自制健康节能的饮水机-----Water Dispenser
一、电路的组成
整个电路包括两部分：
1．节电控制电路
如下图所示。包括延时电路、驱动电路。
(1)延时电路。包括集成电路U1(CD4541)。电阻R2、R3、R4，电容C4，按钮S0、S1。
(2)驱动电路：由R1、晶体管Q1、继电器J1、二极管D1组成。
整个电路包括两部分：
1．节电控制电路
如下图所示。包括延时电路、驱动电路。
(1)延时电路。包括集成电路U1(CD4541)。电阻R2、R3、R4，电容C4，按钮S0、S1。
(2)驱动电路：由R1、晶体管Q1、继电器J1、二极管D1组成。
2．凉、热水分开及水位指示电路
如下图所示。包括基准电压电路、水位比较电路、驱动电路。
(1)基准电压电路。由电阻R6、R8、R11，二极管D3、D4组成。
(2)水位比较、显示电路。由四运放U2(LM324)，水位电极S2-S5，电阻R5～R17。指示灯LED1～LED4组成。水位电极S2～S5自上至下依次安装在加热器中。
(3)驱动电路。由R18、晶体管Q2、电磁阀L1、二极管D5、D6组成。
二、工作原理
1．节电控制电路
(1)延时电路。延时电路以CD4541为核心。通过R3调节饮水机加热器的工作时间。可根据需要，决定饮水机每隔多长时间才进行加热。间隔时间从几分钟到数小时。
第1脚接振荡电阻R3，第2脚接振荡电容C4，第3脚接保护电阻R4，共同构成振荡器外接阻容网络端。当R3、C4的阻值确定之后。即决定了振荡器的振荡频率，振荡频率f=1／(2.3×R3×C4)。
AR(5脚)是自动复位端。当AR为低电平时，电路在通电时会自动复位。使计数器清零。
MR(6脚)是手动复位端，当MR为高电平时，电路复位。
8脚(Q端)是输出端。
9脚是输出选择端，用来选择8脚(Q端)在电路初始状态，是高电平还是低电平。当9脚接低电平时。8脚的初始状态是低电平；当9脚接高电平时，8脚的初始状态是高电平。这里选9脚接高电平。
MODE端(10)是单定时／循环输出方式选择端。当MODE为低电平时，选择单定时输出方式；当MODE为高电平时，选择循环输出方式。所谓单定时方式是指电路定时时间到后，输出端Q的电平跳变后始终保持不变，直到下一次复位信号的到来。循环方式是指Q端电平将按设定的时间。作周期性跳变。
12A、13B是分频器编程输入端。当A、B为高电平，可进行16级分频，可获得最大的定时时间。
(2)驱动电路。由8脚(Q端)输出端连接晶体管Q1，再驱动继电器J1。继电器J1的常开触点控制饮水机加热器的通断电。
当8脚(Q端)输出端为高电位时，饮水机加热器通电加热；当8脚(Q端)输出端为低电位时，饮水机加热器停止通电.不再加热。
如果想只加热一次，就不再加热，可将S1接低电平。则加热器在初次加热规定的一段时间后，停止力热。如果长时间后。觉得水太凉。可按一下S0，则加热器又只加热一次，即停。这个功能非常实用，在一两个人饮水时，可大大节省电能，所以推荐大家将普通饮水机进行改造。
2.凉、热水隔离及水位指示电路
基准电压电路为水位比较电路提供基准电压，A点电位为1.5V，B点电位为0.9V。
(1)注水过程。
1)当加热器中无水，或水位低于最低水位电极S5时，则U2D12(同相输入端)电位为1V以上，而U2D13(反相输入端)电位始终为0.9V，所以L12D⑩脚输出高电平(5.13V)，使晶体管Q2导通，然后驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀，将大桶中的凉水注入加热器。
2)由于R15正反馈U2D12(同相输入端)电位接近5V，U2D14输出仍然为高电平。
1．节电控制电路
(1)延时电路。延时电路以CD4541为核心。通过R3调节饮水机加热器的工作时间。可根据需要，决定饮水机每隔多长时间才进行加热。间隔时间从几分钟到数小时。
