水桶反裝智能飲水機(jī)

1、華北理工大學(xué)人機(jī)工程學(xué)課程論文姓名_程景如_班級(jí)_12工業(yè)工程2班_成績(jī)_ 機(jī)械工程學(xué)院 2015.4.8華北理工大學(xué)人機(jī)工程學(xué)課程論文成績(jī)總評(píng)表學(xué)院： 機(jī)械工程 班級(jí)： 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(jī)小組總成績(jī)其中：論文成績(jī)答辯成績(jī)分工情況：注：論文總成績(jī)=論文成績(jī)（60%）答辯成績(jī)（40%）華北理工大學(xué)人機(jī)工程學(xué)課程論文成績(jī)?cè)u(píng)分表班級(jí)： 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(jī) 評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求分值評(píng) 分ABCDE得分調(diào)查論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和從事調(diào)研；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。10109876分析與解決問(wèn)題的能力能運(yùn)

2、用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題；能正確處理相關(guān)數(shù)據(jù)；能對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行理論與實(shí)踐的分析，得出有價(jià)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(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。202018161412論文質(zhì)量綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)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(jià)值。404036322824創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識(shí)； 對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。10109876總分總分×60%華北理工大學(xué)人機(jī)工程學(xué)課程論文答辯成績(jī)?cè)u(píng)分表班級(jí)： 12工業(yè)

3、工程 學(xué)生姓名： 程景如 評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求分值評(píng) 分ABCDE得分對(duì)論文主要內(nèi)容和觀點(diǎn)的陳述在規(guī)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、扼要地陳述論文主要內(nèi)容和觀點(diǎn)。202018161412對(duì)所研究問(wèn)題的答辯研究問(wèn)題有理論根據(jù)，基本概念清楚。問(wèn)題回答準(zhǔn)確、有深度。404036322824對(duì)文獻(xiàn)資料的運(yùn)用正確引用并熟悉相關(guān)文獻(xiàn)資料。303027242118語(yǔ)言表達(dá)、邏輯思維能力表達(dá)清晰、流暢，邏輯性強(qiáng)。10109876總 分總分×40%水桶反裝智能飲水機(jī)程景如（華北理工大學(xué)，機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009）摘要:飲水機(jī)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(jì)有將近80%的家庭在使用著飲水

4、機(jī)。然而在現(xiàn)有的飲水機(jī)構(gòu)造中，飲水機(jī)的水桶都是倒放在飲水機(jī)的頂部，對(duì)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(jī)設(shè)計(jì)方法。采用將水桶在飲水機(jī)下面，利用手搖式離心水泵將水從水桶里抽到飲水機(jī)中的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)基于單片機(jī)的可控溫智能多功能，為滿足對(duì)傳統(tǒng)“傳感器-繼電器”機(jī)構(gòu)的飲水機(jī)進(jìn)行智能化升級(jí)的技術(shù)要求，以單片機(jī)為控制核心，加入溫度檢測(cè)、水位檢測(cè)、溫度設(shè)定和模式設(shè)定、液晶顯示等電路，設(shè)計(jì)了智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的飲水機(jī)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)表明，該飲水機(jī)可實(shí)現(xiàn)溫度、水位、實(shí)時(shí)顯示和安全智能的全自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了飲水機(jī)節(jié)能及智能一體化。關(guān)鍵字：飲水

5、機(jī)；手搖式水泵；人力水泵；智能化升級(jí);節(jié)能安全;全自動(dòng)控制；1 背景據(jù)有關(guān)媒體調(diào)查，現(xiàn)實(shí)生活中將近有80%的家庭用戶都在使用飲水機(jī)，而且有逐漸增加的趨勢(shì)。但是有很多問(wèn)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(duì)人身體有害等等問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查分析，這些原因制約著當(dāng)前飲水機(jī)的發(fā)展，很多消費(fèi)者正在尋求其他更簡(jiǎn)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(jī)設(shè)計(jì)，保留了傳統(tǒng)的飲水機(jī)的相關(guān)功能，同時(shí)利用將水桶放在飲水機(jī)下面，利用動(dòng)力裝置來(lái)代替重力作用使水流入飲水機(jī)中。加入單片機(jī)控制系統(tǒng)，采用DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器，對(duì)溫度進(jìn)行采集，采用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度值; 飲水機(jī)內(nèi)部冷熱水分箱

