CN101424923A - 互动式智能型饮水机节电控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种互动式智能型饮水机节电控制装置，涉及微控制器在饮水机节电及控制方面的应用。包括装置供电电路(1)倒计时关机电路(2)显示电路(5)语音电路(6)定时开机电路(3)开机供电电路(4)。其中装置供电电路(1)的输入端与原饮水机电路(0)的市电输入端相连，输出端与装置各电路相连。倒计时关机电路(2)完成红外信号的发射与接收、超温检测、缺水检测、倒计时、控制饮水机电源、声音提示功能。显示电路(5)与倒计时关机电路(2)的显示输出端相连作倒计时显示。定时开机电路(3)通过开机供电电路(4)供电完成定时开机功能。该装置提供了根据使用者的具体使用情况确定关机时间并有相应的声音和语音提示；关机为全关断状态无待机功耗同时还具备定时提前开机功能。

Description

互动式智能型饮水机节电控制装置

所属技术领域：

本发明涉及一种互动式智能型饮水机节电控制装置，尤其是能在人们需用开水的时间段内让饮水机保持工作状态，并能根据人们用水的具体时间来调节关机时间达到“人、机”互动的目的，在关机前该装置会自动提醒人们是否还需要开水，根据得到的回应做出智能判断来确定饮水机是继续工作还是关闭全机电源达到智能节电目的，同时还具备定时开机功能，超温、缺水检测及报警关机功能。互动式智能型饮水机节电控制装置属于微控制技术应用领域。

背景技术：

目前，大部分饮水机主流分为三种：第一种是单热式饮水机只有加热和原水温冷水功能；第二种是冷热型饮水机有加热和制冷功能；第三种是冷热带消毒型饮水机有加热、制冷和臭氧消毒功能。工作方式普遍采用手动闭合电源开关和双金属片突跳式温控器自动控制温度的方法。其工作原理为：电源开关打开后加热器开始加热，当加热到温控器的控制温度(摄氏89度以上)温控器双金属片触点跳开断电停止加热。待储水罐中的水慢慢冷却到温控器双金属片触点的复位温度，温控器触点复位加热重新开始，加热到温控器的控制温度(摄氏89度以上)温控器再次断开停止加热，如此循环进行工作。制冷的工作方式与加热方式类似同样靠温控器自动控制，臭氧消毒是通过一只机械的定时器来控制臭氧消毒的工作时间。因此种方式结构简单、成本低，所以被饮水机生产厂家广泛采用。但此方式存在以下不足：1、只要电源接通无论有无人员用水，饮水机都将按以上的工作方式循环加热工作；在无人用水时将反复加热储水罐中的水形成人们说的“千滚水”，饮用此水对人们的健康不利；2、长期反复通电加热还浪费了大量的电能，缩短了饮水机的使用寿命；3、在长期无人的状态下饮水机通电工作若发生意外故障易产生火灾存在安全隐患。

现有的改进型饮水机如专利号00251565.2的中国专利“智能光控饮水机”是通过光敏元件根据光照强度的大小来控制饮水机的电源通断。此方式虽然能在夜间关闭饮水机电源但不能根据人们的使用情况来确定开关机，在白天长时间不用水时不能关闭饮水机电源从而浪费电能，在夜间关断状态控制电路存在长时间待机耗电。还有的是通过热释红外传感器如专利号99218547.5的中国专利“红外控制智能型饮水机”是根据热释红外传感器检测有效范围内有无人员活动来决定是否开关机，此方式受限必须将饮水机摆放在人能到达热释红外传感器探测的区域以内的地方且还要保证人是在活动状态才能起到作用，另外同样存在待机电能消耗。

