底部入水式飲水機的研究

陳帥 何基勢 蘇林清

【摘 要】由于目前市場上現有的大多是頂部倒置水桶式的飲水機，這種飲水機對于老人、婦女、小孩及一些特殊群體極為的不友好，因此為了解決上述群體飲水機換水難及相關的一系列問題，同時有效的解決水資源被浪費的問題，本文提出了一種操作簡單一鍵換桶裝水的底部入水式飲水機。

【關鍵詞】底部入水式;飲水機;智能家居

飲水機顧名思義就是解決人們飲水問題而誕生的家用產品，其因提升人們的飲水質量和生活品質而成為時尚備受國人喜愛。目前，市場上常見的飲水機產品主要有飲水機、凈水桶、純水機、軟水機等。在我們普遍使用飲水機的同時，在使用的過程中一系列問題也在隨之暴露出來，現在家庭使用的飲水機大多為頂部倒置水桶式的飲水機，該類飲水機主要是通過水的重力來完成水的流動和配送，這會使在使用飲水機時會出現一個比較普遍的問題，就是當桶裝水用完后需要更換新的桶裝水，這一整個換水的過程對于一些特殊群體是不友好的，比如讓老年人，孕婦，小孩等一些人在完成這個換水工作是十分困難。隨著我國經濟的發展，人們的生活水平日益的提高對生活質量的追求也越來越好，而且現如今我國人口老齡化日益嚴重，關愛老年人，提高老年人晚年生活質量及幸福感是當下的一個熱點。因此為了解決老年人，婦女，小孩在飲水機更換桶裝水難的問題，讓他們有更好的生活質量，本文提出了一種一鍵更換桶裝水的底部入水式飲水機。

一、底部入水式飲水機整體設計

本文研究的底部入水式飲水機主要是由水桶翻轉機構、水泵、底部聰明座、水位傳感器水位控制開關、電動液壓伸縮推桿、AT89C51單片機、壓縮機式制冷器及即熱式加熱器等結構部件組成。該設計主要設計思路是根據目前市場上現有的飲水機針對不同的人群所產生的問題，在飲水機現有的基礎上加于機械結構達到解決問題的目的。該設計利用一些簡單的機械結構解決了一般頂部倒置水桶式的飲水機需將沉重的桶裝飲用水上下搬運這一問題，其中電動液壓伸縮推桿起到了關鍵作用，還有就是該底部入水式飲水機采用一鍵翻轉換桶裝水的形式來完成換水工作，不同于平常的人力換桶裝水，該設計可以讓使用者以最小的體力消耗 來完成換桶裝水這一工作，更加能體現家居產品的人性化。

二、底部入水式飲水機工作原理

一般飲水機的基本作用是升溫或降溫并方便人們飲用，所以該設計也是在此基礎上來進行工作的。首先我們在更換新的桶裝水前的只需按下下降按鈕將桶裝水空桶緩緩平放以便使用者拿走空桶，然后將準備好的新桶裝水傾倒在水桶翻轉機構上在按下抬升按鈕，桶裝水將在電動液壓伸縮推桿的作用下緩緩的插入安裝到底部聰明座里，完成換水工作，接下來桶內純凈水進入底部儲水槽，在飲水機正常工作期間，當上儲水槽的水位傳感器接收到低于目標水位信號，并將信號傳輸至AT89C51單片機，然后由其控制水位控制開關和水泵將底部儲水槽的純凈水抽到上儲水槽。該底部入水式飲水機設計有常溫、冰水及熱水三個出水口，使用者可以根據自己的需求選擇出水口，選用熱水口時即熱式加熱器工作加熱純凈水滿足使用者需求，選用冰水口時壓縮機式制冷器工作完成制冷。經過這一系列的機構間的協調配合工作，該底部入水式飲水機體現其價值，讓人們有更高的幸福感。

三、機械機構設計

水桶翻轉機構主要是由電動伸縮推桿、臥式軸承支座、軸承、軸及水桶支撐架。該機構的作用主要是將桶裝水緩慢安裝插入底部的聰明座上，其通過電動液壓伸縮推桿回程產生的作用力來將桶裝水緩緩抬升，經過計算電動液壓伸縮推桿的安裝位置為飲水機底部左側靠后方，其位置如圖1所示[1]。該機構將采用電驅動的形式來實現該機構的更換桶裝水功能，開關為一鍵抬升及一鍵下降，使得操作更加簡便。由于正常未開封的桶裝水大約為20kg，因此將選用工作電壓24v，可承重30kg，150mm行程，速度45mm每秒的電動伸縮推桿作為該機構的動力元件。電動液壓伸縮推桿與液壓連桿相連，桶裝水支架與軸鉸接，軸承起到減小摩擦力的作用，各組件間協調配合工作完成更換桶裝水工作。

四、內部結構設計

本文所提出的底部入水式飲水機與現在市場上的飲水的內部結構有些許不同，其內部主要有上下儲水槽、冷熱水器供水水泵、軟管、水位傳感器水位控制開關、壓縮機式制冷器及即熱式加熱器。本設計的內部結構設計主要是為了優化現有的飲水機，其通過冷水水泵與下儲水槽相連，當上儲水槽水位低于目標值，該泵開始工作將下儲水槽的水抽到上水槽，上水槽與壓縮機式制冷器及常溫出水口相連，根據人們對飲用水的需求為人們服務，熱水水泵直接與下儲水槽和即熱式加熱器相連，在人們需要熱水時，按下熱水出水口開關稍等片刻，由該泵直接將水抽到即熱式加熱器內進行加熱即可為人們提供熱水，避免了“千滾水”的出現，使得人們的飲水更加健康[2]。

五、控制系統設計

該底部入水式飲水機將采用AT89C51單片機作為主控制板，其主要是控制水泵、壓縮機式制冷器及即熱式加熱器的工作，主要是通過冷水、常溫水和熱水三個開關所產生的脈沖信號促使AT89C51單片機通過程序運行來實現控制目的[3]。

六、推廣價值與應用前景

本文所設計的底部入水式飲水機主要是優化現有飲水機和解決現有飲水機對一些特殊使用群體所產生的一些問題，其可應用與各大公共場所、家庭，最主要的是針對獨居老人、婦女及特殊人群等家庭，因為這些家庭更需要這樣一種底部入水式飲水機，如果有了這一款底部入水式飲水機他們將可以更好的體驗到生活的美好。

七、結束語

現如今人們越來越注重健康，飲水健康也是人們所關注的，這就需要到一款好的飲水機來保證其有高質量的飲用水，但是現如今市場上的飲水機不能夠滿足所有人的需求，因此本文設計出了一種可以解決老人、婦女及小孩更換桶裝水難的底部入水式飲水機，并且該飲水機操作簡單。

參考文獻：

[1]洪元，張啟明. 一種水桶下置式飲水機[P]. 廣東：CN201290600，2009-08-19.

[2]姜晟，袁佩瑤，李富柱，高先瑞，高明智. 一種水桶下置式多功能飲水機[P]. 江蘇：CN207693446U，2018-08-07.

[3]馮敏.一種基于單片機的智能飲水機設計電子技術中的單片機應用[J].中國新通信，2020，22（09）：102.

作者簡介：

陳帥（1999-），性別：男，籍貫：廣西玉林人，學歷：本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。

基金項目：

北部灣大學2020年大學生創新創業訓練計劃項目“底部入水式飲水機”（2020116070260）

（作者單位：北部灣大學機械與船舶海洋工程學院）