6、儲(chǔ)存，杜絕陰陽(yáng)水; 壓力傳感器置于水箱正下方，利用測(cè)量的重量計(jì)算水位，對(duì)水位實(shí)時(shí)檢測(cè)，防止干燒; 多檔位選擇，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)若無(wú)人操作，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)低溫模式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能; 利用液晶實(shí)現(xiàn)顯示功能，可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水溫、水位、加熱時(shí)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(shí)現(xiàn)了智能，省電，健康的飲水機(jī)設(shè)計(jì)，為人們?nèi)粘ｏ嬎畮?lái)方便。2 水桶反裝智能飲水機(jī)設(shè)計(jì)2.1 整體結(jié)構(gòu)組成及尺寸如圖1所示，該飲水機(jī)包括水桶、殼體、手搖式離心水泵、單片機(jī)的可控溫智能多功能、溫度檢測(cè)、水位檢測(cè)、溫度設(shè)定、模式設(shè)定、液晶顯示和智能化標(biāo)準(zhǔn)化的飲水機(jī)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(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖圖2 飲水機(jī)的主要尺寸飲水機(jī)主要尺寸設(shè)計(jì)：（采用GB10000-88標(biāo)準(zhǔn)）倒水高度 = 肩高1455mm（95）（男）-上臂長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)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(jī)高度200mm本飲水機(jī)采用的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)總高度=1400mm飲水機(jī)總寬度=330mm表1中國(guó)成人人體尺寸2.2 實(shí)施方式為了將水桶里的水抽到飲水機(jī)里，飲水機(jī)內(nèi)部安裝了重力傳感器，分別檢測(cè)低水位和高水位，低水位數(shù)值被觸發(fā)就表示飲水機(jī)里沒(méi)水

9、了，緊接著顯示屏就自動(dòng)顯示出缺水的字樣，手搖進(jìn)行補(bǔ)水。高水位數(shù)值被觸發(fā)時(shí)就表示飲水機(jī)里水滿了。停止搖動(dòng)。如圖1所示，其實(shí)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(jī)里時(shí)，當(dāng)飲水機(jī)里沒(méi)有水時(shí)，低水位被傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制動(dòng)運(yùn)行，將飲水機(jī)斷電，防止干燒；達(dá)到高水位時(shí)，高水位被傳給單片機(jī)，單片機(jī)運(yùn)行，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口，防止過(guò)多水進(jìn)入。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的可控溫智能安全飲水機(jī)是集溫度控制、水位控制、實(shí)時(shí)顯示和安全智能等技術(shù)一體化的產(chǎn)品。分自動(dòng)控制和人為控制兩部分，可完成對(duì)溫度的設(shè)置、檢測(cè)、顯示，水位的檢測(cè)、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(jī)主體部分具有完善的

