水桶反裝智能飲水機

1、華北理工大學(xué)人機工程學(xué)課程論文姓名_程景如_班級_12工業(yè)工程2班_成績_ 機械工程學(xué)院 2015.4.8華北理工大學(xué)人機工程學(xué)課程論文成績總評表學(xué)院： 機械工程 班級： 12工業(yè)工程2 學(xué)生姓名及得分論文題目水桶反裝智能飲水機小組總成績其中：論文成績答辯成績分工情況：注：論文總成績=論文成績（60%）答辯成績（40%）華北理工大學(xué)人機工程學(xué)課程論文成績評分表班級： 12工業(yè)工程2 ；學(xué)生姓名： 程景如 論文題目： 水桶反裝智能飲水機 評價內(nèi)容具 體 要 求分值評 分ABCDE得分調(diào)查論證能獨立查閱文獻和從事調(diào)研；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。10109876分析與解決問題的能力能運

2、用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理相關(guān)數(shù)據(jù)；能對研究內(nèi)容進行理論與實踐的分析，得出有價值的結(jié)論。202018161412工作量及工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大；工作努力；工作作風(fēng)嚴謹務(wù)實。202018161412論文質(zhì)量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價值。404036322824創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識； 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。10109876總分總分×60%華北理工大學(xué)人機工程學(xué)課程論文答辯成績評分表班級： 12工業(yè)

3、工程 學(xué)生姓名： 程景如 評價內(nèi)容具 體 要 求分值評 分ABCDE得分對論文主要內(nèi)容和觀點的陳述在規(guī)定時間內(nèi)準確、扼要地陳述論文主要內(nèi)容和觀點。202018161412對所研究問題的答辯研究問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。問題回答準確、有深度。404036322824對文獻資料的運用正確引用并熟悉相關(guān)文獻資料。303027242118語言表達、邏輯思維能力表達清晰、流暢，邏輯性強。10109876總 分總分×40%水桶反裝智能飲水機程景如（華北理工大學(xué)，機械工程學(xué)院，河北 唐山 063009）摘要:飲水機在人們的日常生活中起著不可替代的作用，有調(diào)查和統(tǒng)計有將近80%的家庭在使用著飲水

4、機。然而在現(xiàn)有的飲水機構(gòu)造中，飲水機的水桶都是倒放在飲水機的頂部，對老人、孩子、殘疾人換水非常不方便。該文介紹了一種便攜換水的飲水機設(shè)計方法。采用將水桶在飲水機下面，利用手搖式離心水泵將水從水桶里抽到飲水機中的設(shè)計方法。同時基于單片機的可控溫智能多功能，為滿足對傳統(tǒng)“傳感器-繼電器”機構(gòu)的飲水機進行智能化升級的技術(shù)要求，以單片機為控制核心，加入溫度檢測、水位檢測、溫度設(shè)定和模式設(shè)定、液晶顯示等電路，設(shè)計了智能化和標準化的飲水機電子控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而顯著提升了其整體性能。通過實驗測試的數(shù)據(jù)表明，該飲水機可實現(xiàn)溫度、水位、實時顯示和安全智能的全自動控制，實現(xiàn)了飲水機節(jié)能及智能一體化。關(guān)鍵字：飲水

5、機；手搖式水泵；人力水泵；智能化升級;節(jié)能安全;全自動控制；1 背景據(jù)有關(guān)媒體調(diào)查，現(xiàn)實生活中將近有80%的家庭用戶都在使用飲水機，而且有逐漸增加的趨勢。但是有很多問題一直困擾著使用者。例如，換水不方便、不節(jié)能、水被反復(fù)加熱對人身體有害等等問題。經(jīng)調(diào)查分析，這些原因制約著當(dāng)前飲水機的發(fā)展，很多消費者正在尋求其他更簡便環(huán)保的方式。該文涉及的一種便攜換水的環(huán)保飲水機設(shè)計，保留了傳統(tǒng)的飲水機的相關(guān)功能，同時利用將水桶放在飲水機下面，利用動力裝置來代替重力作用使水流入飲水機中。加入單片機控制系統(tǒng)，采用DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器，對溫度進行采集，采用數(shù)碼管實時顯示溫度值; 飲水機內(nèi)部冷熱水分箱

