饮水机水没了不关电源(饮水机没水不关电会发生什么)

饮水机水没了不关电源(饮水机没水不关电会发生什么)

首页家电维修饮水机更新时间:2021-12-06 02:40:52

为了满足学生饮水需要,学校在每个教室配备了一台饮水机。但由于各种原因,大家经常忘记关闭饮水机,导致饮水机整夜反复烧水,不仅耗费了大量的电能,而且喝这种经过反复烧过的水也有害健康。于是,我们想到了制作一个控制器,当我们忘记关机时,能够自动关闭饮水机电源。

基本原理

饮水机对机箱里的水通电加热,水烧开后会断电停止加热。如果没有将烧好的水用掉,烧好的水会慢慢地散热降温,当温度降到加热下限时,饮水机会控制再次加热。由于加热机箱包裹了性能较好的保温材料,散热降温速度较慢,两次加热间的时间间隔较长,一般在10min以上。如果水烧开后,用去了烧好的全部或部分热水,则温度会很快降到加热下限,这样两次加热的时间间隔较短。这个过程的示意图如图6.1所示。

我们可以根据通电电流的有无测量两次加热的时间间隔,从而可以判断有没有倒水,如果连续两次加热没有倒水,则判断不需要再烧水,直接关闭饮水机电源。对电流有无的判断,可以在饮水机里完成,也可以在输电线路上(如在插线板里)完成。如果选择后者,则没必要修改饮水机,可以极大限度地方便推广使用。

结构框图及系统电路图

根据上述分析,我们设计了系统的结构框图(如图6.2所示)及系统电路图(如图6.3所示)。

1. 电流传感部分

这部分电路的原理图如图6.4所示,饮水机的功率一般都在1000W以上,我们教室里使用的功率为1000W,额定电流约为5A。当饮水机加热时,有较大的电流流过两个阻值为0.5Ω的水泥电阻并联后组成的取样电阻,并联后的阻值为0.25Ω,两端电压的有效值为1.2V,最大值为1.6V。由于光耦里的红外二极管导通、发光电压为1.2V,因此在加热过程中能周期性地发光。当光耦初级发光时,光耦次级光敏三极管导通,从而输出一个低电平到P27,供单片机进行判断。当电流为零,或者电流方向不符合导通条件时,光耦次级光敏三极管截止,通过上拉电阻的作用,输出高电平到P27,因此有加热电流时,周期性地输出低电平到P27,由此我们可以判断系统有没有加热电流。

此处的取样电阻消耗的功率约为6W,所以选用两个功率为5W的水泥电阻并联使用,光耦选用常用的线性光耦EL817,它不仅实现了信号的耦合,同时也实现了系统与市电的的隔离,提高了系统的稳定性。

2. 按键

系统设置了3个按键,分别用来实现以下3个功能。

(1)存储正常降温的时间数据。

当系统完成一次没有倒水的降温时,按此按键可以把这个降温时间数据存入存储器AT24C02中,供系统参考,判断是否存在倒水动作。

(2)设置加热一次断电。

如果是家庭使用,多数情况下,我们只要喝一杯水,此时只要烧一次就可以了,按此按键,在烧好一次水之后,系统将断电。

(3)设置智能断电。

按此按键后,系统进入自动断电状态的初始设置,如工作类型设定,没有倒水的烧水次数清零,读取参考数据等。

3. LED 指示灯及蜂鸣器警示部分

这部分电路设置了4个LED指示灯。其中,3个在按键旁边,用于状态指示,在按键1旁边的用于指示是否有可存数据,如果等待时间大于10min,则认为是没有倒水的时间间隔,可以存储使用。按键2和按键3旁边的指示灯,用于指示系统的工作状态,按键2旁边的灯亮,说明处于一次烧水状态,如果按键3旁边的指示灯亮,说明系统处于自动断电状态。初始默认为智能断电。

另一个3mm共阳双色发光二极管用于指示系统工作状态,发红色光表示饮水机处于加热状态,发绿色光表示饮水机处于等待状态。由于红色LED正常工作电压降约为1.7V,绿色LED正常工作电压降约为3V,所以为了获得相同的亮度,它们要连接不同的限流电阻。本制作中,红色LED串联1kΩ电阻作为限流电阻,绿色LED串联200Ω作为限流电阻,这使得它们的亮度能基本一致。安装二极管时要特别注意引脚的极性。

