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【摘 要】由于目前市场上现有的大多是顶部倒置水桶式的饮水机，这种饮水机对于老人、妇女、小孩及一些特殊群体极为的不友好，因此为了解决上述群体饮水机换水难及相关的一系列问题，同时有效的解决水资源被浪费的问题，本文提出了一种操作简单一键换桶装水的底部入水式饮水机。
【关键词】底部入水式;饮水机;智能家居
饮水机顾名思义就是解决人们饮水问题而诞生的家用产品，其因提升人们的饮水质量和生活品质而成为时尚备受国人喜爱。目前，市场上常见的饮水机产品主要有饮水机、净水桶、纯水机、软水机等。在我们普遍使用饮水机的同时，在使用的过程中一系列问题也在随之暴露出来，现在家庭使用的饮水机大多为顶部倒置水桶式的饮水机，该类饮水机主要是通过水的重力来完成水的流动和配送，这会使在使用饮水机时会出现一个比较普遍的问题，就是当桶装水用完后需要更换新的桶装水，这一整个换水的过程对于一些特殊群体是不友好的，比如让老年人，孕妇，小孩等一些人在完成这个换水工作是十分困难。随着我国经济的发展，人们的生活水平日益的提高对生活质量的追求也越来越好，而且现如今我国人口老龄化日益严重，关爱老年人，提高老年人晚年生活质量及幸福感是当下的一个热点。因此为了解决老年人，妇女，小孩在饮水机更换桶装水难的问题，让他们有更好的生活质量，本文提出了一种一键更换桶装水的底部入水式饮水机。
一、底部入水式饮水机整体设计
本文研究的底部入水式饮水机主要是由水桶翻转机构、水泵、底部聪明座、水位传感器水位控制开关、电动液压伸缩推杆、AT89C51单片机、压缩机式制冷器及即热式加热器等结构部件组成。该设计主要设计思路是根据目前市场上现有的饮水机针对不同的人群所产生的问题，在饮水机现有的基础上加于机械结构达到解决问题的目的。该设计利用一些简单的机械结构解决了一般顶部倒置水桶式的饮水机需将沉重的桶装饮用水上下搬运这一问题，其中电动液压伸缩推杆起到了关键作用，还有就是该底部入水式饮水机采用一键翻转换桶装水的形式来完成换水工作，不同于平常的人力换桶装水，该设计可以让使用者以最小的体力消耗 来完成换桶装水这一工作，更加能体现家居产品的人性化。
二、底部入水式饮水机工作原理
一般饮水机的基本作用是升温或降温并方便人们饮用，所以该设计也是在此基础上来进行工作的。首先我们在更换新的桶装水前的只需按下下降按钮将桶装水空桶缓缓平放以便使用者拿走空桶，然后将准备好的新桶装水倾倒在水桶翻转机构上在按下抬升按钮，桶装水将在电动液压伸缩推杆的作用下缓缓的插入安装到底部聪明座里，完成换水工作，接下来桶内纯净水进入底部储水槽，在饮水机正常工作期间，当上储水槽的水位传感器接收到低于目标水位信号，并将信号传输至AT89C51单片机，然后由其控制水位控制开关和水泵将底部储水槽的纯净水抽到上储水槽。该底部入水式饮水机设计有常温、冰水及热水三个出水口，使用者可以根据自己的需求选择出水口，选用热水口时即热式加热器工作加热纯净水满足使用者需求，选用冰水口时压缩机式制冷器工作完成制冷。经过这一系列的机构间的协调配合工作，该底部入水式饮水机体现其价值，让人们有更高的幸福感。
三、机械机构设计
水桶翻转机构主要是由电动伸缩推杆、卧式轴承支座、轴承、轴及水桶支撑架。该机构的作用主要是将桶装水缓慢安装插入底部的聪明座上，其通过电动液压伸缩推杆回程产生的作用力来将桶装水缓缓抬升，经过计算电动液压伸缩推杆的安装位置为饮水机底部左侧靠后方，其位置如图1所示[1]。该机构将采用电驱动的形式来实现该机构的更换桶装水功能，开关为一键抬升及一键下降，使得操作更加简便。由于正常未开封的桶装水大约为20kg，因此将选用工作电压24v，可承重30kg，150mm行程，速度45mm每秒的电动伸缩推杆作为该机构的动力元件。电动液压伸缩推杆与液压连杆相连，桶装水支架与轴铰接，轴承起到减小摩擦力的作用，各组件间协调配合工作完成更换桶装水工作。
四、内部结构设计