发明内容：

本发明的目的克服了现有技术的不足，以低成本，高性能解决了以上问题。互动式智能型饮水机节电控制装置提供了三大功能：1、倒计时关机，饮水机在工作状态能与饮水者达到“人、机”互动的目的，首先人们根据使用的具体情况(如用水者的人数多少、每次接水的大约时间间隔、上班工作时间)通过倒计时设置电路(9)预置饮水机的工作时间本发明有四挡可选择，然后在使用过程中倒计时关机电路(2)、会根据具体使用情况调节关机时间，饮水机在关机前还要询问使用者是否还需要开水在得到回应后才确定是否关机。关机为全关断状态无待机功耗。2、定时开机功能，能按照预先的设置模式(每天工作制还是5天工作制)在你首次开机时记忆开机时刻并于以后每天提前开机加热饮用水，做到上班即可泡茶享用；3、具有超温报警关机、缺水提醒关机功能。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：微控制器在饮水机节电及控制方面的应用。本发明将原饮水机电路的低成本、电路简洁的长处和互动式智能型饮水机节电控制装置的功能很好地结合在一起发挥作用，达到“人、机”互动智能判断的智能节电效果。本发明电路结构组成如图1所示包括：装置供电电路(1)、倒计时关机电路(2)、定时开机电路(3)、开机供电电路(4)、显示电路(5)、语音电路(6)六大部分。

本发明的电路原理框图如图2所示：其中装置供电电路(1)为互动式智能型饮水机节电控制装置各电路提供工作所需电压。由红外接收电路(8)、红外发射电路(7)、超温检测电路(11)、缺水检测电路(12)、继电器输出电路(13)、倒计时设置电路(9)、声音提示电路(10)、和微控制器IC2及时钟振荡电路(14)构成倒计时关机电路(2)；由定时开机模式设置(15)、定时开机记忆电路(16)、定时开机驱动电路(19)和微控制器IC4及时钟振荡电路(20)构成定时开机电路(3)；由电池供电充电电路(17)、DC/DC转换电路(18)构成开机供电电路(4)。装置供电电路(1)的输入端与原饮水机电路(0)的市电输入端相连，装置供电电路(1)的输出端与互动式智能型饮水机节电控制装置各相关电路相连，为各相关电路提供工作电压。饮水机电源开关K1接通电源后，装置供电电路(1)向互动式智能型饮水机节电控制装置各相关电路供电，倒计时关机电路(2)完成自检并以“滴”音和语音提示后送出开机信号给继电器输出路(13)，并联在饮水机电源开关K1两端的继电器常开触点闭合这时将K1关闭饮水机将保持通电状态。倒计时关机电路(2)中微控制器IC2按照倒计时设置电路(9)预定的设置时间开始倒计时，并通过显示电路(5)作相应的倒计时显示。红外发射电路(7)发射红外脉冲信号，在饮水者接水时依靠人体的反射将红外信号传到红外接收电路(8)，红外接收电路(8)接收到的红外信号输入微控制器IC2使倒计时复位重新计时；反之无人接水时红外接收电路(8)没有接收到红外信号，微控制器IC2将继续倒计时直到预先设置时间；倒计时时间到达后由微控制器IC2输出关机提示信号给声音提示电路(10)和语音电路(6)产生关机提醒“滴”音和语音提示；在此如有人需饮水，接水时(或给红外接收电路(8)输入反射的红外信号)则可终止关机，倒计时重新开始计时；如未能得到人的回应，提醒“滴”音结束后互动式智能型饮水机节电控制装置将完全关断整个饮水机电源。以此实现“人、机”互动的目的，达到根据使用者需求调节关机时间和关机前询问的智能节电效果。定时开机：开机由开机供电电路(4)、给定时开机电路(3)及相关电路提供工作电压，定时开机电路(3)根据定时开机模式设置(15)预先设置的模式，按照定时开机记忆电路(16)中按K4键记忆的首次开机时刻控制微控制器IC4开始计时，经定时循环后次日在记忆的首次开机时刻提前输出开机信号送定时开机驱动电路(19)，由DC/DC转换电路(18)提供继电器输出电路(13)所需12V电压使继电器J工作，2秒后接通电源的饮水机由装置供电电路(1)向互动式智能型饮水机节电控制装置各相关电路供电，倒计时关机电路(2)完成自检并以“滴”音和语音提示后送出开机信号给继电器输出路(13)，此时定时开机驱动电路(19)关闭由倒计时关机电路(2)输出的开机信号维持饮水机电源进入正常工作状态。在正常工作中如缺水检测电路(12)检测到饮水机缺水或超温检测电路(11)检测到超温都会以“滴”音和语音提醒并关断饮水机电源。

