基于單片機設計的飲水機極速加熱調溫系統

韋委橫

（浙江沁園水處理科技有限公司，浙江寧波315336）

1 引言

圖1

當下，隨著環境污染的日益加劇，國家已經把環保政策提上日程，人們的環保意識也在日益增強。人們在選擇日常的電器、設備的時候，已經把環保的指標作為重要的影響因素之一。飲水機產品按照加熱類型分為兩種：一種是有膽加熱的飲水機；另一種是無膽極速加熱的飲水機。有膽加熱的飲水機把水放在一個容器里面進行加熱，溫度達到后就會保溫，當溫度下降后就又開始加熱，如此重復加熱就造成了“千滾水”，而且耗電。無膽極速加熱的飲水機，采用納米電熱膜技術進行加熱，出水速度快，且耗電量和傳統的飲水機相比，還不到有膽飲水機的二分之一，節能環保。極速加熱調溫系統，可以控制飲水機不同熱水出水溫度，能夠滿足不同消費者的熱水需求，不會產生“千滾水”[1]。本文以此為背景，來探討基于單片機設計的飲水機極速加熱調溫系統相關問題，希望為相關人員提供一定的技術參考。

2 飲水機系統功能介紹

本文所介紹的飲水機極速加熱調溫系統，由單片機系統、溫度采集模塊、顯示報警模塊、按鍵操作模塊、自動防干燒模塊、加熱模塊以及漏電保護共7部分組成。

單片機系統結合6大模塊，能夠精確完成極速加熱調溫目的。極速加熱調溫系統的功能主要有以下幾個：

①實現飲水機不同出水溫度控制，滿足不同消費人群需要，使其熱水出水溫度在40℃和100℃之間可任意調節；

②實現人機交互對話和操作，當出現缺水或加熱故障等異常時，自動切斷加熱模塊電源，且通過語音提醒消費者；

③實現安全漏電檢測，自動切斷電源，保障消費者人身安全。

2 關于飲水機的系統設計問題介紹

極速加熱調溫系統由硬件設計和軟件設計組成，是飲水機的兩個主要構成部分。我們就這兩個方面的設計問題展開闡釋，下面是關于兩個系統的設計問題。

2.1 硬件系統設計

就硬件系統的功能模塊而言，如圖1所示，由溫度采集電路、自動防干燒模塊、顯示操作報警模塊、加熱驅動模塊、漏電保護、單片機模塊五大部分組成。

2.1.1 溫度采集電路

溫度傳感器采用子彈頭封裝，內置快速響應溫度感應芯片，使得溫度能通過子彈頭不銹鋼外殼，快速傳遞溫度至感應芯片。結合單片機10位AD端口，實現0.2秒高靈敏溫度反饋，更快反饋給單片機系統，控制加熱模塊輸出。單片機系統還可以根據溫度進行反饋，當環境溫度低于2度時，防止低溫管路結冰，進入防凍保護模式，禁止進行加熱功能啟動。

2.1.2 自動防干燒

通過液位浮球開關提供缺水信號，單片機檢測到缺水，則自動啟動水泵進行補水，保障加熱體始終處于有水狀態，防止干燒。

2.1.3 顯示操作報警模塊

飲水機的人機交互采用TFT液晶顯示屏，顯示機器運行狀態，溫度顯示等相關內容信息。TFT液晶顯示屏上帶觸摸功能，消費者可根據需求，設置熱水出水溫度，進行出水操作，單片機系統自動響應相應功能。單片機系統采集到故障信息后，通過TFT液晶顯示屏顯示故障內容，如低溫、傳感器短路、缺水、系統加熱故障等。

2.1.4 加熱模塊

加熱模塊由加熱體、調溫水泵、驅動電路以及流量計組成，單片機接收到加熱指令后，加熱功能啟動，根據流量計反饋實時流量和溫度傳感器反饋出水溫度，計算加熱所需流量和功率，通過兩路PWM輸出不同脈沖信號，一路控制水泵電機轉速，調整水泵流量，一路控制可控硅導通率，調節加熱體輸出功率，使得出水溫度恒定。

通過TFF觸摸顯示屏，設置不同的出水溫度和出水量，滿足消費者的不同飲水溫度需求。

2.1.5 漏電保護

飲水機使用帶漏電保護的插頭電源線，當飲水機出現漏電危險時，在漏電電流還未達到傷害人體的電流之前就自動將電源切斷，保護消費者人身安全。

2.1.6 單片機系統

采用ABOV的MC96F6432Q-44單片機。該芯片有以下特點：32k字節FLASH,256字節IRAM,768字節 XRAM,通用I/O口,基本間隔定時器,看門狗定時器,8/16-bit定時器/計數器,16-bit PPG輸出,8-bit PWM輸出,10-bit PWM輸出,實時定時器,蜂鳴器驅動口,SPI,USI,12-bit A/D轉換器,LCD驅動,片內POR,LVR,LVI,片內振蕩和時鐘電路。是一款可以為許多嵌入式控制應用提供高效靈活低成本解決方案的微控器。

2.2 軟件系統設計

軟件設計主要由主程序、TFT液晶顯示子程序、觸摸按鍵子程序、溫度AD轉換子程序、信號（缺水、電壓等）采集子程序、加熱驅動子程序構成。

在整個軟件設計過程中，增加了加熱異常時沸點自動檢測程序，滿足飲水機在不同海拔區域，加熱溫度滿足消費者需求，又不會出現蒸汽大，噴水現象。

3 實驗數據

本文所設計的極速加熱調溫系統，更快得到穩定的出水溫度，實現多段出水溫度需求。由多路溫度巡檢儀測試多檔溫度曲線如下：（圖2，圖3，圖4，圖5）

從實驗測試的結果看，該極速加熱調溫系統溫度控制精度達到±2度，控制效果理想。

圖2 （95度溫度曲線）

圖3 （85度溫度曲線）

圖4 （65度溫度曲線）

圖5 （45度溫度曲線）

4 結語

在我們的日常生活中，飲水機的方便、快捷以及干凈衛生等特點能夠為我們的生活提供極大的方便，飲水機也日益成為家用必備的電器之一。在選擇飲水機的時候，性價比和相關功能、外觀等因素固然重要，環保因素也同樣不能被忽視。本文所設計的極速加熱調溫系統是基于單片機而產生，有著優良的性能，超強的溫度控制性能和極速加熱和保溫等特點已經成為此類飲水機的重要標志，能夠實現極速的調溫和加熱功能，其應用能夠極大地節省人們的時間，為人們的日常生活帶來極大的便利。