自动化控制・Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏ 新型节能环保饮水机控制系统的设计与制作 文／范宜标沈晓玲张庆添李嘉宁 现智能化控制是常用的方法。在选定单片机实 本文阐述了一种基于ＳＴＣ１１ Ｆ０２单片机的新型节能环保饮水 机控制系统研究和设计。利用 由Ｄ１双色灯组成，主要对加热过程的提示作 用；复位和启动电路主要是由ｓ１按键及相关 现智能控制的基础上，为解决本问题还存在两 个主要困难：一是选择什么作为饮水机的“眼 睛”，如何实现人体的判断：二是选择什么作 电阻和电容组成，其作用是控制器的启动和复 位；报警电路主要是由Ｌｓ１蜂鸣器和Ｑ１三极 Ｄｓ１８Ｂ２０温度传感器、人体感应器 等传感器检测技术、单片机智能 为“手”，如何判断温度。 控制技术。该设计的饮水机具有 随着电子技术、智能控制技术的发展， 智能、环保功能，具有很高的安 全性和实用性 各种电子设计产品逐步渗透到生活的各个角 落。那么解决以上两个困难已不是问题。人体 的检测方面本课题采用的是人体接近传感器又 称无触点接近传感器，是理想的电子开关量传 感器。当金属检测体接近传感器的感应区域， 【关键词】单片机传感器智能化节能环保 开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出 电气指令，准确反应出运动机构的位置和行 饮水机与人们的日常生活有关，所以应 程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、 用比较广泛，产品的种类也很多。随着生活水 操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对 平和饮水机设计的提高，一些普通饮水机走进 恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开 了我们的家庭。这种饮水机结构设计简单，操 关所不能相比的。另外在温度检测方面采用的 作也比较简单，而且比较实用，给人们的生活 是数字化温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，传感器采用 提供了方便。但目前各种类型的饮水机都存在 不锈钢外壳封装，可防潮防水。测量温度范围 为一５５。Ｃ～＋１２５。Ｃ，在一１０～＋８５。Ｃ范围内． 一个共同的问题在忘记关掉饮水机的情况下， 带来的干滚水、小孩容易触摸到热水口烫伤， 精度为±０．５。ｃ。现场温度直接以“一线总线” 这既存在一定的健康、安全隐患，又造成电能 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 浪费。 从而达到实用、低成本、节能的效果 本文运用电子设计理论，充分结合生活 ２节能环保智能饮水机控制系统的设计 实际，从人员安全和节能、环保角度出发，设 计一种温度自动检测、人体感应自动检测、加 为了实现健康安全、节能的目的，拟定 热系统自动通断、指示灯电路、报警电路、热 制作一个智能控制应急灯控制器，以便安全合 出水口的安全放水为主的电路组成智能控制系 理的使用饮水机。控制器设计原理框图如图１ 统，解决目前饮水机健康安全、电能浪费的问 所示，具体拟定如下设计思路：通过温度传感 题。此控制器电路简单、工作稳定、使用方便、 器来检测温度，当温度第一次达到９０度报警 实用性强、成本低、故障率低，该技术还适用 器发出嘀一声，此时指示灯为红色，若温度低 于工业生产、农业生产方面的自动控制。 于２５度时加热棒将自动加热，此时指示灯为 橙色，直到水温９０度时报警器再次嘀一声， １新型饮水机的温度、人体的检测设计 指示灯将变回红色。如此循环三次（注：温度 的理论探究 和循环次数是可以设置）加热棒将自动断电。 为了避免饮水机产生千滚水和小孩触摸 人体感应器通过对人体的感应来驱动电磁阀的 热水口烫伤，所以需要给饮水机安装一只“手” 开闭，若有人的时候则电磁阀打开，热水就可 和一个“眼睛”，通过这只“手”来感觉温度； 以放出来，反之热水无法放出来。从而实现了 这双“眼睛”的观察，智能判定饮水机的加热 对饮水机的智能控制。 器以及电磁阀水龙头。所以，本问题的解决， ２．１电路原理图 主要寻找什么做“手”、“眼睛”及如何智能 判定。