本文所提出的底部入水式饮水机与现在市场上的饮水的内部结构有些许不同，其内部主要有上下储水槽、冷热水器供水水泵、软管、水位传感器水位控制开关、压缩机式制冷器及即热式加热器。本设计的内部结构设计主要是为了优化现有的饮水机，其通过冷水水泵与下储水槽相连，当上储水槽水位低于目标值，该泵开始工作将下储水槽的水抽到上水槽，上水槽与压缩机式制冷器及常温出水口相连，根据人们对饮用水的需求为人们服务，热水水泵直接与下储水槽和即热式加热器相连，在人们需要热水时，按下热水出水口开关稍等片刻，由该泵直接将水抽到即热式加热器内进行加热即可为人们提供热水，避免了“千滚水”的出现，使得人们的饮水更加健康[2]。
五、控制系统设计
该底部入水式饮水机将采用AT89C51单片机作为主控制板，其主要是控制水泵、压缩机式制冷器及即热式加热器的工作，主要是通过冷水、常温水和热水三个开关所产生的脉冲信号促使AT89C51单片机通过程序运行来实现控制目的[3]。
六、推广价值与应用前景
本文所设计的底部入水式饮水机主要是优化现有饮水机和解决现有饮水机对一些特殊使用群体所产生的一些问题，其可应用与各大公共场所、家庭，最主要的是针对独居老人、妇女及特殊人群等家庭，因为这些家庭更需要這样一种底部入水式饮水机，如果有了这一款底部入水式饮水机他们将可以更好的体验到生活的美好。
七、结束语
现如今人们越来越注重健康，饮水健康也是人们所关注的，这就需要到一款好的饮水机来保证其有高质量的饮用水，但是现如今市场上的饮水机不能够满足所有人的需求，因此本文设计出了一种可以解决老人、妇女及小孩更换桶装水难的底部入水式饮水机，并且该饮水机操作简单。
参考文献：
[1]洪元，张启明. 一种水桶下置式饮水机[P]. 广东：CN201290600，2009-08-19.
[2]姜晟，袁佩瑶，李富柱，高先瑞，高明智. 一种水桶下置式多功能饮水机[P]. 江苏：CN207693446U，2018-08-07.
[3]冯敏.一种基于单片机的智能饮水机设计电子技术中的单片机应用[J].中国新通信，2020，22（09）：102.
作者简介：
陈帅（1999-），性别：男，籍贯：广西玉林人，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。
基金项目：
北部湾大学2020年大学生创新创业训练计划项目“底部入水式饮水机”（2020116070260）
（作者单位：北部湾大学机械与船舶海洋工程学院）
【关键词】底部入水式;饮水机;智能家居
饮水机顾名思义就是解决人们饮水问题而诞生的家用产品，其因提升人们的饮水质量和生活品质而成为时尚备受国人喜爱。目前，市场上常见的饮水机产品主要有饮水机、净水桶、纯水机、软水机等。在我们普遍使用饮水机的同时，在使用的过程中一系列问题也在随之暴露出来，现在家庭使用的饮水机大多为顶部倒置水桶式的饮水机，该类饮水机主要是通过水的重力来完成水的流动和配送，这会使在使用饮水机时会出现一个比较普遍的问题，就是当桶装水用完后需要更换新的桶装水，这一整个换水的过程对于一些特殊群体是不友好的，比如让老年人，孕妇，小孩等一些人在完成这个换水工作是十分困难。随着我国经济的发展，人们的生活水平日益的提高对生活质量的追求也越来越好，而且现如今我国人口老龄化日益严重，关爱老年人，提高老年人晚年生活质量及幸福感是当下的一个热点。因此为了解决老年人，妇女，小孩在饮水机更换桶装水难的问题，让他们有更好的生活质量，本文提出了一种一键更换桶装水的底部入水式饮水机。
一、底部入水式饮水机整体设计
本文研究的底部入水式饮水机主要是由水桶翻转机构、水泵、底部聪明座、水位传感器水位控制开关、电动液压伸缩推杆、AT89C51单片机、压缩机式制冷器及即热式加热器等结构部件组成。该设计主要设计思路是根据目前市场上现有的饮水机针对不同的人群所产生的问题，在饮水机现有的基础上加于机械结构达到解决问题的目的。该设计利用一些简单的机械结构解决了一般顶部倒置水桶式的饮水机需将沉重的桶装饮用水上下搬运这一问题，其中电动液压伸缩推杆起到了关键作用，还有就是该底部入水式饮水机采用一键翻转换桶装水的形式来完成换水工作，不同于平常的人力换桶装水，该设计可以让使用者以最小的体力消耗 来完成换桶装水这一工作，更加能体现家居产品的人性化。
二、底部入水式饮水机工作原理
