王 星 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

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簡易飲水機(jī)加熱完成聲音提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 星 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

【文章摘要】

【關(guān)鍵詞】

飲水機(jī)；加熱；語音提示

引言

隨著社會(huì)發(fā)展和生活質(zhì)量提高，人們對(duì)于飲用水的要求也越來越高。很多家庭中都安裝了凈化水的裝置，飲水機(jī)也走入了千家萬戶。大多數(shù)家庭中的飲水機(jī)加熱完成后，沒有聲音提示，只有LED燈光提示。而人可能忙于其他事情，沒有及時(shí)接水，造成飲水機(jī)反復(fù)加熱。這樣不僅浪費(fèi)能源，而且“千滾水”會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽，會(huì)對(duì)人體帶來一定的危害1。本文設(shè)計(jì)了一種簡易聲音提示系統(tǒng)，通過判斷加熱指示燈亮、滅的變化，對(duì)制水過程是否完成進(jìn)行判斷，并提供聲音提示。

1.系統(tǒng)電路概述

本文設(shè)計(jì)了一種簡易飲水機(jī)聲音提示電路，電路非常簡單3，如圖1所示。主要包含一個(gè)光敏二極管，兩個(gè)NPN三極管，一個(gè)光電耦合ΙC和一個(gè)有源蜂鳴器。飲水機(jī)加熱指示燈在開始加熱時(shí)點(diǎn)亮，完成加熱后熄滅。本電路通過檢測加熱指示燈從亮燈到熄滅的變化過程，驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器進(jìn)行5秒左右的聲音提示。

圖1　飲水機(jī)加熱完成聲音提示電路圖

2.電路主要器件功能

2.1光敏二極管

光敏二極管D1用于探測飲水機(jī)加熱指示燈的信號(hào)。當(dāng)加熱指示燈亮?xí)r，D1飽和反向漏電流很大，相當(dāng)于導(dǎo)通，給三極管Q2提供了基極電流Ιb和基極與發(fā)射極偏置電壓UBE，使Q2工作在飽和狀態(tài)；當(dāng)加熱指示燈滅時(shí)，D1的飽和反向漏電流很小，這時(shí)光敏二極管截止，同時(shí)三極管Q2也處于截止?fàn)顟B(tài)。

2.2光電耦合器件

光電耦合器件（下面簡稱光耦）是一種把發(fā)光器件（如LED）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，實(shí)現(xiàn)隔離控制的轉(zhuǎn)換器件，如圖2所示。光耦的1、 2管腳是輸入端口，1、 2管腳間有一個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)1、 2管腳間電壓超過LED正向?qū)妷簳r(shí)，LED發(fā)光。光耦的3、 4管腳是輸出端口，3管腳相當(dāng)于NPN三極管的集電極，4管腳相當(dāng)于發(fā)射極，而基極是受光面，面積較大。如果LED發(fā)光，光敏三極管3、 4管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)；反之，3、4管腳處于截止?fàn)顟B(tài)。光耦ΙC1用于控制給電容C1充電。D1導(dǎo)通時(shí)，Q2工作在飽和狀態(tài)，這時(shí)光耦中的1、2管腳導(dǎo)通，LED發(fā)光，導(dǎo)致3、 4管腳導(dǎo)通，電容C1開始充電；D1截止時(shí)，Q2工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)光耦中的1、2管腳截止，LED不發(fā)光，3、 4管腳截止，電容C1停止充電。電容的充電時(shí)間主要由電容C1和電阻R3決定。

圖2　光電耦合器件工作原理圖

2.3有源蜂鳴器

有源蜂鳴器內(nèi)部自帶有簡單的振蕩電路，只需通電即可發(fā)出一定頻率振動(dòng)發(fā)音。根據(jù)圖1，當(dāng)三極管Q2截止時(shí)，Q2集電極電位提高到電源電壓，Q3導(dǎo)通并工作在飽和狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)出聲音提示。蜂鳴器供電電源來自電容C1，因?yàn)镃1儲(chǔ)存的電量有限，所以蜂鳴器發(fā)聲只能持續(xù)數(shù)秒。