10、監(jiān)控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、自動(dòng)控制能力以及可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其系統(tǒng)組成框圖如圖3 所示。圖3 飲水機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4 防干燒裝置的設(shè)計(jì)為防止發(fā)生干燒狀態(tài)，該設(shè)計(jì)采用以下措施，把應(yīng)變式壓力傳感器，安裝在水箱下面，測(cè)量電路如圖4 所示。利用應(yīng)變式壓力傳感器測(cè)量原理，把水箱加滿水和無(wú)水時(shí)的重量差作為處理對(duì)象，當(dāng)重量差低于5%時(shí)，送給微處理器一個(gè)缺水信號(hào)，此時(shí)，處理器向電門發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電。當(dāng)壓力傳感器測(cè)得水箱的水加到95%時(shí)，則送給微處理器一個(gè)滿水信號(hào)，關(guān)閉進(jìn)水閥。圖4 測(cè)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(jiǎn)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(cè)量范圍從 55 +125 ，增量值為 0 5 時(shí)，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(jì)要求。系統(tǒng)可人為設(shè)置溫度，以滿足人們對(duì)不同水溫的需求。溫度按鍵為獨(dú)立式按鍵可以具體到設(shè)定某個(gè)溫度，采用6 位連鎖開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫度模式設(shè)置。同時(shí)溫度控制也采用系統(tǒng)智能控制方式。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)跳到低溫模式，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)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(jì)采用雙

12、儲(chǔ)水箱，把冷水與熱水分箱儲(chǔ)存。熱水儲(chǔ)水箱有加熱裝置，當(dāng)熱水箱水位低于設(shè)定的水位線時(shí)，冷水水箱自動(dòng)補(bǔ)給，直到加滿為止，防止人們?cè)诮訜崴耐瑫r(shí)冷水混入產(chǎn)生陰陽(yáng)水。飲水機(jī)不僅可以手動(dòng)按鍵控制出水，而且設(shè)計(jì)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(hào)由 P14 管腳送入單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)到 P1 0 管腳，啟動(dòng)繼電器常開(kāi)開(kāi)關(guān)吸合，打開(kāi)電磁閥放水，并點(diǎn)亮 LED1 燈顯示出水狀態(tài)。放水的時(shí)間實(shí)時(shí)設(shè)定，達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間，則斷開(kāi)繼電器電路，水閥彈回原位，關(guān)閉出水口，報(bào)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(shí)時(shí)水溫。74LS48 用作段選鎖存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。利用液晶屏顯示日歷、設(shè)定溫度、定時(shí)加熱時(shí)間，設(shè)定加熱時(shí)間及工作模式。液晶屏由 74LS164 驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)串轉(zhuǎn)并輸出，節(jié)省管腳資源( 見(jiàn)圖6) 。圖6 溫度顯示電路圖2.8飲水機(jī)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(cè)水位和溫度、檢測(cè)水杯、處理和顯示等。主要任務(wù)是對(duì)傳感器傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(jì)315241-增速葉輪 2-出水口 3-雙曲搖柄 4-入水口 5-進(jìn)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(jìn)水管內(nèi)灌滿水時(shí),搖動(dòng)雙曲手柄,驅(qū)動(dòng)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(bǔ)那里的低壓,水即從進(jìn)水桶通過(guò)進(jìn)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(dòng),水就源源不斷地由進(jìn)水池被抽送到水箱。3結(jié)語(yǔ)由于現(xiàn)在市場(chǎng)上很多飲水機(jī)裝水方便，尤其對(duì)于老人、孕婦、殘疾人等不方便裝水人群而改進(jìn)，本設(shè)計(jì)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(jī)的前景以及使用可靠性非常大，發(fā)展前景光明。參考文獻(xiàn):1段清明，彭醒醒，楊開(kāi)琦，林潔基于單片機(jī)的可控溫智能多功能安全飲水機(jī)設(shè)計(jì)吉林大學(xué)學(xué)報(bào)( 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(huì)敏,曹永慧，節(jié)能飲水機(jī)的設(shè)計(jì)及節(jié)能分析20074于鵬亮 曹鋆 晏梓洋 吳帥 來(lái)興宇 潘羽 一種便攜換水的環(huán)保飲水機(jī)設(shè)計(jì)20135黃亞坤， 張凈玉 控制的多溫直飲飲水機(jī)設(shè)計(jì)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(kāi)始論題的確定，我們小組就產(chǎn)生了不同的意見(jiàn)與看法，光是定題就花了很長(zhǎng)時(shí)間，定題定下來(lái)之后