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普通饮水机的（节电，健康化）改造(一)
目录
摘要 …………………………………………………………………………………………2
关键词………………………………………………………………………………………2
1引语……………………………………………………………………………………2
2电路的组成………………………………………………………………………………2
3电路说明……………………………………………………………………………………3
3.1电源电路…………………………………………………………………………………3
3.1.1电路组成……………………………………………………………………………3
3.1.2电路原理……………………………………………………………………………3
3.2省电控制电路及原理…………………………………………………………………4
3.2.1电路组成…………………………………………………………………………4
3.2.2电路原理…………………………………………………………………………4
3.3凉热水分开及水位指示电路及原理…………………………………………5
3.3.1电路组成…………………………………………………………………………6
3.3.2电路工作原理…………………………………………………………………7
4元件清单…………………………………………………………………………………8
5制作注意事项……………………………………………………………………………9
6 结论………………………………………………………………………………………9
7谢辞………………………………………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………………………………10
普通饮水机的（节电，健康化）改造
摘要：很少有人会注意到饮水机的节电，健康化问题。普通饮水机即耗电量大，有因饮水机内部加，热水简单，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。因此，以延时芯片CD4541为核心，我对普通饮水机进行了适当的改造。即节电又卫生。
关键词: 饮水机 节电 卫生 CD4541
1引语
说起家电节电，人们自然会想起冰箱。彩电等耗电大户，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凉，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。
“省电，健康型饮水机”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CD4541控制加热器的通电时间，达到节能的目的。本设计可以保证在开水用完之后，在注入凉水。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“省电，健康型饮水机”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电路的组成
3电路说明
3.1电源电路
3.1.1电路组成
如图1所示，包括变压器E2，二极管（D1、D2、D3、D4），电容（C1、C2、C3），三端集成稳压器（78M06)。
图1 电源电路图
3.1.2电路原理
电源电路由四个二极管组成桥式电路，进行整流，电容滤波器是利用电容充电和放电将脉动的直流电变成平稳的直流电和使用三端集成稳压器稳压，如图2所示。
图2 电源电路波形图
如下图3所示，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。 第①脚为输入端，第②脚为公共端，第③脚为输出端。
图3 三端集成稳压管
3.2省电控制电路
3.2.1电路组成
如图4所示，包括延时电路：由集成电路IC1(CD4541),电阻R2,R3,R4,电容C4,按钮SB和开关S1组成;驱动电路：由R1,晶体管VT1,继电器K,二极管VD1组成。
图4 省电控制电路
3.2.2电路原理
（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。各脚功能如表1所示。CD4541，第①脚接振荡电阻，第②脚接振荡电容，第③脚接保护电阻，第⑧脚为输出脚，第⑨脚可选择第⑧脚的输出状态，第⑩脚接低电平为单定时模式，接高电平为循环定时模式，第12、13脚可设定时间或设定输出频率。
（2）驱动电路由8脚（Q端）输出端连接晶体管VT1，再驱动继电器K1.继电器K1的常开触点控制饮水机加热器的通，断电。
由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SB，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
3.3.1电路组成
如图5所示，包括基准电压电路：由电阻R6,R8,R11,二极管VD3,VD4组成;水位比较电路：由四运放IC2(LM324),水位电极S2~S5,电阻R5~R17,指示灯LED1~LED4组成;水位电极S2~S5自上至下依次安装在加热器中，见图6。驱动电路：由R18,晶体管VT2,电磁阀L1，二极管VD5,VD6组成。
图5 凉热水分开及水位指示电路
图6 加热器的改动
3.3.2电路工作原理
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。
上图5中，LM324 是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。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7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7
由于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。
图7 LM324四运放集成电路
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IC2D的12脚（同向输入端）电位为1V以上，而IC2D的13脚（反向输入端）电位始终为0.9V，所以IC2D的14脚输出高电平（5.13V），使晶体管VT2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，IC2D的12脚（同向输入端）电位接近5V，IC2D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，IC2D的12脚（同向输入端）电位变为1.8V，仍然高于IC2D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，IC2C的10脚电位低于9脚电位，IC2C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，IC2B的5脚电位低于6脚电位，IC2B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，IC2A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VD2拉低IC2D的12脚的点位，由1.8V变为0.75V，所以IC2D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LED1~LED4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LED1~LED4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，IC2A的3脚电位为1.5V，高于2脚电位（0.9V）,IC2A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，VD2截止。但由于IC2D14脚是低电位，由于15正反馈，IC2D的12脚的电位仍然约为0.75V，所以IC2D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，IC2B的5脚电位高于6脚电位，IC2B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，IC2C的10脚电位高于9脚电位，IC2C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，IC2C的12脚电位高于13脚电位，IC2D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，IC2D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
表2
品名 符号 规格 数量
延时芯片 IC1 CD4541 1
电阻 R 10K 2
2M 3
1K 4
51K 2
100K 4
20K 1
30K 1
3.3K 1
按钮 SB 1
开关 S1 1
水位电极 S2～S5 4
指示灯 LED1～LWD4 4
电容 C 0.1μ 2
1000μ 1
0.33μ 1
晶体管 VT NPN 1
9013 1
继电器 K 1
二极管 VD IN4001 6
IN4148 3
稳压管 VD 3V 1
四运放 IC2 LM324 1
电磁阀 L1 12V 1
三端集成稳压器 IC 78M06 1
变压器 E 10v 1
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0.04~0.1W，开闭速度快，其动作次数可达2~7次/s。
5制作注意事项
本“省电，健康型饮水机”在普通饮水机的机构上稍作改动。
如图3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
本文通过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。它使我将大学两年所学融合到了一起，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—— 老师，是他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 1999
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