罗存志
深圳安吉尔饮水事业发展有限公司
摘要：本次研究中，重点主要集中在对于传统饮水机所存在问题地分析，随后围绕存在的问题进行了智能式饮水机设计和改进。设计中，以即热式智能饮水机为主，将51单片机作为饮水机核心，利用即热式电加热器替换掉传统的加热罐，实现即时出水目标的同时，也可显著预防出现千滚水类情况，最终实现饮水机使用的智能化。
关键词：智能化；饮水机；传感器
前言：传统饮水机使用过程中，经常出现节能、安全或是健康一类问题，比较常见的安全隐患就是当饮水机之内无水时，会导致饮水机在长时间干烧下被烧坏，一旦严重，还会造成火灾等情况出现。此外，传统的饮水机在加热时，不仅加热的时间间隔长，同时还需由人工手动进行出水开关或是电源开关的管理，不够人性化。鉴于此，针对即热式智能饮水机设计与实现这一内容进行深入分析具有重要现实意义。
一、工作原理分析
在本次设计中，即热式智能饮水机之上安装了热释点红外线传感器，该设备的运行时，会自动针对饮水机周边是否有人接近进行检测处理。同时，在设计中，还在即热式智能饮水机之上安装了光敏传感器，用于针对饮水机使用常见的白天或是夜晚进行时间上的识别，借此精准判定是否需要将欢迎语音功能打开[1]。此外，实验中所研究的即热式智能饮水机加热时，主要是利用即热式电热管将冷水加热，并能够做到即时出水，避免出现千滚水的情况，且同时饮水机前用户也无需等待冷水加热[2]。此过程中，饮水机之内的温度传感器会自动针对水温情况进行监测，当判定温度异常时，就可以将电源自动切断[3]。期间，液位传感器也会就饮水机内当前的水位是否满足用水需求进行检测，不足时会自动发出警报，满足则开启照明灯，利用热管完成加热过程，为用户放出热水。
二、系统设计
本次研究中，饮水机需要保障具备即热功能，且带有节能、安全及语音提示功能，随后，根据功能的设定，借助模块化设计方案的执行，将51单片机应用于智能化饮水机设计中。
（一）系统硬件设计
在饮水机控制系统在构成上，设计核心主要为单片机，而单片机则包括液位传感器、CPU、电磁阀、温度传感器、红外线热释电传感器以及语音模块等，具体的系统构成如图1所示。
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在系统硬件设计过程中，主要应该做好下列几项设计工作：
①人体检测，启动电源设计。此项设计中，需在饮水机之上将红外线热释电传感器作为认为检测的模块，安装于饮水机之上，一旦人体靠近饮水机之时，该模块会自动对外发出信号，随之其上单片机会与工作电源接通运行。同时，其上的光敏传感器模块的工作时间不受时间限制，白天晚上均可正常运行。以白天为例，白天时段当有人靠近饮水机时，其会主动实现语音欢迎，且工作指示灯随之开启[4]。而在夜晚时段，语音模块会自动关闭，仅是保障电源指示灯的开启。由此可见，语音模块按照人类作息时间自动启动或是关闭，不仅能够节省用电，同时在智能化方面也更加突出。此外，即热式智能饮水机还具有商业和家庭两种模式，前者可应用于酒店、超市或是学校等环境中，而后者则可居家使用，十分方便。
②水位检测，启动照明设计。当即热式智能饮水机的电源启动之后，机器上的液位传感器也会随之自行启动，且自动针对当前的水位是否充足加以检测，当水位不足时，语音模块会立即发出警报，提醒水位补充，且同时水位报警灯也会亮起[5]。而当水位符合饮水机正常饮水标准时，出水口位置的指示灯则会亮起，随之进入到加热环节。
③水杯检测，启动加热设计。当饮水机使用者将热水按键按下之后，即热式智能饮水机之内的光敏传感器会自动运行，且尤其所构成的障碍物检测模块也会随之自动就热水口位置是否有被检测水杯出现，检测结果主要有两种：第一种，当检测到水杯之后，饮水机的热水电磁阀会第一时间打开，并进行即时性的加热，流出热水到检测水杯中[6]。第二种，没有检测到水杯，饮水机的热水磁阀会自动关闭，且热水口不会流出水，此时还会自动播放语音提示，提醒饮水机前的用户将水杯放置到正确的出口水位置。此外，温度传感器会实时性的针对饮水机内的即热式加热器进行检测，借此保障饮水机热出水口的温度一直保持正常范围内，且期间如出现意外情况，例如温度异常时，系统则会自行将电源切断，预防饮水机在使用时出现安全事故。
