水桶反装智能饮水机

1、华北理工大学人机工程学课程论文姓名_程景如_班级_12工业工程2班_成绩_ 机械工程学院 2015.4.8华北理工大学人机工程学课程论文成绩总评表学院： 机械工程 班级： 12工业工程2 学生姓名及得分论文题目水桶反装智能饮水机小组总成绩其中：论文成绩答辩成绩分工情况：注：论文总成绩=论文成绩（60%）答辩成绩（40%）华北理工大学人机工程学课程论文成绩评分表班级： 12工业工程2 ；学生姓名： 程景如 论文题目： 水桶反装智能饮水机 评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE得分调查论证能独立查阅文献和从事调研；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10109876分析与解决问题的能力能运

2、用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理相关数据；能对研究内容进行理论与实践的分析，得出有价值的结论。202018161412工作量及工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力；工作作风严谨务实。202018161412论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。404036322824创新工作中有创新意识； 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876总分总分×60%华北理工大学人机工程学课程论文答辩成绩评分表班级： 12工业

3、工程 学生姓名： 程景如 评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE得分对论文主要内容和观点的陈述在规定时间内准确、扼要地陈述论文主要内容和观点。202018161412对所研究问题的答辩研究问题有理论根据，基本概念清楚。问题回答准确、有深度。404036322824对文献资料的运用正确引用并熟悉相关文献资料。303027242118语言表达、逻辑思维能力表达清晰、流畅，逻辑性强。10109876总 分总分×40%水桶反装智能饮水机程景如（华北理工大学，机械工程学院，河北 唐山 063009）摘要:饮水机在人们的日常生活中起着不可替代的作用，有调查和统计有将近80%的家庭在使用着饮水

4、机。然而在现有的饮水机构造中，饮水机的水桶都是倒放在饮水机的顶部，对老人、孩子、残疾人换水非常不方便。该文介绍了一种便携换水的饮水机设计方法。采用将水桶在饮水机下面，利用手摇式离心水泵将水从水桶里抽到饮水机中的设计方法。同时基于单片机的可控温智能多功能，为满足对传统“传感器-继电器”机构的饮水机进行智能化升级的技术要求，以单片机为控制核心，加入温度检测、水位检测、温度设定和模式设定、液晶显示等电路，设计了智能化和标准化的饮水机电子控制的系统结构，从而显著提升了其整体性能。通过实验测试的数据表明，该饮水机可实现温度、水位、实时显示和安全智能的全自动控制，实现了饮水机节能及智能一体化。关键字：饮水

5、机；手摇式水泵；人力水泵；智能化升级;节能安全;全自动控制；1 背景据有关媒体调查，现实生活中将近有80%的家庭用户都在使用饮水机，而且有逐渐增加的趋势。但是有很多问题一直困扰着使用者。例如，换水不方便、不节能、水被反复加热对人身体有害等等问题。经调查分析，这些原因制约着当前饮水机的发展，很多消费者正在寻求其他更简便环保的方式。该文涉及的一种便携换水的环保饮水机设计，保留了传统的饮水机的相关功能，同时利用将水桶放在饮水机下面，利用动力装置来代替重力作用使水流入饮水机中。加入单片机控制系统，采用DS18B20 可组网数字温度传感器，对温度进行采集，采用数码管实时显示温度值; 饮水机内部冷热水分箱

6、储存，杜绝阴阳水; 压力传感器置于水箱正下方，利用测量的重量计算水位，对水位实时检测，防止干烧; 多档位选择，在设定时间内若无人操作，自动跳转低温模式，实现节能; 利用液晶实现显示功能，可实时显示当前水温、水位、加热时间，以及设定的档位和设定的温度; 并加入感应出水功能。实现了智能，省电，健康的饮水机设计，为人们日常饮水带来方便。2 水桶反装智能饮水机设计2.1 整体结构组成及尺寸如图1所示，该饮水机包括水桶、壳体、手摇式离心水泵、单片机的可控温智能多功能、温度检测、水位检测、温度设定、模式设定、液晶显示和智能化标准化的饮水机电子控制系统。4显示屏11106987531271-水桶 2-壳体

7、3-手摇式水泵 4-光电传感器 5-左边是热水箱，右边是冷水箱 6-温度等信息显示屏 7-换水指示灯 8-左热水 右冷水 9-压力传感器 10-温度传感器 11-模式选择图1 本设计的结构示意图图2 饮水机的主要尺寸饮水机主要尺寸设计：（采用GB10000-88标准）倒水高度 = 肩高1455mm（95）（男）-上臂长338mm（95）（男）+修正值=1200mm显示屏距离地面高度=（ 眼高1664（95）（男性）+眼高1541mm（95）（女）/2+修正值=1600mm花纹（防滑）手摇式把柄长度度=89mm（95）(男）+修正值=100mm水龙头之间的距离=（89mm（95）（男）/2X2+

8、修正值=100mm(人因工程表7-1）显示屏宽度=（视距500mmX2X3.14）X（30°/360°）+修正值=260mm显示屏高度=100mm（计算采用人体竖直视角范围）出水口距杯底的高度采用普遍饮水机高度200mm本饮水机采用的市场标准纯净水水桶尺寸：18.9升高度：490mm 直径：280mm 桶口直径5.5mm 桶口高度8omm 重量：800克 材料：PC聚碳酸酯 饮水机总高度=1400mm饮水机总宽度=330mm表1中国成人人体尺寸2.2 实施方式为了将水桶里的水抽到饮水机里，饮水机内部安装了重力传感器，分别检测低水位和高水位，低水位数值被触发就表示饮水机里没水