第1脚接振荡电阻R3，第2脚接振荡电容C4，第3脚接保护电阻R4，共同构成振荡器外接阻容网络端。当R3、C4的阻值确定之后。即决定了振荡器的振荡频率，振荡频率f=1／(2.3×R3×C4)。
AR(5脚)是自动复位端。当AR为低电平时，电路在通电时会自动复位。使计数器清零。
MR(6脚)是手动复位端，当MR为高电平时，电路复位。
8脚(Q端)是输出端。
9脚是输出选择端，用来选择8脚(Q端)在电路初始状态，是高电平还是低电平。当9脚接低电平时。8脚的初始状态是低电平；当9脚接高电平时，8脚的初始状态是高电平。这里选9脚接高电平。
MODE端(10)是单定时／循环输出方式选择端。当MODE为低电平时，选择单定时输出方式；当MODE为高电平时，选择循环输出方式。所谓单定时方式是指电路定时时间到后，输出端Q的电平跳变后始终保持不变，直到下一次复位信号的到来。循环方式是指Q端电平将按设定的时间。作周期性跳变。
12A、13B是分频器编程输入端。当A、B为高电平，可进行16级分频，可获得最大的定时时间。
(2)驱动电路。由8脚(Q端)输出端连接晶体管Q1，再驱动继电器J1。继电器J1的常开触点控制饮水机加热器的通断电。
当8脚(Q端)输出端为高电位时，饮水机加热器通电加热；当8脚(Q端)输出端为低电位时，饮水机加热器停止通电.不再加热。
如果想只加热一次，就不再加热，可将S1接低电平。则加热器在初次加热规定的一段时间后，停止力热。如果长时间后。觉得水太凉。可按一下S0，则加热器又只加热一次，即停。这个功能非常实用，在一两个人饮水时，可大大节省电能，所以推荐大家将普通饮水机进行改造。
2.凉、热水隔离及水位指示电路
基准电压电路为水位比较电路提供基准电压，A点电位为1.5V，B点电位为0.9V。
(1)注水过程。
1)当加热器中无水，或水位低于最低水位电极S5时，则U2D12(同相输入端)电位为1V以上，而U2D13(反相输入端)电位始终为0.9V，所以L12D⑩脚输出高电平(5.13V)，使晶体管Q2导通，然后驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀，将大桶中的凉水注入加热器。
2)由于R15正反馈U2D12(同相输入端)电位接近5V，U2D14输出仍然为高电平。
3)加热器中的水位逐渐上升，当水位高于最低水位电极S5时，U2Do12(同相输入端)电位变为1.8V，仍然高于LJ2DO13脚(反相输入端)电位，加热器中的水位继续上升。
4)当水位高于水位电极S4时，U2C10电位低于9脚电位，U2CC)8脚输出低电位，LED3亮，表示加热器的水位达到水位电极S4。
5)同样，当水位高于水位电极S3时，U2B5脚电位低于6脚电位。LJ2B7脚输出低电位，LED2亮，表示加热器的水位达到水位电极S3。
6)加热器中的水位逐渐上升，当水位高于最高水位电极S2时，U2A3脚电位低于2脚电位，U2A1脚输出低电位，LED1亮，表示加热器的水位达到水位电极S20同时，由D2拉低U2D12脚的电位，由1.8V变为0.75V，所以U2D14脚输出低电位，晶体管Q2截止，电磁阀L1关断，停止向加热器注入凉水。同时LED4亮。表示电极S5也被水淹没。
7)这样就完成了注水过程，并且LED1-LED4显示了加热器中的水位情况。(虽然LED4最后才亮，有些缺憾，但此后LED1-LED4可以正常显示加热器中的水位情况。见下面的放水过程)。
(2)放水过程。
1)当放出热水之后，加热器中的水位逐渐下降，低于最高水位电极S2时，LJ2A3脚电位为1.5V，高于2脚电位(0.9V),U2A1脚输出高电位。
LED1灭，表示加热器的水位低于水位电极S2c，同时，D2截止。但由于LJ2D⑩脚是低电位，由于R15正反馈，LJ2D12脚的电位仍然约为0.75V，所以LJ2D14脚输出还是低电位，晶体管Q2仍然截止，不会向加热器注入凉水。