当用户在饮水机热出水口接完水后，在水杯转移开的瞬间，即热式智能饮水机上的单片机，也就是即热式加热器以及相应的照明灯，均会伴随接水用户的离开而关闭。由此可见，在进行人体检测模块的设计时，该模块可在仅给单片机一个信号的条件下，就能够将工作电源关闭掉，提升设备饮水机使用效率的同时，对于后续用水、用电节能也可起到显著的促进作用。
④童锁设计。即热式智能饮水机设计中，针对控制热水流出进行设计时，可以充分将障碍物检测和热水按键两个不同的模块结合起来完成设计，实现对热水流出的双重控制。该设计应用下，能够高度预防儿童在嬉戏玩耍过程中将手放在热水出水口时，却由于未按下即热式饮水机之上的热水出水按键，所以出水口并不会自动感应流出热水，从而避免出现烫伤事件发生，达到童锁的设计要求。此外，部分用户由于无意识状况下按到了热水出水案件，但是由于出水口并未检测到水杯进行接水，所以出水口也不会放出热水，避免饮用水浪费。
（二）系统软件设计
进行即热式智能饮水机软件设计时，本次主要以模块化结构为主，随后严格按照系统地控制功能特征，设计顺序围绕自顶向下展开，使得整体软件系统在结构上能够更具精简性，便于后续的饮水机设计使得调整和调试，具体而言，详细的软件系统主程序设计流程图如图2所示：
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（三）系统结构设计及水路图原理
总体结构包括后壳部分及前壳部分，加热体、水箱、电磁阀、电源线及其开关等均固定再后壳上，出水嘴、接水盘、显示板等固定在前壳上；
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水从进水口进入，经进水电磁阀进入水箱，水箱里布有高低水位检测浮球，当水位低于低水位浮球时，电磁阀打开水进入水箱，当水位到达高水位浮球处时，电磁阀关闭；另一方向通过常温出水电磁阀控制到达出水口；当水箱内部水温低于40℃时，系统会控制让水进行预热，预热的目的为使用户能及时喝到温水，同时让水加热到100℃的时间变短；水箱内的水通过水泵抽到速热加热体进行加热，此时加热体上方的热水电磁阀关闭，水箱上处的预热电磁阀打开，水循环进入水箱，直到水温达到40℃；当用户需要取温水时，水泵工作，水箱上的预热电磁阀关闭，热水电磁阀打开，加热体不工作，直接将水箱内50℃的水输出；如需取热水则水泵工作，水箱上的预热电磁阀打开，热水电磁阀关闭，加热体工作；
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结束语：
综上所述，在针对传统饮水机进行既有问题的处理和改进时，文中通过51单片机的使用，实现对饮水机的智能化控制，借此充分将传统饮水机使用中出现的问题加以解决。此外，相对于传统饮水机而言，即热式智能饮水机设计并投入使用后，能够显著提升传统饮水机的安全性、节能效果和健康性，而实现这一目标主要在于单片机与各类传感器模块的有效结合，最终为未来家电智能化发展奠定坚实的基础。
参考文献：
[1] 刘建男, 孙美琪. 基于AT89C52单片机的智能饮水机的设计与开发[J]. 科技风, 2019, 373(05):17.
[2] 陶辉. 基于AT89C51单片机的智能饮水机设计[J]. 科技创新导报, 2019, 016(016):67-69,73.
[3] 宋慧文, 白国振, 仲梁维. 智能饮水机嵌入式控制系统设计[J]. 软件导刊, 2019, 018(002):91-95.
[4] 侯哲, 盛航通. 浅析智能宠物饮水机产品的设计[J]. 文艺生活·文海艺苑, 2019, 000(004):176.
[5] 孙美琪, 刘建男. 基于AT89C52单片机的智能饮水机温控系统设计与开发[J]. 科技风, 2019, 000(006):89.
[6] 黄道燚, 陈敏敏. 基于物联网技术的智能饮水机设计研究[J]. 赤峰学院学报（自然科学版）, 2020, 036(004):20-22.