2.4其他器件

電阻R1是偏置電阻，為Q2的基極和發(fā)射極預(yù)置導(dǎo)通電壓，通過調(diào)整R1阻值的大小，可以改變電路的光靈敏度。R2限制光耦輸入端流過LED上的電流，起到調(diào)節(jié)LED亮度的作用。R3，R5分別是電容充電時(shí)間和放電時(shí)間控制的調(diào)節(jié)電阻。R4是Q3的基極電阻，將三極管Q2集電極的電壓轉(zhuǎn)換為三極管Q3的基極電流，使其在飽和與截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電容C1決定蜂鳴器發(fā)聲時(shí)間的長短，通過和電阻R5配合，可以對(duì)提示聲音時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。

3.電路工作原理

每次當(dāng)飲水機(jī)開始加熱時(shí)，加熱指示燈亮，光敏二極管D1受光照后導(dǎo)通，使三極管Q2工作在飽和狀態(tài)，Q2集電極電位拉低，三極管Q3截止，光耦ΙC1管腳3、4導(dǎo)通，電源開始給C1充電。當(dāng)飲水機(jī)加熱完成時(shí)，加熱指示燈由亮轉(zhuǎn)滅，光敏二極管D1截止，使三極管Q2截止，集電極電位抬高，光耦ΙC1管腳3、4截止，電源停止給電容C1充電。同時(shí)Q2集電極電位提高使三極管Q3工作在飽和狀態(tài)，電容C1開始給蜂鳴器供電，使蜂鳴器發(fā)出提示音。因?yàn)殡娙軨1容量有限，所以蜂鳴器聲音持續(xù)數(shù)秒就自動(dòng)停止，不用人工關(guān)閉。

4.總結(jié)和展望

本文設(shè)計(jì)電路簡單易實(shí)現(xiàn)，器件價(jià)格低。而且是對(duì)現(xiàn)有飲水機(jī)改造，增加加熱完成聲音提示功能，使用時(shí)只需將電路傳感器粘貼在加熱指示燈旁邊即可。提示音數(shù)秒后自動(dòng)停止，不用手動(dòng)關(guān)閉，基本不影響人的生活和工作。

針對(duì)部分飲水機(jī)加熱LED指示燈不是通過亮滅變化指示，而是通過變色進(jìn)行指示（比如從紅變黃），后續(xù)可以通過給光敏二極管D1加濾色膜的方式解決。同時(shí)也可將電阻R1和R5更換為電位器。R1可以對(duì)D1靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，R5可以設(shè)置蜂鳴器聲音持續(xù)時(shí)間。

【參考文獻(xiàn)】

［1］黃曉蘊(yùn).謹(jǐn)防飲水機(jī)二次污染［J］.安全與健康.2003（01）

［2］程暉.飲水機(jī)節(jié)能不容忽視［N］.中國經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào).2010-10-23 （C03）

［3］劉光祜，饒妮妮.模擬電路基礎(chǔ)［M］.電子科技大學(xué)出版社，2001

［4］TOSHIBA.TLP281，TLP281-4.http://www.alldat-asheet.com.2014

隨著社會(huì)發(fā)展和生活質(zhì)量提高，人們的節(jié)能和健康意識(shí)越來越強(qiáng)，飲水機(jī)也走入了千家萬戶。普通的飲水機(jī)缺少加熱完成后的聲音提示，可能造成反復(fù)加熱的情況，即浪費(fèi)電力，又不利于健康。本文設(shè)計(jì)了一種簡易飲水機(jī)聲音提示系統(tǒng)，只需將該系統(tǒng)粘貼在原飲水機(jī)上，探測飲水機(jī)LED指示燈的狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)加熱完成聲音提示，是一種簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。