韦委横
【摘 要】论文介绍了基于单片机的设计中饮水机的极速加热调温系统的相关问题，供相关工作人员参考和借鉴。
【Abstract】The paper introduces the problems related to the design of extreme speed heating and temperature regulating system of water dispenser based on the SCM， to provide reference to the relevant staff.
【关键词】饮水机； 温控系统； 单片机； 设计
【Keywords】 water dispenser； temperature control system； SCM；design
【中图分类号】TP273 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2018）05-0128-02
1 引言
当下，随着环境污染的日益加剧，国家已经把环保政策提上日程，人们的环保意识也在日益增强。人们在选择日常的电器、设备的时候，已经把环保的指标作为重要的影响因素之一。饮水机产品按照加热类型分为两种：一种是有胆加热的饮水机；另一种是无胆极速加热的饮水机。有胆加热的饮水机把水放在一个容器里面进行加热，温度达到后就会保温，当温度下降后就又开始加热，如此重复加热就造成了“千滚水”，而且耗电。无胆极速加热的饮水机，采用纳米电热膜技术进行加热，出水速度快，且耗电量和传统的饮水机相比，还不到有胆饮水机的二分之一，节能环保。极速加热调温系统，可以控制饮水机不同热水出水温度，能够满足不同消费者的热水需求，不会产生“千滚水”[1]。本文以此为背景，来探讨基于单片机设计的饮水机极速加热调温系统相关问题，希望为相关人员提供一定的技术参考。
2 饮水机系统功能介绍
本文所介绍的饮水机极速加热调温系统，由单片机系统、温度采集模块、显示报警模块、按键操作模块、自动防干烧模块、加热模块以及漏电保护共7部分组成。
单片机系统结合6大模块，能够精确完成极速加热调温目的。极速加热调温系统的功能主要有以下几个：
①实现饮水机不同出水温度控制，满足不同消费人群需要，使其热水出水温度在40℃和100℃之间可任意调节；
②实现人机交互对话和操作，当出现缺水或加热故障等异常时，自动切断加热模块电源，且通过语音提醒消费者；
③ 实现安全漏电检测，自动切断电源，保障消费者人身安全。
2 关于饮水机的系统设计问题介绍
极速加热调温系统由硬件设计和软件设计组成，是饮水机的两个主要构成部分。我们就这两个方面的设计问题展开阐释，下面是关于两个系统的设计问题。
2.1 硬件系统设计
就硬件系统的功能模块而言，如图1所示，由温度采集电路、自动防干烧模块、显示操作报警模块、加热驱动模块、漏电保护、单片机模块五大部分组成。
2.1.1 温度采集电路
温度传感器采用子弹头封装，内置快速响应温度感应芯片，使得温度能通过子弹头不锈钢外壳，快速传递温度至感应芯片。结合单片机10位AD端口，实现0.2秒高灵敏温度反馈，更快反馈给单片机系统，控制加热模块输出。单片机系统还可以根据温度进行反馈，当环境温度低于2度时，防止低温管路结冰，进入防冻保护模式，禁止进行加热功能启动。
2.1.2 自动防干烧
通过液位浮球开关提供缺水信号，单片机检测到缺水，则自动启动水泵进行补水，保障加热体始终处于有水状态，防止干烧。
2.1.3显示操作报警模块
饮水机的人机交互采用TFT液晶显示屏，显示机器运行状态，温度显示等相关内容信息。TFT液晶显示屏上带触摸功能，消费者可根据需求，设置热水出水温度，进行出水操作，单片机系统自动响应相应功能。单片机系统采集到故障信息后，通过TFT液晶显示屏显示故障内容，如低温、传感器短路、缺水、系统加热故障等。
2.1.4 加热模块
加热模块由加热体、调温水泵、驱动电路以及流量计组成，单片机接收到加热指令后，加热功能启动，根据流量计反馈实时流量和温度传感器反馈出水温度，计算加热所需流量和功率，通过两路PWM输出不同脉冲信号，一路控制水泵电机转速，调整水泵流量，一路控制可控硅导通率，调节加热体输出功率，使得出水温度恒定。
通过TFF触摸显示屏，设置不同的出水温度和出水量，满足消费者的不同饮水温度需求。
2.1.5 漏电保护
饮水机使用带漏电保护的插头电源线，当饮水机出现漏电危险时，在漏电电流还未达到伤害人体的电流之前就自动将电源切断，保护消费者人身安全。
2.1.6 单片机系统
采用ABOV的MC96F6432Q-44单片机。该芯片有以下特点： 32k 字节 FLASH， 256 字节IRAM， 768 字节 XRAM ， 通用I/O口， 基本间隔定时器， 看门狗定时器， 8/16-bit 定时器/计数器， 16-bit PPG 输出， 8-bit PWM 输出， 10-bit PWM 输出， 实时定时器， 蜂鸣器驱动口， SPI， USI， 12-bit A/D 转换器， LCD 驱动， 片内POR， LVR， LVI， 片内振荡和时钟电路。是一款可以为许多嵌入式控制应用提供高效灵活低成本解决方案的微控器。
2.2 软件系统设计
软件设计主要由主程序、TFT液晶显示子程序、触摸按键子程序、温度AD转换子程序、信号（缺水、电压等）采集子程序、加热驱动子程序构成。
在整个软件设计过程中，增加了加热异常时沸点自动检测程序，满足饮水机在不同海拔区域，加热温度满足消费者需求，又不会出现蒸汽大，喷水现象。
3 实验数据
本文所设计的极速加热调温系统，更快得到稳定的出水温度，实现多段出水温度需求。由多路温度巡检仪测试多档温度曲线如下：（图2，图3，图4，图5）
从实验测试的结果看，该极速加热调温系统温度控制精度达到±2度，控制效果理想。
4 结语
在我们的日常生活中，饮水机的方便、快捷以及干净卫生等特点能够为我们的生活提供极大的方便，饮水机也日益成为家用必备的电器之一。在选择饮水机的时候，性价比和相关功能、外观等因素固然重要，环保因素也同样不能被忽视。本文所设计的极速加热调温系统是基于单片机而产生，有着优良的性能，超强的温度控制性能和极速加热和保温等特点已经成为此类饮水机的重要标志，能够实现极速的调温和加热功能，其应用能够极大地节省人们的时间，为人们的日常生活带来极大的便利。
【参考文献】
【1】林奇盛，熊器，彭伟强.基于单片机的饮水机温控系统的设计[J].电子技术，2012（02）：39-45.
