簡易飲水機加熱完成聲音提示系統設計

王 星 陜西工業職業技術學院

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簡易飲水機加熱完成聲音提示系統設計

王 星 陜西工業職業技術學院

【文章摘要】

【關鍵詞】

飲水機；加熱；語音提示

引言

隨著社會發展和生活質量提高，人們對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，飲水機也走入了千家萬戶。大多數家庭中的飲水機加熱完成后，沒有聲音提示，只有LED燈光提示。而人可能忙于其他事情，沒有及時接水，造成飲水機反復加熱。這樣不僅浪費能源，而且“千滾水”會產生亞硝酸鹽，會對人體帶來一定的危害1。本文設計了一種簡易聲音提示系統，通過判斷加熱指示燈亮、滅的變化，對制水過程是否完成進行判斷，并提供聲音提示。

1.系統電路概述

本文設計了一種簡易飲水機聲音提示電路，電路非常簡單3，如圖1所示。主要包含一個光敏二極管，兩個NPN三極管，一個光電耦合ΙC和一個有源蜂鳴器。飲水機加熱指示燈在開始加熱時點亮，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，驅動有源蜂鳴器進行5秒左右的聲音提示。

圖1　飲水機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用于探測飲水機加熱指示燈的信號。當加熱指示燈亮時，D1飽和反向漏電流很大，相當于導通，給三極管Q2提供了基極電流Ιb和基極與發射極偏置電壓UBE，使Q2工作在飽和狀態；當加熱指示燈滅時，D1的飽和反向漏電流很小，這時光敏二極管截止，同時三極管Q2也處于截止狀態。

2.2光電耦合器件

光電耦合器件（下面簡稱光耦）是一種把發光器件（如LED）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，實現隔離控制的轉換器件，如圖2所示。光耦的1、 2管腳是輸入端口，1、 2管腳間有一個發光二極管。當1、 2管腳間電壓超過LED正向導通電壓時，LED發光。光耦的3、 4管腳是輸出端口，3管腳相當于NPN三極管的集電極，4管腳相當于發射極，而基極是受光面，面積較大。如果LED發光，光敏三極管3、 4管腳處于導通狀態；反之，3、4管腳處于截止狀態。光耦ΙC1用于控制給電容C1充電。D1導通時，Q2工作在飽和狀態，這時光耦中的1、2管腳導通，LED發光，導致3、 4管腳導通，電容C1開始充電；D1截止時，Q2工作在截止狀態，這時光耦中的1、2管腳截止，LED不發光，3、 4管腳截止，電容C1停止充電。電容的充電時間主要由電容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

有源蜂鳴器內部自帶有簡單的振蕩電路，只需通電即可發出一定頻率振動發音。根據圖1，當三極管Q2截止時，Q2集電極電位提高到電源電壓，Q3導通并工作在飽和狀態，蜂鳴器發出聲音提示。蜂鳴器供電電源來自電容C1，因為C1儲存的電量有限，所以蜂鳴器發聲只能持續數秒。

2.4其他器件

電阻R1是偏置電阻，為Q2的基極和發射極預置導通電壓，通過調整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，起到調節LED亮度的作用。R3，R5分別是電容充電時間和放電時間控制的調節電阻。R4是Q3的基極電阻，將三極管Q2集電極的電壓轉換為三極管Q3的基極電流，使其在飽和與截止狀態進行轉換。電容C1決定蜂鳴器發聲時間的長短，通過和電阻R5配合，可以對提示聲音時間進行設置。

3.電路工作原理

每次當飲水機開始加熱時，加熱指示燈亮，光敏二極管D1受光照后導通，使三極管Q2工作在飽和狀態，Q2集電極電位拉低，三極管Q3截止，光耦ΙC1管腳3、4導通，電源開始給C1充電。當飲水機加熱完成時，加熱指示燈由亮轉滅，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Q2集電極電位提高使三極管Q3工作在飽和狀態，電容C1開始給蜂鳴器供電，使蜂鳴器發出提示音。因為電容C1容量有限，所以蜂鳴器聲音持續數秒就自動停止，不用人工關閉。

4.總結和展望

本文設計電路簡單易實現，器件價格低。而且是對現有飲水機改造，增加加熱完成聲音提示功能，使用時只需將電路傳感器粘貼在加熱指示燈旁邊即可。提示音數秒后自動停止，不用手動關閉，基本不影響人的生活和工作。

針對部分飲水機加熱LED指示燈不是通過亮滅變化指示，而是通過變色進行指示（比如從紅變黃），后續可以通過給光敏二極管D1加濾色膜的方式解決。同時也可將電阻R1和R5更換為電位器。R1可以對D1靈敏度進行調節，R5可以設置蜂鳴器聲音持續時間。

【參考文獻】

［1］黃曉蘊.謹防飲水機二次污染［J］.安全與健康.2003（01）

［2］程暉.飲水機節能不容忽視［N］.中國經濟導報.2010-10-23 （C03）

［3］劉光祜，饒妮妮.模擬電路基礎［M］.電子科技大學出版社，2001

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

隨著社會發展和生活質量提高，人們的節能和健康意識越來越強，飲水機也走入了千家萬戶。普通的飲水機缺少加熱完成后的聲音提示，可能造成反復加熱的情況，即浪費電力，又不利于健康。本文設計了一種簡易飲水機聲音提示系統，只需將該系統粘貼在原飲水機上，探測飲水機LED指示燈的狀態，就可以實現加熱完成聲音提示，是一種簡單、經濟、實用的方法。