9、了，紧接着显示屏就自动显示出缺水的字样，手摇进行补水。高水位数值被触发时就表示饮水机里水满了。停止摇动。如图1所示，其实施方式在于，在利用手摇式离心泵将水桶里的水抽到饮水机里时，当饮水机里没有水时，低水位被传给单片机，单片机控制动运行，将饮水机断电，防止干烧；达到高水位时，高水位被传给单片机，单片机运行，自动关闭进水口，防止过多水进入。2.3 系统设计本文设计的可控温智能安全饮水机是集温度控制、水位控制、实时显示和安全智能等技术一体化的产品。分自动控制和人为控制两部分，可完成对温度的设置、检测、显示，水位的检测、显示、特定水位的系统特定响应，档位的设定与智能跳转等任务。饮水机主体部分具有完善的

10、监控系统、显示系统、自动控制能力以及可靠的执行机构。其系统组成框图如图3 所示。图3 饮水机系统结构框图2.4 防干烧装置的设计为防止发生干烧状态，该设计采用以下措施，把应变式压力传感器，安装在水箱下面，测量电路如图4 所示。利用应变式压力传感器测量原理，把水箱加满水和无水时的重量差作为处理对象，当重量差低于5%时，送给微处理器一个缺水信号，此时，处理器向电门发出信号，实现自动断电。当压力传感器测得水箱的水加到95%时，则送给微处理器一个满水信号，关闭进水阀。图4 测重力原理图2.5温度采集及温度模式设置温度传感器采用单总线方式的集成数字温度传感器 DSl8B20。DSl8B20 管脚简单，电

11、源可由数据线本身提供而不需要外部电源，与 MCU( Micro Controller Unit) 通讯仅需一条数据线，所以占用 MCU 管脚很少。DSl8B20 的测量范围从 55 +125 ，增量值为 0 5 时，可在 1 s 内把温度变换成数字，精度和速度也符合设计要求。系统可人为设置温度，以满足人们对不同水温的需求。温度按键为独立式按键可以具体到设定某个温度，采用6 位连锁开关实现多个温度模式设置。同时温度控制也采用系统智能控制方式。当长时间无人操作时，系统自动跳到低温模式，不会长时间处于加热状态，可节约大量能源。温度模式如表 2所示。表2 温度模式2.6双水箱设置及感应出水该设计采用双

12、储水箱，把冷水与热水分箱储存。热水储水箱有加热装置，当热水箱水位低于设定的水位线时，冷水水箱自动补给，直到加满为止，防止人们在接热水的同时冷水混入产生阴阳水。饮水机不仅可以手动按键控制出水，而且设计了光电传感器感应系统。感应出水电路如图5 所示。将水杯杯底放在底座上相应的位置，杯身遮挡光电传感器，传感器感应到反射信号由 P14 管脚送入单片机，单片机发出信号到 P1 0 管脚，启动继电器常开开关吸合，打开电磁阀放水，并点亮 LED1 灯显示出水状态。放水的时间实时设定，达到预设时间，则断开继电器电路，水阀弹回原位，关闭出水口，报警装置发出响声。图5 控制出水电路原理图2.7 显示模块系统利用数

13、码管显示实时水温。74LS48 用作段选锁存器驱动数码管，实现数码管的动态显示。利用液晶屏显示日历、设定温度、定时加热时间，设定加热时间及工作模式。液晶屏由 74LS164 驱动，实现串转并输出，节省管脚资源( 见图6) 。图6 温度显示电路图2.8饮水机程序流程图主控制器的程序流程图如图7 所示。主控制器的程序流程图主要包括模块初始化、检测水位和温度、检测水杯、处理和显示等。主要任务是对传感器传来的数字信号进行处理，以满足设定的模式。图7 软件流程图2.9 手摇式水泵设计315241-增速叶轮 2-出水口 3-双曲摇柄 4-入水口 5-进水管图8手摇式水泵结构示意图其结构如图8,原理是:当泵

14、体和进水管内灌满水时,摇动双曲手柄,驱动两组直齿轮,增速叶轮即在泵壳内高速旋转而产生离心力。由于离心力的作用,使泵内叶轮中心部位处形成低压区,为了填补那里的低压,水即从进水桶通过进水管上升到泵内低压区,然后立即被叶轮的离心力推向叶轮的四周甩出。水在泵壳内拥挤汇集后,速度减慢,压力增加,最后沿着出水管路被压送到高处去。这样叶轮不停地转动,水就源源不断地由进水池被抽送到水箱。3结语由于现在市场上很多饮水机装水方便，尤其对于老人、孕妇、残疾人等不方便装水人群而改进，本设计添加了智能调节系统，可以让使用者更加方便快捷的使用，相信该便携换水的环保饮水机的前景以及使用可靠性非常大，发展前景光明。参考文献:1段清明，彭醒醒，杨开琦，林洁基于单片机的可控温智能多功能安全饮水机设计吉林大学学报( 信 息 科 学 版)2014 年 9 月2建德县教学仪器厂在浙江医科大学附属二院和杭州市第三医院 ，街州市试产两种人力水泵3温建平,李会敏,曹永慧，节能饮水机的设计及节能分析20074于鹏亮 曹鋆 晏梓洋 吴帅 来兴宇 潘羽 一种便携换水的环保饮水机设计20135黄亚坤， 张净玉 控制的多温直饮饮水机设计20146张应康Sy一32型手摇离心水泵 1981人因工程心得从一开始论题的确定，我们小组就产生了不同的意见与看法，光是定题就花了很长时间，定题定下来之后