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1、 班级：09机41 姓名：顾曦 学号：09294035节能饮水机设计摘要本文通过对节能饮水机的工作方式、控制技术和节能效果进行研究,提出一种基于模糊控制理论的全新设计,在软硬件上通过对饮水机使用者取水频度进行侦测,自动调整控制参数,减少饮水机待机加热的次数,实现节能的目标。关键字节能饮水机; 自动记忆; 模糊控制一前言 饮水机作为一个相对独立的家用电器,伴随着桶装水的消费热潮已在国内快速发展10多年。在其发展过程中,各种新型节能技术(如智能光控和程控技术等)不断出现,但都没有走出传统的循环加热模式的束缚,不能彻底消除无效待机耗能问题。据调查,普通饮水机每天实际耗电1. 2 1. 8度,而将饮用
2、水加热至沸腾的有用耗电量为0. 1度/L; 90%的办公场所饮水机和大多数家庭饮水机24h开机,其有效工作时间只占到总时间的1 /3。传统的循环加热模式,会引起所谓的“千滚水”,直接危害到人体的健康。本文设计开发的基于模糊控制原理的带记忆功能节能饮水机,有效地解决了普通饮水机存在的以上问题。二功能设计 设计开发的节能饮水机功能主要包括日期、时钟功能;自动记录用户取水日期、时间和频次;数据分析;数据更新;人工手动控制功能。模型如下2. 1日期、时钟功能 日期、时钟功能模块独立成一个数字电路,独立对其进行供电。供电电路设立双电源(一个为直接使用饮水机电源的降压整流电源,另一个为电池供电) ,主要是
3、为了使在饮水机断电状况下时钟仍然准确显示,运行时钟误差控制在1min /月以内,日期、时钟功能显示。2. 2自动记录用户取水日期、时间和频次 判断用户取水动作,选取直接有效的触发动作:人开启取水的开关,开关会带动与之相连的传动装置。借助传感技术,选取微动开关与传动装置直接相连实现机械动作与数电控制统一。采用微动开关,经常会出现干扰信号,但通常干扰信号只有几十到几百毫秒,而人每取一次水的时间不少于1 s。基于这一现实,选取电平持续保持大于1 s的信号作为有效信号。2. 3数据分析 把数据存储在存储器内,执行器对数据进行分析,统计记录的时间点,把数据记录成时间和次数的二维数表,分析每个规律点,执行
4、器时刻扫描时钟信号,参比规律点,当扫描到时钟信号为应加热时,执行器对加热控制电路发送信号,通过开关电路使饮水机进入工作状态。2. 4数据更新 当数据记录达到预订的周数后,存储器重新记录新的数据,原来应被更新的数据被相应取代。在设计时预定存储时间为3个星期。如果连续3个星期都没有新数据输入,存储器内的数据全部清空,即饮水机不被使用。2. 5人工手动控制 尽管模糊智能控制有着不可取代的优势,但在特定的场所(公共场所、会议大厅和会客厅等)或特殊情况(家庭人员半夜偶然使用)下自动模式就显得不足。为了让饮水机能同时适合这些场所或解决偶然情况,本设计增加了人工手动控制功能。该功能主要采用了时段性循环加热技
5、术和即热加热技术。三 硬件设计 在硬件设计方面,为了实现需求功能,首先要有独立的电源对时钟电路进行供电,微处理器时刻对时钟时间进行扫描。同时微处理器也不停地接收由安装在储水罐的传感组件传过来的数据,并且不停地对存储器的数据进行读写,把相应的数据向显示驱动电路发送,驱动电路根据微处理器发送的数据对显示装置进行驱动。整个控制电路如图所示。四软件设计 在程序设计时,程序分为数据储存、自动工作模式、手动工作模式三大部分。4. 1数据储存 在数据储存方面,根据功能设计思路,需要储存的数据有时间、日期以及相应的取水频率,其储存流程如下图所示。加热(制冷)数据储存流程4. 2自动工作模式 涉及到双模式工作的
6、程序,要说明有两个不同的分支,在设计时必须先判断采用哪一个工作方式,在工作方式选定之后,进入模式的数据处理。在自动模式工作中,微处理器最先扫描存储器数据和时钟数据,当存储器记录的人取数据等于即时时钟的数据时,说明已经到了人要喝水的习惯点,在该点饮水机开始工作。工作中不停地把传感器装置数据与存储器的温度相比较,当温度达到了要求值时,饮水机停止工作,否则继续进行相应的工作(加热或制冷) 。其程序流程图如图所示。4. 3手动工作模式 跟自动模式不同,手动模式也有自己启动程序,在使用过程中,依然是先进行模式的判断,确认选取的是手动模式,则按手动模式进行工作,其程序流程如图所示。五测试验证 节能饮水机调节为自动模式,比对饮水机按原来的工作状态不变。故测试时间为智能饮水机的一个学习周期,为期3周时间。测试过程中,每天按要求取8次水。记录饮水机运行一个周期的测试数据,六、应用前景 本设计采用记忆的模糊控制对饮水的控制系统进行改进,突破了传统的循环加热系统的限制,减少了饮水机待机加热次数,从而有效地消除无效待机耗能问题,使节能效果达60%以上,也在一定程度上消除了“千滚水”这一危害人身体健康的问题。