单片机因体积小、重量轻、成本低廉、 节能环保智能饮水机控制器电路如图２所 灵活性好、易于开发与应用等优点而被广泛应 示，其主要由ＳＴＣ１１Ｆ０２单片机为数据处理核 用于工业自动化、生产过程控制、智能化仪器、 心；Ｔ１温度传感器（ＤＳ１８Ｂ２０）为温度数据 仪表等领域，实现智能化控制。选择单片机实 的采集并传送给单片机处理；指示灯电路主要 ・基金项目：福建省大学生创新创业训练计划项目，（项目编号：６８０） ２４２・电子技术与软件工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｌｗ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎ异ｉｎｅｅｒｉｎｇ 管构成，主要是对水温达到上限值的时候发出 不同的呜叫声；加热棒和电磁阀驱动点主要由 Ｑ２、Ｑ３继电器构成，实现了弱电对强电的控制。 整个电路原理简单、易懂、实用。 ２．２程序部分 电路部分的控制中心主要由单片机来完 成，加热棒和电磁阀实现图１所示的工作过程， 单片机内程序设计按图３所示的流程图编写。 系统工作原理描述：上电开机时，加热功 能打开（此时红色指示灯亮起）并实时检测水 温，当其大于６０℃时，加热停止（此时绿灯 亮起红灯熄灭），此过程视为完成一轮加热过 程，当水温低于３５℃时下一轮加热过程开始， 直至第三轮加热停止整个系统便会进入休眠状 态。在整个过程中外部中断用于检测人体的接 近情况，只有身高足够的人接近才能触发外部 中断并打开水阀，否则其平时处于关闭状态防 止幼儿接触到滚烫的热水。进入休眠的系统只 要检测到条件合适的人接近便会立即恢复正常 工作状态。 ３实物检测与结果评价 按上述分析思路设计并制作节能环保饮 水机智能控制系统，实物图如图６所示。透明 玻璃钢为热水槽，顶部黑色的为人体感应器。 同时，我们对制作的样品系统的性能进 行了测试，测试方法及结果如下： （１）为了便于测试在这过程中我们把温度 的范围设定在４０—６０度。初始上电后，按下复 位按钮即开始加热，指示灯由绿色变橙色。 ｆ２１经过一段时间（约５分钟）后，我们 听到嘀的一声，同时指示灯变红色，加热棒停 止加热了。这时我们人走到人体感应器前约 ３０ｃｍ（该距离可调）此时用手去按红色的水 龙头则热水流出来。当我们远离该感应器，在 去按那红色水龙头会发现水放不出来了，这就 避免小孩烫伤。 ｆ３１在（２）的情况下，当加热棒加热三次 后（次数可调）听到一声嘀的长鸣一声，延时 ３秒（改时间可调）发现指示灯灭掉，加热棒 Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ・自动化控制 将不在加热，这就避免的千滚水的出现。 ４总结 本文设计的节能环保饮水机智能控制系 统具有电路简单、使用方便、成本低等特性， 通过测试结果表明系统性能稳定，通过本次设 计与制作让我学到了一些电子及智能控制方面 的知识；提高了自身的环保意识。当然该设计 还存在一些缺陷如通过人体感应进行软启动， 增加键盘功能进行温度、时间、次数的调节等。 该系统控制技术可推广到其他一些工业、农业 生产控制中去。 图１：原理框图 参考文献 ［１］金发庆等编．传感器技术与应用［Ｍ】．北 京：机械工业出版社，２００２． ［２】冯涛，秦永左主编．单片机原理及应用．北 京：国防工业出版社．１ ３８—１ ７７． ［３张开生，郭国法．ＭＣＳ－５１单片机温度控制 ３］系统的设计［Ｊ］．微计算机信． ［４］马明建．数据采集与处理技术［Ｍ］．西安 交通大学出版社．２００５． ［５］注定花，戴汝平．单片微机原理与应用［Ｍ］． 清华大学出版社．３６～５４． ［６】李真，张玉兵，王伟．基于ＭＳＰ４３０的水 温加热控制系统［Ｊ］．传感器世界，２０１２．４ ［７］郭毅飞，董峰．基于ＡＴ８９Ｃ５１单片机 的智能饮水机控制系统［Ｊ］．湖南农 机．２ ０１２．１１． 【８］吴慧峰，刘政，杨双．智能型家用饮水机 系统设计［Ｊ］．数学技术与应用，２ ０１２．３． 图２电路设计图（１）控制中心；（２）温度检测；（３）指示灯；（４）电气控制 图６实物样品照片 作者简介 范宜标（１９８１一），福建省龙岩市人。大学本 科学历。现为龙岩学院物理与机电工程学院讲 师。研究方向为智能控制。 作者单位 龙岩学院物理与机电工程学院３６４００Ｏ 福建省龙岩市 图３－１：主程序流程图 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎ￣ｉｎｅｅｒｉｎＲ电子技术与软件工程・２４３