一般饮水机的基本作用是升温或降温并方便人们饮用，所以该设计也是在此基础上来进行工作的。首先我们在更换新的桶装水前的只需按下下降按钮将桶装水空桶缓缓平放以便使用者拿走空桶，然后将准备好的新桶装水倾倒在水桶翻转机构上在按下抬升按钮，桶装水将在电动液压伸缩推杆的作用下缓缓的插入安装到底部聪明座里，完成换水工作，接下来桶内纯净水进入底部储水槽，在饮水机正常工作期间，当上储水槽的水位传感器接收到低于目标水位信号，并将信号传输至AT89C51单片机，然后由其控制水位控制开关和水泵将底部储水槽的纯净水抽到上储水槽。该底部入水式饮水机设计有常温、冰水及热水三个出水口，使用者可以根据自己的需求选择出水口，选用热水口时即热式加热器工作加热纯净水满足使用者需求，选用冰水口时压缩机式制冷器工作完成制冷。经过这一系列的机构间的协调配合工作，该底部入水式饮水机体现其价值，让人们有更高的幸福感。
三、机械机构设计
水桶翻转机构主要是由电动伸缩推杆、卧式轴承支座、轴承、轴及水桶支撑架。该机构的作用主要是将桶装水缓慢安装插入底部的聪明座上，其通过电动液压伸缩推杆回程产生的作用力来将桶装水缓缓抬升，经过计算电动液压伸缩推杆的安装位置为饮水机底部左侧靠后方，其位置如图1所示[1]。该机构将采用电驱动的形式来实现该机构的更换桶装水功能，开关为一键抬升及一键下降，使得操作更加简便。由于正常未开封的桶装水大约为20kg，因此将选用工作电压24v，可承重30kg，150mm行程，速度45mm每秒的电动伸缩推杆作为该机构的动力元件。电动液压伸缩推杆与液压连杆相连，桶装水支架与轴铰接，轴承起到减小摩擦力的作用，各组件间协调配合工作完成更换桶装水工作。
四、内部结构设计
本文所提出的底部入水式饮水机与现在市场上的饮水的内部结构有些许不同，其内部主要有上下储水槽、冷热水器供水水泵、软管、水位传感器水位控制开关、压缩机式制冷器及即热式加热器。本设计的内部结构设计主要是为了优化现有的饮水机，其通过冷水水泵与下储水槽相连，当上储水槽水位低于目标值，该泵开始工作将下储水槽的水抽到上水槽，上水槽与压缩机式制冷器及常温出水口相连，根据人们对饮用水的需求为人们服务，热水水泵直接与下储水槽和即热式加热器相连，在人们需要热水时，按下热水出水口开关稍等片刻，由该泵直接将水抽到即热式加热器内进行加热即可为人们提供热水，避免了“千滚水”的出现，使得人们的饮水更加健康[2]。
五、控制系统设计
该底部入水式饮水机将采用AT89C51单片机作为主控制板，其主要是控制水泵、压缩机式制冷器及即热式加热器的工作，主要是通过冷水、常温水和热水三个开关所产生的脉冲信号促使AT89C51单片机通过程序运行来实现控制目的[3]。
六、推广价值与应用前景
本文所设计的底部入水式饮水机主要是优化现有饮水机和解决现有饮水机对一些特殊使用群体所产生的一些问题，其可应用与各大公共场所、家庭，最主要的是针对独居老人、妇女及特殊人群等家庭，因为这些家庭更需要這样一种底部入水式饮水机，如果有了这一款底部入水式饮水机他们将可以更好的体验到生活的美好。
七、结束语
现如今人们越来越注重健康，饮水健康也是人们所关注的，这就需要到一款好的饮水机来保证其有高质量的饮用水，但是现如今市场上的饮水机不能够满足所有人的需求，因此本文设计出了一种可以解决老人、妇女及小孩更换桶装水难的底部入水式饮水机，并且该饮水机操作简单。
参考文献：
[1]洪元，张启明. 一种水桶下置式饮水机[P]. 广东：CN201290600，2009-08-19.
[2]姜晟，袁佩瑶，李富柱，高先瑞，高明智. 一种水桶下置式多功能饮水机[P]. 江苏：CN207693446U，2018-08-07.
[3]冯敏.一种基于单片机的智能饮水机设计电子技术中的单片机应用[J].中国新通信，2020，22（09）：102.
作者简介：
陈帅（1999-），性别：男，籍贯：广西玉林人，学历：本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。
基金项目：
北部湾大学2020年大学生创新创业训练计划项目“底部入水式饮水机”（2020116070260）
（作者单位：北部湾大学机械与船舶海洋工程学院）