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普通飲水機(jī)的（節(jié)電，健康化）改造(一)
目錄
摘要 …………………………………………………………………………………………2
關(guān)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(xiàng)……………………………………………………………………………9
6 結(jié)論………………………………………………………………………………………9
7謝辭………………………………………………………………………………………10
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………10
普通飲水機(jī)的（節(jié)電，健康化）改造
摘要：很少有人會注意到飲水機(jī)的節(jié)電，健康化問題。普通飲水機(jī)即耗電量大，有因飲水機(jī)內(nèi)部加，熱水簡單，隨著大量涼水進(jìn)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(shí)芯片CD4541為核心，我對普通飲水機(jī)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑�。即�?jié)電又衛(wèi)生。
關(guān)鍵詞: 飲水機(jī) 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(jī)，其能耗問題卻常常被人忽略。據(jù)分析，當(dāng)功率為600W的飲水機(jī)處于保溫工作狀態(tài)24小時(shí)，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(jī)重復(fù)加熱，水質(zhì)不新鮮，易結(jié)垢，不利健康。除此之外，目前幾乎所有的普通飲水機(jī)的凉，熱水并未分開，很多時(shí)候我們和的第一杯是開水，但是隨著大量涼水進(jìn)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(jī)”從以上這兩個(gè)問題:我對飲水機(jī)內(nèi)部電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改造，以CD4541控制加熱器的通電時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的。本設(shè)計(jì)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(shè)置了開水水位指示。
該“省電，健康型飲水機(jī)”的結(jié)構(gòu)與普通飲水機(jī)基本相同，也適合普通飲水機(jī)的改造，這兩個(gè)功能的電路相互獨(dú)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(gè)二極管組成橋式電路，進(jìn)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(diǎn)，適合在各種電子設(shè)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(shí)電路：由集成電路IC1(CD4541),電阻R2,R3,R4,電容C4,按鈕SB和開關(guān)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(shí)電路以CD4541為核心，通過R3調(diào)節(jié)飲水機(jī)加熱器的工作時(shí)間。可根據(jù)需要，決定飲水機(jī)每隔多長時(shí)間進(jìn)行一次加熱，間隔時(shí)間從幾分鐘到數(shù)小時(shí)。
CD4541是采用CMOS工藝制造的可編程定時(shí)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(fù)位電路，計(jì)數(shù)器，輸出狀態(tài)的邏輯控制電路等部分構(gòu)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(hù)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(shí)模式，接高電平為循環(huán)定時(shí)模式，第12、13腳可設(shè)定時(shí)間或設(shè)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(diǎn)控制飲水機(jī)加熱器的通，斷電。
由8腳（Q端）輸出端為高電位時(shí)，飲水機(jī)加熱器通電加熱；當(dāng)8腳（Q端）輸出端為低電位時(shí)，飲水機(jī)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(shí)間后，停止加熱。如果長時(shí)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(gè)功能非常實(shí)用，在一兩個(gè)人飲水時(shí)，可大大節(jié)省電能，所以推薦大家將普通飲水機(jī)進(jìn)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(zhǔn)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(yùn)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(zhǔn)電壓電路為水位比較電路不提供基準(zhǔn)電壓，A點(diǎn)電位為1.5V,B點(diǎn)電位為0.9V。
上圖5中，LM324 是四運(yùn)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(yùn)算放大器, 除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖7所示的符號來表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端,“V+”、“V-” 為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
圖7 LM324四運(yùn)放集成電路
注水過程：（1）當(dāng)加熱器中無水，或水位低于最低水位電極S5時(shí)，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(dǎo)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(dāng)水位高于最低水位電極S5時(shí)，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(dāng)水位高于水位電極S4時(shí)，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(dá)到水位電極S4。
（5）同樣，當(dāng)水位高于水位電極S3時(shí)，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(dá)到水位電極S3。
（6）加熱器中的水位逐漸上升，當(dāng)水位高于最高水位電極S2時(shí)，IC2A的1腳輸出低電位，LED1亮，表示加熱器的水位達(dá)到水位電極S2。
同時(shí)，由VD2拉低IC2D的12腳的點(diǎn)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(guān)斷，停止向加熱器注入涼水。同時(shí)，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(dāng)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(shí)，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(shí)，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(dāng)水位低于水位電極S3時(shí)，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(dāng)水位低于水位電極S4時(shí)，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(dāng)水位低于水位電極S5時(shí)，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(shí)，IC2D的14腳輸出高電平，晶體管VT2導(dǎo)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(shí)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(guān) 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(yùn)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(shí)，其功耗為0.04~0.1W，開閉速度快，其動作次數(shù)可達(dá)2~7次/s。
5制作注意事項(xiàng)
本“省電，健康型飲水機(jī)”在普通飲水機(jī)的機(jī)構(gòu)上稍作改動。
如圖3所示，將普通飲水機(jī)的進(jìn)水口和出水口的位置進(jìn)行交換，并在進(jìn)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(jié)
本文通過對普通飲水機(jī)的節(jié)電、健康化改造，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識，特別是對電學(xué)方面有了更深刻的認(rèn)識和了解。它使我將大學(xué)兩年所學(xué)融合到了一起，從而學(xué)到了更多。此次設(shè)計(jì)讓我將所學(xué)到的知識用到了實(shí)際領(lǐng)域，讓我感受到實(shí)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(shè)計(jì)讓我更加有信心 迎接任何挑戰(zhàn)。
7謝辭
在本次設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)帶來了很多麻煩，經(jīng)過自己學(xué)習(xí)、老師的精心指導(dǎo)和同學(xué)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(shè)計(jì)，在這里我對老師和同學(xué)表示衷心的感謝！
特別，要感謝的是我的指導(dǎo)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(shí)，就熱心地給我指導(dǎo)，沒有老師的教導(dǎo)，我是無法按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)的，在此感謝指導(dǎo)老師的幫助，衷心的祝愿你身體健康，工作順利！
參考文獻(xiàn)
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