本发明由于采用了微控制器控制倒计时关机它会在预置的工作时间段内根据人们用水的具体实际情况调节关机的具体时间，并能在关机前发出声音和语音询问在得到回应后判断是否关机，关机为全关断无待机功耗，做到更安全、更节能，更加人性化，达到“人、机”互动、关机询问的智能节电效果。微控制器控制的定时开机电路由于微控制器功耗极低所以采用电池供电，能按照定时开机模式设置(15)、的预先设置模式和按开机记忆电路(16)中的K4键记忆的首次开机时刻控制微控制器IC4在次日提前开机。同时在具体实施办法上也相当简单，在市面上现在销售和正在使用的大部分饮水机中不改动原饮水机电路结构的基础上只需与本发明的互动式智能型饮水机节电控制装置连接四根导线(冷、热型增加一个电源总开关)，在饮水机前面板装好显示电路(5)的LED数码管、红外感应头(18)及相应开关、缺水检测电极H极和L极，按图4、图6、图8所示安装即可完成改装，本发明适合现有饮水机的节能大改造和新一代互动式智能型饮水机的生产。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的电路结构框图。

图2为本发明的电路原理框图。

图3为本发明的电路原理图及实施例一图。

图4为本发明的LED数码管、红外感应头、相应开关安装位置示意图。

图5为本发明的实施例二图。

图6为本发明与原饮水机电路安装接线示意图。

图7为本发明的红外感应头结构示意图。

图8为本发明的缺水检测电极H极和L极安装示意图。

具体实施方式：

图1为本发明的电路结构框图，包括有装置供电电路(1)、倒计时关机电路(2)、定时开机电路(3)、开机供电电路(4)、显示电路(5)、语音电路(6)六个部分。

图2为本发明的电路原理框图，其中由红外接收电路(8)、红外发射电路(7)、超温检测电路(11)、缺水检测电路(12)、继电器输出电路(13)、倒计时设置电路(9)、声音提示电路(10)、和微控制器IC2及时钟振荡电路(14)构成倒计时关机电路(2)；由定时开机模式设置(15)、定时开机记忆电路(16)、定时开机驱动电路(19)和微控制器IC4及时钟振荡电路(20)构成定时开机电路(3)；由电池供电充电电路(17)、DC/DC转换电路(18)、构成开机供电电路(4)。

图3为本发明的电路原理图及实施例一图。在图3中虚线框内为单热型饮水机电路原理图，L、N端为市电的输入端，K1为饮水机电源开关J-1为继电器J的常开触点，由变压器T、二极管D4、D5、D6、D7、电容C1、C2、C3、C4、集成电路IC1、构成的装置供电电路(1)，饮水机电源开关K1闭合AC220V电压将输入到变压器T的初级，变压器T次级输出AC14V电压，然后通过D4、D5、D6、D7、桥式整流C1、C2、滤波得到DC12V电压，再通过IC1、稳压C3、C4滤波得到DC5V电压为倒计时关机电路及相关电路供电。由电阻R3、R7、R8、二极管D3、光藕G1和原饮水机电路(0)中的ST2手动复位温控器组成超温检测电路(11)，光藕G1的1脚通过D3、R3接饮水机温控器ST2的

