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摘要：设计了一种结构新颖而实用的集节能化、智能化、人性化于一体的多功能保健饮水机。该系统采用单片机为核心控制器件，用两个水箱交替烧开水并保证沸腾3分钟后供水；通过数据采集、A/D转换、水位监控、键盘操作以及模糊控制等，最终实现饮水机的智能控制。
关键词：饮水机；新颖；保健；节能；智能控制
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
一、新型保健饮水机的结构
1.1 结构图及其工作机制
新型保健饮水机结构如图1所示。其主要的工作机制是：A,B水箱交替烧开水并且交替提供开水给C，D水箱；水箱5作为冷凝箱，用它冷却后的凉开水进入D水箱；并且通过键盘设定，C水箱具有定时保温功能。
1.2 新型保健饮水机的特点
1）沸点自测功能，能在尽可能大的地域使用。
2）特殊构造使冷水与开水彻底分离，并能严格保证使用者接到的开水仅沸腾过一次。
3）能够保证水在沸腾后的持续加热时间为3分钟。这样能使饮用水中的有害物质大大降低。
4）A,B的烧水装置轮流工作，且只在高水位的条件下才会加热，使饮水机即时供水能力大大提高。
5）保温系统支持使用者在一天内预先设置多个保温时段，且各时段的保温温度可以人工设定。从而节约了电能。
6）热开水箱、凉开水箱和冷水箱的内部不直接与大气相通，且长期处于满水状态，能够减少外界对水体污染。
7）饮水机有热开水出口、凉开水出口和冷水出口三个出水口。饮水者可以自己配兑介于热开水与凉开水温度值之间的其他温度的饮用水。
二、新型保健饮水机控制系统总体设计方案
本饮水机控制系统总体设计方框图如图2所示。它主要分为以下几个部分：温度采集，A/D转换，水位检测，键盘及显示接口，水位控制和加热控制。
图2系统整体框图
工作原理：首先，由四个 AD590采集到的四路温度数据经过CD4051选通后，通过由三个OP07和TL431构成的调整放大电路进行放大调整，进入ADC0804转换并记录各个温度值备用；然后，单片机系统通过电极式水位传感器检测A,B两水箱的水位，当检测到不是高水位且是没有烧开过的水时，则由单片机发出控制信号，控制SSR断开加热电源并关闭通向C,D水箱的放水阀，同时进行上水操作；当检测到某一个水箱里为高水位而另一个水箱没有加热时，则发出控制信号停止上水，并且控制SSR对其加热。在其中一个水箱上水及加热过程中，另一个水箱里若不是开水，则也对其进行以前一个水箱相同的控制操作，若是开水则为C,D两水箱提供饮用水，直到它也变成低水位后，单片机发出控制信号对其进行与前一个水箱相同的操作。因此，A,B 两水箱的功能是交替加热烧开水，这样就避免了常见饮水机里存在的二次甚至多次沸腾问题，这样也节约了电能，同时也为我们提供更加优质的饮用水。另外，A、B两水箱不同时提供开水，这样就避免了A,B两开水箱均没有开水供应的情形，从而大大提高了饮水机的及时供水能力。
C水箱主要是为我們提供热开水，它具有定时保温功能。人们通过键盘可以一次性设置一天中的三个不同的保温时间段及保温温度，单片机将根据所设置的数据对C水箱进行温度控制，满足人们的不同需求。它的保温功能是通过以下步骤实现的:
当检测到低水位有水时，则检测保温设置键是否被按下，若被按下则进行保温温度和时间的设定。接着，AD590进行温度采集，经过集成运放处理后由ADC0804进行模数转换并送单片机，单片机将实际温度与设定温度进行比较，根据比较结果调用模糊控制规则，控制固态继电器（SSR）来调节加热功率，不同的温差采用不同的加热功率，从而实现对水温的控制。
D水箱主要是为我们提供凉开水，它的水源经过水箱5中的冷凝管，用自来水进行冷却后，可适当降低温度。当我们口渴难耐之时，不用焦急的等待开水缓慢地自然冷却而能够马上喝到凉开水。
三、水温控制
3.1 沸点的确定
在本饮水机控制系统中，由于A,B水箱只用来烧开水，因此对这两个水箱而言，控制的关键点是在水箱里的水温刚好到达沸点开始计时，让开水继续沸腾三至五分钟，尽可能地减少水中的有害物质。