6、儲存，杜絕陰陽水; 壓力傳感器置于水箱正下方，利用測量的重量計算水位，對水位實時檢測，防止干燒; 多檔位選擇，在設(shè)定時間內(nèi)若無人操作，自動跳轉(zhuǎn)低溫模式，實現(xiàn)節(jié)能; 利用液晶實現(xiàn)顯示功能，可實時顯示當(dāng)前水溫、水位、加熱時間，以及設(shè)定的檔位和設(shè)定的溫度; 并加入感應(yīng)出水功能。實現(xiàn)了智能，省電，健康的飲水機設(shè)計，為人們?nèi)粘ｏ嬎畮矸奖恪? 水桶反裝智能飲水機設(shè)計2.1 整體結(jié)構(gòu)組成及尺寸如圖1所示，該飲水機包括水桶、殼體、手搖式離心水泵、單片機的可控溫智能多功能、溫度檢測、水位檢測、溫度設(shè)定、模式設(shè)定、液晶顯示和智能化標準化的飲水機電子控制系統(tǒng)。4顯示屏11106987531271-水桶 2-殼體

7、3-手搖式水泵 4-光電傳感器 5-左邊是熱水箱，右邊是冷水箱 6-溫度等信息顯示屏 7-換水指示燈 8-左熱水 右冷水 9-壓力傳感器 10-溫度傳感器 11-模式選擇圖1 本設(shè)計的結(jié)構(gòu)示意圖圖2 飲水機的主要尺寸飲水機主要尺寸設(shè)計：（采用GB10000-88標準）倒水高度 = 肩高1455mm（95）（男）-上臂長338mm（95）（男）+修正值=1200mm顯示屏距離地面高度=（ 眼高1664（95）（男性）+眼高1541mm（95）（女）/2+修正值=1600mm花紋（防滑）手搖式把柄長度度=89mm（95）(男）+修正值=100mm水龍頭之間的距離=（89mm（95）（男）/2X2+

8、修正值=100mm(人因工程表7-1）顯示屏寬度=（視距500mmX2X3.14）X（30°/360°）+修正值=260mm顯示屏高度=100mm（計算采用人體豎直視角范圍）出水口距杯底的高度采用普遍飲水機高度200mm本飲水機采用的市場標準純凈水水桶尺寸：18.9升高度：490mm 直徑：280mm 桶口直徑5.5mm 桶口高度8omm 重量：800克 材料：PC聚碳酸酯 飲水機總高度=1400mm飲水機總寬度=330mm表1中國成人人體尺寸2.2 實施方式為了將水桶里的水抽到飲水機里，飲水機內(nèi)部安裝了重力傳感器，分別檢測低水位和高水位，低水位數(shù)值被觸發(fā)就表示飲水機里沒水

9、了，緊接著顯示屏就自動顯示出缺水的字樣，手搖進行補水。高水位數(shù)值被觸發(fā)時就表示飲水機里水滿了。停止搖動。如圖1所示，其實施方式在于，在利用手搖式離心泵將水桶里的水抽到飲水機里時，當(dāng)飲水機里沒有水時，低水位被傳給單片機，單片機控制動運行，將飲水機斷電，防止干燒；達到高水位時，高水位被傳給單片機，單片機運行，自動關(guān)閉進水口，防止過多水進入。2.3 系統(tǒng)設(shè)計本文設(shè)計的可控溫智能安全飲水機是集溫度控制、水位控制、實時顯示和安全智能等技術(shù)一體化的產(chǎn)品。分自動控制和人為控制兩部分，可完成對溫度的設(shè)置、檢測、顯示，水位的檢測、顯示、特定水位的系統(tǒng)特定響應(yīng)，檔位的設(shè)定與智能跳轉(zhuǎn)等任務(wù)。飲水機主體部分具有完善的

10、監(jiān)控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、自動控制能力以及可靠的執(zhí)行機構(gòu)。其系統(tǒng)組成框圖如圖3 所示。圖3 飲水機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4 防干燒裝置的設(shè)計為防止發(fā)生干燒狀態(tài)，該設(shè)計采用以下措施，把應(yīng)變式壓力傳感器，安裝在水箱下面，測量電路如圖4 所示。利用應(yīng)變式壓力傳感器測量原理，把水箱加滿水和無水時的重量差作為處理對象，當(dāng)重量差低于5%時，送給微處理器一個缺水信號，此時，處理器向電門發(fā)出信號，實現(xiàn)自動斷電。當(dāng)壓力傳感器測得水箱的水加到95%時，則送給微處理器一個滿水信號，關(guān)閉進水閥。圖4 測重力原理圖2.5溫度采集及溫度模式設(shè)置溫度傳感器采用單總線方式的集成數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20。DSl8B20 管腳簡單，電