端，光藕G1的2脚接ST2的

端，光藕G1第3脚接地4脚通过电阻R7与微控制器IC2的6脚RA0相连，倒计时关机电路通电后微控制器IC2内部程序通过初始化后检测RA1、RA2引脚的设置电平、(“00”为1小时38分、“01”为2小时38分、“10”为3:00小时、“11”为3小时48分、)；倒计时设置电路(9)由电阻R10、R12、R9、R11、开关K2、K3组成；缺水检测电路(12)由电阻R15、R16、R51、R52、R14、R13和三极管Q1组成其中R13为缺水检测电极H极和L极间的饮用水电阻值，检测缺水RA3引脚的电平(微控制器IC2的RA3引脚为低电平正常、RA3为高电平缺水)；超温检测IC2的RA0引脚的电平(RA0为高电平正常、RA0为低电平超温故障、)超温检测电路(11)由电阻R3、R8、R7、D3、光藕G1和原饮水机电路(0)中的ST2温控器组成，微控制器IC2检测到RA0口为高电平说明ST2温控器正常、RA3口为低电平说明缺水检测正常此时微控制器IC2的RC6引脚送出高电平脉冲给由电阻R19、R18、三极管Q2、蜂鸣器P1组成的声音提示电路(10)使三极管Q2导通蜂鸣器P1发出“滴”音提示同时IC2的RC0引脚送出触发信号经R46到S1使语音电路(6)发出“机器正常，开始加热”的语音提示，微控制器IC2的RC5脚送出高电平给由电阻R21、R20、三极管Q3、光藕G2组成的继电器输出电路(13)使三极管Q3导通、光藕G2导通将继电器J的DC12V工作电压送继电器J线圈，线圈通电继电器常开触点J-1闭合这时断开饮水机电源开关K1饮水机将保持通电工作状态，微控制器IC2进入倒计时状态并将显示内容通过微控制器IC2的输出端RB0、RB1、RB2、RB3、RB4、RB5、RB6引脚及限流电阻R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45与由LED数码管组成的显示电路(5)中的LED数码管(SM)的a、b、c、d、e、f、g、脚相连，LED数码管显示的内容根据微控制器IC2中程序的运行从数字“9”到数字“0”依次随倒计时时间作递减。图4中正面图(18)为本发明的红外感应头安装位示意图，图7为本发明的红外感应头结构示意图。由微控制器IC2的RB7引脚送出的脉冲信号一路到数码管(SM)的DP脚作“秒”显示另一路到由电阻R22和R34、三极管Q4、红外发射管TX1、TX2组成的红外发射电路(7)，TX1、TX2发射的红外信号通过饮水者接水时将红外信号反射到安装在饮水机前面板图4的(18)由红外发射管TX1、TX2、红外接收管RX组成的红外感应头的红外接收管RX中，由电阻R6和R4、电容C7、红外接收管RX组成的红外接收电路(8)将微控制器IC2的RC7脚由高电平变为低电平微控制器IC2中程序使倒计时复位重新计时并以“滴”音提示，IC2的RC1引脚送出触发信号经R47到S2使语音电路(6)发出“节能减排，从我做起”的提醒语音；反之无人接水时红外接收电路(8)收不到由红外发射电路(7)发射的红外信号，微控制器IC2的RC7脚保持为高电平微控制器IC2倒计时将继续计时到预置时间，预置时间到LED数码管显示“0”微控制器IC2的RC6脚送出高电平脉冲蜂鸣器发出“滴”音提醒，数码管显示的“0”闪烁同时微控制器IC2的RC2引脚送出触发信号经R48到S3使语音电路(6)发出“请问还需要开水吗？”的语音询问；在此如红外接收电路(8)收到红外信号微控制器IC2将复位重新计时如未收到红外信号在提示“滴”音结束后微控制器IC2的RC5脚送出低电平关机信号Q3截止G2关闭继电器J的12V电源饮水机断电。图3、图5中的电容C8、C9、晶振B1为微控制器IC2的时钟振荡电路为IC2提供工作所需的时钟信号。微控制器IC2的型号为PIC16C55或低成本替代品EM78P447。

图4中(17)为饮水机水桶，正面(19)、(20)为饮水机放水开关，(18)为安装的红外感应头，(21)为饮水机接水盒，(22)为倒计时设置电路(9)中的K2、K3设置开关，(23)为定时开机记忆电路(16)中的K4记忆按钮，(SM)为显示电路(5)中的LED数码管；背面(24)为饮水机电源开关图3中K1或图5中K，(25)为定时开机模式设置(15)中的K5和语音电路(6)中的K6、DC/DC转换电路(18)中的K7安装位置。