水的沸点是随着海拔高度的增加降低的。由计算可知，每当海拔高度增加310米，沸点就降低1℃。实际值比这个数稍大，大约高度每升高1千米，水的沸点下降3℃。这个结果，在高度不太大的范围内基本上是适用的。为了使该饮水机能尽可能大的在具有不同海拔高度地域使用，不能简单地将沸点设定成某个具体的值，而应使饮水机具有自动确定使用地沸点的功能。
通过比较，在软件设计中每过10秒钟查看一次当前水温（在加热的情况下），若是连续九次（即1.5分钟里）都得到同一个温度值，并且这个温度高于某一个值（比如85℃）那么就确认此时水温已经达到沸点了，然后就让其继续沸腾三分钟即可。这里设定的1.5分钟时比较长的，目的是为了确保水被烧开，当然，为了调节开水的沸腾时间，可以在确定达到沸点后，让其继续沸腾2到2.5分钟均可。
3.2 保温功能的实现
保温水箱即C水箱的保温控制主要是采用模糊控制的方法。模糊控制是一种新的控制方法，它的数学基础，理论基础，实现方法和传统的控制方法有很大的区别。它是人们不断总结规律，根据总结的规律形成模糊控制规则，根据模糊控制规则进行控制的控制过程。因此，模糊控制与其他的控制相比，更具有实际意义，结果也更加准确。
在本饮水机控制系统中，我通过多次试验，得到如表1所示的模糊控制规则（令△T=预设温度-当前温度），运用它取得了较好的控制效果。加热规则如下表所示。
保温的模糊控制规则表
四、结论
本次多功能保健饮水机控制系统的设计，主要是针对目前绝大多数饮水机只具有一般的加热、保温功能进行改良而成的。通过对系统的调试，最终实现了饮水机的智能控制，使其能够更好的满足人们日常生活的要求。
参考文献
[1] 高峰编著.单片机应用系统设计及实用技术.北京：机械工业出版社，2004
[2] 厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2010.3
[3] 鄢景华编著.自动控制原理（修订本）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000
[4] 李全利，迟荣强编著.单片机原理及接口技术.北京：高等教育出版社，2004
[5]常健生主编.检测与转换技术.北京：机械工业出版社，2010.8
[6] 王兆安，黄俊主编.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2000
关键词：饮水机；新颖；保健；节能；智能控制
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
一、新型保健饮水机的结构
1.1 结构图及其工作机制
新型保健饮水机结构如图1所示。其主要的工作机制是：A,B水箱交替烧开水并且交替提供开水给C，D水箱；水箱5作为冷凝箱，用它冷却后的凉开水进入D水箱；并且通过键盘设定，C水箱具有定时保温功能。
1.2 新型保健饮水机的特点
1）沸点自测功能，能在尽可能大的地域使用。
2）特殊构造使冷水与开水彻底分离，并能严格保证使用者接到的开水仅沸腾过一次。
3）能够保证水在沸腾后的持续加热时间为3分钟。这样能使饮用水中的有害物质大大降低。
4）A,B的烧水装置轮流工作，且只在高水位的条件下才会加热，使饮水机即时供水能力大大提高。
5）保温系统支持使用者在一天内预先设置多个保温时段，且各时段的保温温度可以人工设定。从而节约了电能。
6）热开水箱、凉开水箱和冷水箱的内部不直接与大气相通，且长期处于满水状态，能够减少外界对水体污染。
7）饮水机有热开水出口、凉开水出口和冷水出口三个出水口。饮水者可以自己配兑介于热开水与凉开水温度值之间的其他温度的饮用水。
二、新型保健饮水机控制系统总体设计方案
本饮水机控制系统总体设计方框图如图2所示。它主要分为以下几个部分：温度采集，A/D转换，水位检测，键盘及显示接口，水位控制和加热控制。
图2系统整体框图
