引言

電開水機具有清潔、高效、安裝簡便等特點，因此被廣泛應用在學校、工廠、機關、賓館等場所，為人們飲水提供了便利。目前市售的電開水機，通常由儲水箱、加熱器、進水閥等部件組成，結構簡單，功能單一。使用這些電開水機可能存在兩個嚴重的后果，一是存在陰陽水（生水與開水混合后的水），二是存在干滾水（反復燒開的水）。陰陽水的問題在大多數開水機中通過一些特殊的分離結構已經得到解決，但干滾水問題目前尚無較好的解決辦法。

飲水機長時間開機，特別是在不用水的待機時間段，會反復地給熱膽中的水加熱，形成“干滾水”。同時，目前市場上銷售的大都是有膽飲水機，靠著熱膽對水進行加熱，而熱膽的材質又多為不銹鋼或鋁殼，如果反復加熱，水中的鐵、鋁、銨等亞硝酸鹽含量會明顯升高，進而增加了“干滾水”中有害物質的濃度。實驗表明，“干滾水”的化學成分已經發生了很大變化，滋生出重金屬等有害物質，長期飲用會影響人的腸胃功能。

1 系統概述

本文設計的開水機在非用水階段如夜晚時間，開水機停止加熱，到早晨上班前，開水機自動排干水箱中剩余水，加入新水重新加熱，直到燒開。白天工作時間，能夠根據每個用戶的用水情況，調整各個時間段的燒水量，達到健康與節能雙重效果。由于每個用戶每個時間段的用水情況不盡相同，但通常存在一定的規律性，所以本文設計的電開水系統采用自適應方式，模擬人工總結用戶用水規律，確定燒水時間和燒水量，達到了較好的健康與節能效果。

2 機械結構

圖1電開水機機械結構圖，為徹底解決陰陽水的問題，本裝置采用了兩個儲水箱和加熱管，儲水箱1用于燒水，儲水箱2用于保存開水，加熱管2用于保溫作用。進水閥開啟可以將自來水放入儲水箱1，當儲水箱1水燒開后，通過連接閥將水注入儲水箱2，出水閥用于向用戶供水，排水閥用于將儲水箱2中的剩水排盡。

圖1 點開水機機械結構圖

圖2 硬件電路結構圖

3 硬件電路設計

圖2硬件電路結構圖，硬件電路以微控制器為核心，包括兩個水位傳感器、兩個加熱管、一個進水閥、一個連接閥、一個排水閥和一個出水閥，還有一個直流電源、一個人機交換裝置和一個實時時鐘電路。水位傳感器采用高溫投入式液位傳感器，如果為了降低成本，可以自制分級的液位開關替代，進水和排水閥用高溫電磁閥，顯示屏使用帶漢字庫的12864型液晶屏，如果考慮成本，還可使用數碼管或簡易液晶屏。

實時時鐘采用SD2058芯片，該芯片是一種具有標準IIC接口的實時時鐘芯片，CPU可使用該接口通過6位地址尋址來讀寫片內64字節寄存器的數據。SD2058內置單路定時/報警中斷輸出，報警中斷時間最長可設至100年;內置時鐘精度數字調整功能，可以在很寬的范圍內校正時鐘的偏差（-189ppm～+189ppm，分辨率3.05ppm），并且通過外置的溫度傳感器可設定適應溫度變化的調整值，實現在寬溫范圍內高精度的計時功能;該芯片還具有獨立的32768Hz方波脈沖輸出腳。

在本系統中，微控制器的主要任務是記錄各個單位時間的用水量，并總結用水規律，確定下階段燒水量和燒水時間，因此在選型時主要考慮微控制器的存儲器空間。本系統選用宏晶科技有限公司最新產品STC12C5A16S2，該芯片具有16k Flash程序存儲器，1280字節SRAM，45k的EEPROM，有8路10位A/D轉換器，LQFP44封裝，只需人民幣5元。

4 軟件設計

微控制器每十分鐘記錄一次用水量，每天需要144個字節存儲用水量，STC12C5A16S2單片機具有45k的EEPROM，約可記錄3個月每個時間段的用水量。

系統首次運行時，始終保持儲水箱2內有充足的開水。當運行至第二天時，控制系統首先根據前一天的用水情況，初步確定當日的燒水情況，當系統已運行多日時，控制琴根據前階段每日的用水曲線，結合前一日的用水情況確定燒水時間和燒水量。系統嘗試以周為周期總結用水規律。為應對用戶突然增加時的用水量，系統儲水保有一定余量，該余量可以自適應生產，也可以人為設定，余量應適中，過大會造成開水浪費。系統還設計了手動強制燒水，用于特殊情況時的應對，該情況的用水量也計入自適應采樣數據。

5 結語

本系統運行初期可能會留有較大的用水余量，造成較大的水資源浪費，運行穩定后，浪費將減小到較低限度。本系統在規律性越強的場所使用效果越好，在突變性較大的場所會有一定的資源浪費，但同樣具有健康與節能的效果。