当水烧好时,蜂鸣器会发出声音,提醒我们可以倒水,当要自动关闭电源时,也发出声音提醒我们,使我们不用看指示灯,即可在第一时间知道水有没有烧好。

4. 数据存储部分

不同的饮水机,不同的环境温度,烧好水后的自动降温时间是不同的,不能一概而论,所以此处设置了一个数据存储部分,用于存储某种使用状态下,自动降温的时间,当换用了不同的饮水机,或者环境温度变化较大时,可重新设置并保存。由于存储的数据量不是很大,并且要求断电后能够保存,此处选用常用的AT24C02作为存储芯片。

5. 环境温度检测

由于不同的环境温度,水温降低的速度不一样,我们可以加入一个环境温度检测电路,根据测得的环境温度不同,对自动降温时间做出适当的修正。

6. 继电器控制

控制系统通过继电器控制是否给饮水机通电,如图6.5所示。当P22输出高电平时,VT1导通,继电器触片接到常开引脚,接通饮水机的电源。反之,则关闭饮水机的电源。由于继电器是感性元件,断电时将产生较高的感应电动势,所以要接上一个二极管(IN4007)作为续流二极管,吸收所产生的感应电流。此处使用的继电器额定电流为10A,完全适合此制作的需要。

7. 主控电路

由于处理的数据不多,对处理速度要求不高,所以选用常用的51单片机作为主控单元,负责协调控制整个系统的工作,包括电流检测、时间测量、按键扫描、220V高压输出控制等相关操作,整个系统就是通过主控电路把各部分电路结合成一个有机整体的。

8. 电源电路

由于系统要驱动5V继电器,所需的工作电流较大,控制部分总电源达250mA,所以找到一个输出5V/500mA的废旧手机充电器,拆掉里面的电路板作为电源模块,给系统供电。

程序设计

根据系统的工作过程,设计出单片机程序的流程,如图6.6所示。其主要的控制部分在定时中断里完成,而按键扫描,则在主程序里完成。

制作过程

(1)根据设计的原理图绘制PCB图,利用热转印法手工制作电路板。设计PCB时要充分考虑安装的空间、形状、关键元器件的位置,设计好的PCB如图6.7所示,安装好相关元器件之后的电路板如图6.8所示。

(2)由于控制器涉及220V的高压电,因此必须制作一个外壳,把里面的电路包装起来。我们选用的是加工性能好、透明度高的亚克力板(有机玻璃板),在保护里面电路的同时,不至于把我们制作的精华部分隐藏起来。为使系统更协调,底板采用乳白色的亚克力板。根据设计,裁取合适的6块板,并在面板上相应的位置加工相关的孔,如散热孔、安装孔、按键孔、插座孔等。加工好的几块板如图6.9所示,再用亚克力板专用胶水把各部分粘连起来,如图6.10所示。

(3)从废旧手机充电器上取出里面的电路板作为系统的供电电源,取废旧插线板里的插座单元,作为输出插座,如图6.11所示,并把它们安装在机壳的相应位置上。

(4)把电路板、开关等固定在插线板里,接好线,即完成了系统的制作,其接线图如图6.12所示,每次按触动开关,系统自动启动,并保持通电状态。当给饮水机断电时,系统电源也跟着断电,节省电能的同时,也防止系统长时间通电而影响其寿命。制作完成的作品如图6.13所示。

使用方法

把本控制器电源线插头插到室内的插座上,饮水机的电源线插到本控制器上,按触动开关,即可开机使用。

1. 获取自然降温时间

初次使用或者是换用其他饮水机之后,要把水烧开一次,并让其自然降温。通过按保存键,把自然降温的时间存在存储器里,供下次使用时参考。

2. 正常控制

在接通电源之后,按自动断开键进入自动断电状态,在这种情况下,如果两次烧开之后没有倒水,则关闭系统电源。当按饮水机上的一次烧水,则一次烧开之后断电。开机默认为自动断电状态,关闭饮水机时控制器本身将断电。

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