饮水机在正常的使用过程中如出现超温故障温控器ST2将断开，此时光藕G1的1、2脚有电流流过3、4脚导通微控制器IC2的RA0脚变为低电平、RC6脚送出高电平脉冲信号给声音提示电路(10)，声音提示电路(10)中蜂鸣器P1“滴”音报警同时微控制器IC2的RC4脚引脚送出触发信号经R50到S5使语音电路(6)发出“超温故障检修复位”的语音提示，随后微控制器IC2的RC5脚送出低电平给继电器输出电路(13)关断饮水机电源。如缺水检测电路(12)检测到饮水机缺水，缺水时R13为缺水检测电极H极和L极间的饮用水电阻值会增大，三极管Q1会截止此时微控制器IC2的RA3脚变为高电平、RC6脚送出高电平脉冲给声音提示电路(10)，声音提示电路(10)中蜂鸣器P1“滴”音报警同时微控制器IC2的RC3脚引脚送出触发信号经R49到S4使语音电路发出“饮水机缺水请补充”的语音提示，随后微控制器IC2的RC5脚送出低电平给继电器输出电路(13)关断饮水机电源。

定时开机电路(3)在饮水机断电情况下通过开机供电电路(4)中由电阻R30、R31、R32、R33、二极管D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17、D18三极管Q6、电池E和开关K7组成的电池供电充电电路(17)的电池E提供4.8V工作电压，在饮水机首次通电开机时按下图3中由电阻R26、R27、R53、电容C11、开关K4组成的定时开机记忆电路(16)的K4按钮，定时开机记忆电路(16)将使微控制器IC4记住这一开机时刻同时低电平经R53到语音电路的S6使语音电路发出“电器定时开机记忆”的语音提示并按照由电阻R28、R29、开关K5组成的定时开机模式设置(15)的预置模式开始计时(IC4的5脚电平为“0”按照5天工作模式循环、5脚电平为“1”按照每天工作模式循环、)，微控制器IC4中的程序按24小时循环计时在上一次的开机时刻到来前定时开机电路(3)中的微控制器IC4的6脚输出2秒的高电平给由电阻R25、R23、Q5、G3组成的定时开机驱动电路(19)使三极管Q5导通、光藕G3导通，由电阻R35、R36、R37、R38、二极管D10、电感L1、电容C14、C15、C16、集成电路IC3组成的DC/DC转换电路(18)将电池的4.8V电压升到12V通过光藕G3的4、3脚导通经D19为继电器J提供工作电压，继电器J工作后饮水机通电，继电器J工作的电压随后通过倒计时关机电路(2)中的微控制器IC2提供的开机信号维持使饮水机进入正常工作状态，饮水机通电工作时电池供电充电电路(17)、为电池进行充电。定时开机电路(3)中微控制器IC4的型号为PIC12C508或低成本替代品EM78P153。DC/DC转换电路(18)中的集成电路IC3的型号为MC34063A。图3中的K6为语音电路的电源开关如不需语音提示可将K6关断。方案实施的接线方法可通过图6本发明与原饮水机电路安装接线示意图完成。

图5为本发明的实施例二图饮水机是冷热带消毒型饮水机有加热、制冷和臭氧消毒功能，因该种饮水机为多功能型的每一功能有独立的电源开关，实施改造时只需在原饮水机的市电输入端增加一个电源总开关K即可，方案实施的接线方法可通过图6本发明与原饮水机电路安装接线示意图完成，图5中K为增加的电源总开关。

图8为本发明的缺水检测电极H极和L极安装示意图。H极和L极采用不锈钢(或其他金属材料)螺杆加密封胶垫在上储水桶(22)图示中位置打孔安装H极和L极；电极的引线接图3本发明的电路原理图及实施例一图(或图5本发明的电路原理图及实施例二图)中电阻R13两端的