2)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S3时，LJ2B5脚电位高于6脚电位，U2B7脚输出高电位。LED2灭。表示加热器的水位低于水位电极S3。
3)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S4时，U2C10脚电位高于9脚电位，U2C8脚输出高电位，LED3灭。表示加热器的水位低于水位电极S4，4)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S5时，U2D12脚电位高于13脚电位，U2D14脚输出高电位，LED4灭，表示加热器的水位低于水位电极S5。
同时.U2D14脚输出高电平，晶体管Q2导通，再次驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀将的凉水注入加热器。此后的过程与注水过程相同。
4)当水位高于水位电极S4时，U2C10电位低于9脚电位，U2CC)8脚输出低电位，LED3亮，表示加热器的水位达到水位电极S4。
5)同样，当水位高于水位电极S3时，U2B5脚电位低于6脚电位。LJ2B7脚输出低电位，LED2亮，表示加热器的水位达到水位电极S3。
6)加热器中的水位逐渐上升，当水位高于最高水位电极S2时，U2A3脚电位低于2脚电位，U2A1脚输出低电位，LED1亮，表示加热器的水位达到水位电极S20同时，由D2拉低U2D12脚的电位，由1.8V变为0.75V，所以U2D14脚输出低电位，晶体管Q2截止，电磁阀L1关断，停止向加热器注入凉水。同时LED4亮。表示电极S5也被水淹没。
7)这样就完成了注水过程，并且LED1-LED4显示了加热器中的水位情况。(虽然LED4最后才亮，有些缺憾，但此后LED1-LED4可以正常显示加热器中的水位情况。见下面的放水过程)。
(2)放水过程。
1)当放出热水之后，加热器中的水位逐渐下降，低于最高水位电极S2时，LJ2A3脚电位为1.5V，高于2脚电位(0.9V),U2A1脚输出高电位。
LED1灭，表示加热器的水位低于水位电极S2c，同时，D2截止。但由于LJ2D⑩脚是低电位，由于R15正反馈，LJ2D12脚的电位仍然约为0.75V，所以LJ2D14脚输出还是低电位，晶体管Q2仍然截止，不会向加热器注入凉水。
2)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S3时，LJ2B5脚电位高于6脚电位，U2B7脚输出高电位。LED2灭。表示加热器的水位低于水位电极S3。
3)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S4时，U2C10脚电位高于9脚电位，U2C8脚输出高电位，LED3灭。表示加热器的水位低于水位电极S4，4)如果继续放出热水，当水位低于水位电极S5时，U2D12脚电位高于13脚电位，U2D14脚输出高电位，LED4灭，表示加热器的水位低于水位电极S5。
同时.U2D14脚输出高电平，晶体管Q2导通，再次驱动电磁阀L1的线圈，通过电磁阀将的凉水注入加热器。此后的过程与注水过程相同。
三、元件选择
元件的参数已经在图中标注。
其中电磁阀线圈电压为12V，选用JH-16高频响通用节能环保电磁阀。该电磁阀在维持工作时。其功耗为0.04～0.1W，开闭速度快，其动作次数可达2～7次／秒。
四、制作注意事项
在普通饮水机的机构上稍作改动。如下图所示。将普通饮水机的进水口和出水口的位置进行交换，并在进水管处加装电磁阀。用4条不锈钢丝固定在陶瓷条上，作为电极。
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