、即热式饮水机相比传统饮水机的优势
即热式饮水机由于采用了新型的技术与工作原理，相比传统饮水机，具有很多显而易见的优势。
首先，即热式饮水机相比传统式饮水机，具有即用即热，无需等待，水温恒定，使用方便、快捷等明显的使用优点。
其次，在饮用水健康方面，传统饮水机虽然有温度感应器与温度控制器来感应水温和控制加热器加热，但由于水温的控制是采用感应——反馈——操作的方式，具有反馈延迟的作用，因而加热到预订水温之后，随着时间的推迟水温会慢慢冷却，随后在感知温度后会对水温进行再次加热。这样的后果就是加热煮沸的水在温度慢慢冷却后会被再次加热，如此反复多次，这样一来，饮用水经过多次反复煮沸，水中的营养结构都被遭到破坏，人们饮用了这样的水，对人体的健康会产生不利的影响。
最后，即热式饮水机采用的加热元件一般是大功率的厚膜加热管，后膜加热管加工工艺比较特殊，机器加热中，水不会和加热层直接接触，因而使用寿命长，而传统饮水机一般采用储热罐式加热，加热体是电热管，直接与水接触，因各地方桶装水水质的差异，长期工作，水里面的水垢会沉积在电热管上面，造成散热受阻而爆管，因而寿命短。
3、工作原理
饮水机整机简化剖面图，如图1所示。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；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，即热管加热，放出热水。
现行饮水机可以设置自动开关机，开机时，ＰＬＣ控制系统中的直流电机将首先打开换热器下端的电机控制阀，将换热器内的隔夜水排空后关闭，储水箱和加热箱中注水，加热箱开始加热工作。电机控制阀开启时间可由换热器容量及电机控制阀横截面积确定。饮水机换热器一般选用航空领域相对成熟的板翅式换热器。换热器结构采用间壁式紧凑型，以保证最佳换热效果。换热器的工作参数可根据饮水机出水量、出水最低设计温度确定。
4、系统设计
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。
4.1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、温度传感器等部分，系统的结构框图如图2所示。
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1.人体检测模块；2.液位传感器；3.冷水电磁阀；4.冷水出水口；5.光敏传感器1；6.语音模块；7.开水出水口；8.热水电磁阀；9.光敏传感器2；10.温度传感器。
图1饮水机简化剖面图
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图2饮水机系统框图
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。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。
4.2软件设计
单片机开发实现功能设计编程，调试。
4.2.1主要功能
根据如下功能来开发编程控制程序，控制开水器的进出水阀、电加热器、蜂鸣器和显示屏等，实现智能控制，主要功能如下：
1）系统自检：系统各部件的数据好坏判断，报警、保护措施；
2）预防干烧：首次使用或自来水停水或水箱内水被用光；
3）加热功率设计，几秒钟即可以出开水，即可饮用开水；
4.2.2利用单片机的编程功能，编入定时开关机功能
具体可通过控制装置进行设置，避免家中无人时加热，待机24小时，用电仅为0.75度，节能优势明显。
5、结束语
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。
参考文献
[1]陈敬智.浅谈即热式饮水机安全检测的主要问题[J].标准检测认证，2012（23）.
[2]袁小平.饮水机技能可以实现智能化[M].现代家电出版社，2008.