工作原理：首先，由四个 AD590采集到的四路温度数据经过CD4051选通后，通过由三个OP07和TL431构成的调整放大电路进行放大调整，进入ADC0804转换并记录各个温度值备用；然后，单片机系统通过电极式水位传感器检测A,B两水箱的水位，当检测到不是高水位且是没有烧开过的水时，则由单片机发出控制信号，控制SSR断开加热电源并关闭通向C,D水箱的放水阀，同时进行上水操作；当检测到某一个水箱里为高水位而另一个水箱没有加热时，则发出控制信号停止上水，并且控制SSR对其加热。在其中一个水箱上水及加热过程中，另一个水箱里若不是开水，则也对其进行以前一个水箱相同的控制操作，若是开水则为C,D两水箱提供饮用水，直到它也变成低水位后，单片机发出控制信号对其进行与前一个水箱相同的操作。因此，A,B 两水箱的功能是交替加热烧开水，这样就避免了常见饮水机里存在的二次甚至多次沸腾问题，这样也节约了电能，同时也为我们提供更加优质的饮用水。另外，A、B两水箱不同时提供开水，这样就避免了A,B两开水箱均没有开水供应的情形，从而大大提高了饮水机的及时供水能力。
C水箱主要是为我們提供热开水，它具有定时保温功能。人们通过键盘可以一次性设置一天中的三个不同的保温时间段及保温温度，单片机将根据所设置的数据对C水箱进行温度控制，满足人们的不同需求。它的保温功能是通过以下步骤实现的:
当检测到低水位有水时，则检测保温设置键是否被按下，若被按下则进行保温温度和时间的设定。接着，AD590进行温度采集，经过集成运放处理后由ADC0804进行模数转换并送单片机，单片机将实际温度与设定温度进行比较，根据比较结果调用模糊控制规则，控制固态继电器（SSR）来调节加热功率，不同的温差采用不同的加热功率，从而实现对水温的控制。
D水箱主要是为我们提供凉开水，它的水源经过水箱5中的冷凝管，用自来水进行冷却后，可适当降低温度。当我们口渴难耐之时，不用焦急的等待开水缓慢地自然冷却而能够马上喝到凉开水。
三、水温控制
3.1 沸点的确定
在本饮水机控制系统中，由于A,B水箱只用来烧开水，因此对这两个水箱而言，控制的关键点是在水箱里的水温刚好到达沸点开始计时，让开水继续沸腾三至五分钟，尽可能地减少水中的有害物质。
水的沸点是随着海拔高度的增加降低的。由计算可知，每当海拔高度增加310米，沸点就降低1℃。实际值比这个数稍大，大约高度每升高1千米，水的沸点下降3℃。这个结果，在高度不太大的范围内基本上是适用的。为了使该饮水机能尽可能大的在具有不同海拔高度地域使用，不能简单地将沸点设定成某个具体的值，而应使饮水机具有自动确定使用地沸点的功能。
通过比较，在软件设计中每过10秒钟查看一次当前水温（在加热的情况下），若是连续九次（即1.5分钟里）都得到同一个温度值，并且这个温度高于某一个值（比如85℃）那么就确认此时水温已经达到沸点了，然后就让其继续沸腾三分钟即可。这里设定的1.5分钟时比较长的，目的是为了确保水被烧开，当然，为了调节开水的沸腾时间，可以在确定达到沸点后，让其继续沸腾2到2.5分钟均可。
3.2 保温功能的实现
保温水箱即C水箱的保温控制主要是采用模糊控制的方法。模糊控制是一种新的控制方法，它的数学基础，理论基础，实现方法和传统的控制方法有很大的区别。它是人们不断总结规律，根据总结的规律形成模糊控制规则，根据模糊控制规则进行控制的控制过程。因此，模糊控制与其他的控制相比，更具有实际意义，结果也更加准确。
在本饮水机控制系统中，我通过多次试验，得到如表1所示的模糊控制规则（令△T=预设温度-当前温度），运用它取得了较好的控制效果。加热规则如下表所示。
保温的模糊控制规则表
四、结论
本次多功能保健饮水机控制系统的设计，主要是针对目前绝大多数饮水机只具有一般的加热、保温功能进行改良而成的。通过对系统的调试，最终实现了饮水机的智能控制，使其能够更好的满足人们日常生活的要求。
参考文献
[1] 高峰编著.单片机应用系统设计及实用技术.北京：机械工业出版社，2004
[2] 厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2010.3
[3] 鄢景华编著.自动控制原理（修订本）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000
[4] 李全利，迟荣强编著.单片机原理及接口技术.北京：高等教育出版社，2004
[5]常健生主编.检测与转换技术.北京：机械工业出版社，2010.8
[6] 王兆安，黄俊主编.电力电子技术（第四版）.北京：机械工业出版社，2000