健康节能型饮水机设计

陈健宁

摘 要：针对传统饮水机对饮用水反复加热，导致水中的硝酸盐分解变成的亚硝酸盐超标，对人体健康极为不利的问题，提出了改进方案。通过采用51单片机、继电器、液晶显示器等低成本元件组建控制系统来限制饮水机中水到达沸点的次数，当超过设定到达沸点次数且中间无人使用时自动切断电源，以避免“千滚水”现象发生，利于人体健康和节能。

关键词：单片机 节电 健康饮水

中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（a）-0040-03

1 设计背景

使用广泛的传统饮水机存在健康隐患，其反反复复加热的“千滚水”，对人体健康十分不利。近年来因饮用饮水机的“千滚水”导致患病的事件频繁见诸报端。目前市场上饮水机虽然种类繁多，花样齐全，但工作原理大致相同。当饮水机处于保温状态时保温电阻起到是分压的作用，使饮水机的有用功降低，而并没有使输出的总功减少。导致保温状态下也与加热状态一样消耗同等大量电能。据设计者实验测得该新佳美牌普通饮水机的热胆功率0.42 kW，水温在85°～93°徘徊，当低于85°时，会自动开始加热，大概在20 min一次，一次加热2 min，每天可反复加热约80次，在不喝一滴水的情况下，饮水机白白费电1°，电费约0.6元左右，一月下来就20元左右，一年下来就接近250元。

可见传统的饮水机加热胆中的水一直处于持续加热保温的循环状态当中。据有关专家检测连续加热3次的水产生的亚硝酸盐含量将超于人体本身能净化的量.而加热80次的水，其亚硝酸盐含量是人体的十倍左右，人饮用后对身体的危害极大，长期饮用容易得癌症。

2 传统饮水机的改进方案

下面以新佳美牌普通饮水机改造为例，提出改进方案。通过引入51单片机，1602液晶显示器，继电器等（其成本约为40元）组建控制系统，实现在无人饮水是水烧开3次后自动断电；保温时节省大量电量。经计算得在不喝一滴水的情况下，改造过的饮水机耗电约为0.02°，电费约为0.01元多，综合考虑一台饮水机一年能节省300块钱。而且其加热后的水亚硝酸盐含量不超标，人饮用后不会产生不良影响。系统框架如图1所示。

3 系统工作原理

3.1 智能节电及防止反复加热工作原理

该部分由单片机控制系统连接温控开关，显示器与继电器。其工作原理为：采集温控开关通断信号，当温度低于85°时，开关闭合，给单片机一高平信号，这时让控制固态继电器的I/O口输出高电平，继电器受输出电平控制，处于一直导通状态。并且单片机控制发光二极管使红灯发光，此时加热电阻两端电压值为220 V。饮水机处于加热状态。当温度高于85°时，开关断开，单片机模拟PWM输出矩形波形，驱动固态继电器使其转换于导通，断开状态。单片机控制发光二极管，使红色LED熄灭，黄色LED发光，从而使电源输出功率减小，饮水机处于保温状态。这样就有效避免了饮水机在保温状态时电源也大功率输出地弊端。

通过采集开关的通与断的信号来确定饮水机处于加热与保温状态的，进而使单片机做出相应的控制。并且用单片机采集温控开关断开或接通的次数（接通与断开算一次）并将其显示在显示器当中；当显示器记录次数达到3次时单片机输出低电平，即加热3次时单片机控制电磁继电器，使其停止工作，并在显示器上输出水烧开后开始计时的时间，同时熄灭红黄色LED。而按钮开关的设置。这样既节省电能，又有效地避免了水多次烧开而产生对人体有害物质的情况发生。

3.2 保温工作原理

当单片机判断出饮水机处于保温状态时，单片机输出如图2所示方波其中高电平占总周期的十分之一（经过计算所得的比例），将其输入的电平经驱动电路后接入固态集电器，使得保温时一秒内有0.1 s加热水，0.9 s处于切断状态。（保温时比传统的节省大约9/10的电量）从而达到即保温又节能的效果。

3.3 信息显示原理

为了方便用户了解更多的信息放心使用加热后的水，增加了具有人性化的信息显示模块。该模块是基于51单片机用1602液晶显示器显示加热水的次数及从最近沸点到现在的时间。显示器第一行显示的是加热次数，第二行显示从最近沸点开始计时的时间。

4 节能测试

经对改造过的饮水机和普通饮水机的节能测试，可以大大降低电能损耗如图3所示，而改造成本约40元左右。同时实现了健康饮水减少疾病发生率，不再担心饮入含过高的亚硝酸盐的水。

参考文献

[1] 戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].电子工业出版社，2006.

[2] 王为青，程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术[M].人民邮电出版社，2007.

[3] 戴佳，戴卫恒.51单片机c语言应用程序设计实例精讲[M].电子工业出版社，2006.