处。

定时开机电路(3)中的IC4的7脚为定时开机计时的“秒”显示输出端，通过电阻R24、R55发光二极管LED3三极管Q7来完成显示。在饮水机工作时倒计时关机电路(2)中微控制器IC2的RC5脚送出的高电平一路到Q3通过光藕G2控制继电器J，另一路经R55到Q7的基极使Q7导通LED闪亮作定时开机的“秒”显示，当饮水机关机时三极管Q7截止为节省电池电能定时开机电路(3)中LED3不亮不作“秒”显示，如不使用定时开机功能将电池供电充电电路(17)中的开关K7断开即可。图3和图5中的电容C12、C13、晶振B2为微控制器IC4的时钟振荡电路为IC4提供工作所需的时钟信号。

Claims (8)

1、一种互动式智能型饮水机节电控制装置，它是微控制技术在饮水机节电及控制方面的应用，其特征在于包括装置供电电路(1)、倒计时关机电路(2)、定时开机电路(3)、开机供电电路(4)、显示电路(5)、语音电路(6)，其中由红外接收电路(8)、红外发射电路(7)、超温检测电路(11)、缺水检测电路(12)、继电器输出电路(13)、倒计时设置电路(9)、声音提示电路(10)和微控制器IC2及时钟振荡电路(14)组成倒计时关机电路(2)；由定时开机模式设置(15)、定时开机记忆电路(16)、定时开机驱动电路(19)和微控制器IC4及时钟振荡电路(20)构成定时开机电路(3)；由电池供电充电电路(17)、DC/DC转换电路(18)、构成开机供电电路(4)；倒计时关机电路通过装置供电电路(1)的输入端与原饮水机电路(0)、的市电输入端相连，装置供电电路(1)的输出端与互动式智能型饮水机节电控制装置各相关电路相连，为其提供工作电压，并联在饮水机电源开关K1两端的J-1为继电器J的常开触点，倒计时关机电路(2)中的红外接收电路(8)、红外发射电路(7)、超温检测电路(11)、缺水检测电路(12)、显示电路(5)、继电器输出电路(13)、倒计时设置电路(9)、声音提示电路(10)、语音电路(6)分别与微控制器IC2相连；由电池供电充电电路(17)给定时开机电路(3)及相关电路提供工作电压，定时开机电路(3)中的定时开机模式设置(15)、定时开机记忆电路(16)、定时开机驱动电路(19)分别与微控制器IC4相连。

2、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于微控制器IC2的输出端RB0、RB1、RB2、RB3、RB4、RB5、RB6、引脚与显示电路(5)的LED数码管(SM)的a、b、c、d、e、f、g、引脚通过限流电阻R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45相连。

3、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于微控制器IC2的RC0、RC1、RC2、RC3、RC4引脚通过电阻R46、R47、R48、R49、R50与由YT和YD组成的语音电路(6)的S1、S2、S3、S4、S5相连。

4、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于由电阻R16和R15、R51、R52、R13、R14、三极管Q1组成的缺水检测电路(12)中H和L为安装在上储水桶(22)中缺水检测的两个电极的连接点，R13为缺水检测电极H极和L极间的饮用水电阻值。

5、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于由红外接收电路(8)中的红外接收管RX和由红外发射电路(7)中的红外发射管TX1、TX2一并组成红外感应头安装在饮水机放水开关面板前(18)处。

6、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于由集成电路IC3、及电阻R35、R36、R37、R38、电容C14、C15、C16、电感L1、二极管D10、组成的DC/DC转换电路(18)将电池的4.8V转换成DC12V，12V输出端与由电阻R25、R23、光藕G3、二极管D19、三极管Q5组成的定时开机驱动电路(19)中的光藕G3第4脚相连，光藕G3第3脚通过二极管D19与继电器输出电路(13)中的光藕G2的3脚相连。

7、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于由电阻R3、R8、R7、二极管D3、光藕G1和原饮水机电路(0)中的ST2温控器组成的超温检测电路(11)，光藕G1的1脚通过二极管D3、限流电阻R3连接原饮水机电路(0)中温控器ST2的(D)端，光藕G1的2脚连接原饮水机电路(0)中温控器ST2的(B)端，光藕G1的第3脚接地4脚通过电阻R7与微控制器IC2的6脚RA0相连。

8、根据权利要求1所述的一种互动式智能型饮水机节电控制装置其特征在于显示电路(5)中的LED数码管(SM)安装在饮水机前面板上。

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