11、源可由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源，與 MCU( Micro Controller Unit) 通訊僅需一條數(shù)據(jù)線，所以占用 MCU 管腳很少。DSl8B20 的測量范圍從 55 +125 ，增量值為 0 5 時，可在 1 s 內(nèi)把溫度變換成數(shù)字，精度和速度也符合設(shè)計要求。系統(tǒng)可人為設(shè)置溫度，以滿足人們對不同水溫的需求。溫度按鍵為獨立式按鍵可以具體到設(shè)定某個溫度，采用6 位連鎖開關(guān)實現(xiàn)多個溫度模式設(shè)置。同時溫度控制也采用系統(tǒng)智能控制方式。當(dāng)長時間無人操作時，系統(tǒng)自動跳到低溫模式，不會長時間處于加熱狀態(tài)，可節(jié)約大量能源。溫度模式如表 2所示。表2 溫度模式2.6雙水箱設(shè)置及感應(yīng)出水該設(shè)計采用雙

12、儲水箱，把冷水與熱水分箱儲存。熱水儲水箱有加熱裝置，當(dāng)熱水箱水位低于設(shè)定的水位線時，冷水水箱自動補給，直到加滿為止，防止人們在接熱水的同時冷水混入產(chǎn)生陰陽水。飲水機不僅可以手動按鍵控制出水，而且設(shè)計了光電傳感器感應(yīng)系統(tǒng)。感應(yīng)出水電路如圖5 所示。將水杯杯底放在底座上相應(yīng)的位置，杯身遮擋光電傳感器，傳感器感應(yīng)到反射信號由 P14 管腳送入單片機，單片機發(fā)出信號到 P1 0 管腳，啟動繼電器常開開關(guān)吸合，打開電磁閥放水，并點亮 LED1 燈顯示出水狀態(tài)。放水的時間實時設(shè)定，達到預(yù)設(shè)時間，則斷開繼電器電路，水閥彈回原位，關(guān)閉出水口，報警裝置發(fā)出響聲。圖5 控制出水電路原理圖2.7 顯示模塊系統(tǒng)利用數(shù)

13、碼管顯示實時水溫。74LS48 用作段選鎖存器驅(qū)動數(shù)碼管，實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。利用液晶屏顯示日歷、設(shè)定溫度、定時加熱時間，設(shè)定加熱時間及工作模式。液晶屏由 74LS164 驅(qū)動，實現(xiàn)串轉(zhuǎn)并輸出，節(jié)省管腳資源( 見圖6) 。圖6 溫度顯示電路圖2.8飲水機程序流程圖主控制器的程序流程圖如圖7 所示。主控制器的程序流程圖主要包括模塊初始化、檢測水位和溫度、檢測水杯、處理和顯示等。主要任務(wù)是對傳感器傳來的數(shù)字信號進行處理，以滿足設(shè)定的模式。圖7 軟件流程圖2.9 手搖式水泵設(shè)計315241-增速葉輪 2-出水口 3-雙曲搖柄 4-入水口 5-進水管圖8手搖式水泵結(jié)構(gòu)示意圖其結(jié)構(gòu)如圖8,原理是:當(dāng)泵

14、體和進水管內(nèi)灌滿水時,搖動雙曲手柄,驅(qū)動兩組直齒輪,增速葉輪即在泵殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力。由于離心力的作用,使泵內(nèi)葉輪中心部位處形成低壓區(qū),為了填補那里的低壓,水即從進水桶通過進水管上升到泵內(nèi)低壓區(qū),然后立即被葉輪的離心力推向葉輪的四周甩出。水在泵殼內(nèi)擁擠匯集后,速度減慢,壓力增加,最后沿著出水管路被壓送到高處去。這樣葉輪不停地轉(zhuǎn)動,水就源源不斷地由進水池被抽送到水箱。3結(jié)語由于現(xiàn)在市場上很多飲水機裝水方便，尤其對于老人、孕婦、殘疾人等不方便裝水人群而改進，本設(shè)計添加了智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以讓使用者更加方便快捷的使用，相信該便攜換水的環(huán)保飲水機的前景以及使用可靠性非常大，發(fā)展前景光明。參考文獻:1段清明，彭醒醒，楊開琦，林潔基于單片機的可控溫智能多功能安全飲水機設(shè)計吉林大學(xué)學(xué)報( 信 息 科 學(xué) 版)2014 年 9 月2建德縣教學(xué)儀器廠在浙江醫(yī)科大學(xué)附屬二院和杭州市第三醫(yī)院 ，街州市試產(chǎn)兩種人力水泵3溫建平,李會敏,曹永慧，節(jié)能飲水機的設(shè)計及節(jié)能分析20074于鵬亮 曹鋆 晏梓洋 吳帥 來興宇 潘羽 一種便攜換水的環(huán)保飲水機設(shè)計20135黃亞坤， 張凈玉 控制的多溫直飲飲水機設(shè)計20146張應(yīng)康Sy一32型手搖離心水泵 1981人因工程心得從一開始論題的確定，我們小組就產(chǎn)生了不同的意見與看法，光是定題就花了很長時間，定題定下來之后