简易饮水机加热完成声音提示系统设计

王 星 陕西工业职业技术学院



简易饮水机加热完成声音提示系统设计

王 星 陕西工业职业技术学院

【文章摘要】

【关键词】

饮水机；加热；语音提示

引言

随着社会发展和生活质量提高，人们对于饮用水的要求也越来越高。很多家庭中都安装了净化水的装置，饮水机也走入了千家万户。大多数家庭中的饮水机加热完成后，没有声音提示，只有LED灯光提示。而人可能忙于其他事情，没有及时接水，造成饮水机反复加热。这样不仅浪费能源，而且“千滚水”会产生亚硝酸盐，会对人体带来一定的危害1。本文设计了一种简易声音提示系统，通过判断加热指示灯亮、灭的变化，对制水过程是否完成进行判断，并提供声音提示。

1.系统电路概述

本文设计了一种简易饮水机声音提示电路，电路非常简单3，如图1所示。主要包含一个光敏二极管，两个NPN三极管，一个光电耦合ΙC和一个有源蜂鸣器。饮水机加热指示灯在开始加热时点亮，完成加热后熄灭。本电路通过检测加热指示灯从亮灯到熄灭的变化过程，驱动有源蜂鸣器进行5秒左右的声音提示。

图1　饮水机加热完成声音提示电路图

2.电路主要器件功能

2.1光敏二极管

光敏二极管D1用于探测饮水机加热指示灯的信号。当加热指示灯亮时，D1饱和反向漏电流很大，相当于导通，给三极管Q2提供了基极电流Ιb和基极与发射极偏置电压UBE，使Q2工作在饱和状态；当加热指示灯灭时，D1的饱和反向漏电流很小，这时光敏二极管截止，同时三极管Q2也处于截止状态。

2.2光电耦合器件

光电耦合器件（下面简称光耦）是一种把发光器件（如LED）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，实现隔离控制的转换器件，如图2所示。光耦的1、 2管脚是输入端口，1、 2管脚间有一个发光二极管。当1、 2管脚间电压超过LED正向导通电压时，LED发光。光耦的3、 4管脚是输出端口，3管脚相当于NPN三极管的集电极，4管脚相当于发射极，而基极是受光面，面积较大。如果LED发光，光敏三极管3、 4管脚处于导通状态；反之，3、4管脚处于截止状态。光耦ΙC1用于控制给电容C1充电。D1导通时，Q2工作在饱和状态，这时光耦中的1、2管脚导通，LED发光，导致3、 4管脚导通，电容C1开始充电；D1截止时，Q2工作在截止状态，这时光耦中的1、2管脚截止，LED不发光，3、 4管脚截止，电容C1停止充电。电容的充电时间主要由电容C1和电阻R3决定。

图2　光电耦合器件工作原理图

2.3有源蜂鸣器

有源蜂鸣器内部自带有简单的振荡电路，只需通电即可发出一定频率振动发音。根据图1，当三极管Q2截止时，Q2集电极电位提高到电源电压，Q3导通并工作在饱和状态，蜂鸣器发出声音提示。蜂鸣器供电电源来自电容C1，因为C1储存的电量有限，所以蜂鸣器发声只能持续数秒。

2.4其他器件

电阻R1是偏置电阻，为Q2的基极和发射极预置导通电压，通过调整R1阻值的大小，可以改变电路的光灵敏度。R2限制光耦输入端流过LED上的电流，起到调节LED亮度的作用。R3，R5分别是电容充电时间和放电时间控制的调节电阻。R4是Q3的基极电阻，将三极管Q2集电极的电压转换为三极管Q3的基极电流，使其在饱和与截止状态进行转换。电容C1决定蜂鸣器发声时间的长短，通过和电阻R5配合，可以对提示声音时间进行设置。

3.电路工作原理

每次当饮水机开始加热时，加热指示灯亮，光敏二极管D1受光照后导通，使三极管Q2工作在饱和状态，Q2集电极电位拉低，三极管Q3截止，光耦ΙC1管脚3、4导通，电源开始给C1充电。当饮水机加热完成时，加热指示灯由亮转灭，光敏二极管D1截止，使三极管Q2截止，集电极电位抬高，光耦ΙC1管脚3、4截止，电源停止给电容C1充电。同时Q2集电极电位提高使三极管Q3工作在饱和状态，电容C1开始给蜂鸣器供电，使蜂鸣器发出提示音。因为电容C1容量有限，所以蜂鸣器声音持续数秒就自动停止，不用人工关闭。

4.总结和展望

本文设计电路简单易实现，器件价格低。而且是对现有饮水机改造，增加加热完成声音提示功能，使用时只需将电路传感器粘贴在加热指示灯旁边即可。提示音数秒后自动停止，不用手动关闭，基本不影响人的生活和工作。

针对部分饮水机加热LED指示灯不是通过亮灭变化指示，而是通过变色进行指示（比如从红变黄），后续可以通过给光敏二极管D1加滤色膜的方式解决。同时也可将电阻R1和R5更换为电位器。R1可以对D1灵敏度进行调节，R5可以设置蜂鸣器声音持续时间。

【参考文献】

［1］黄晓蕴.谨防饮水机二次污染［J］.安全与健康.2003（01）

［2］程晖.饮水机节能不容忽视［N］.中国经济导报.2010-10-23 （C03）

［3］刘光祜，饶妮妮.模拟电路基础［M］.电子科技大学出版社，2001

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

随着社会发展和生活质量提高，人们的节能和健康意识越来越强，饮水机也走入了千家万户。普通的饮水机缺少加热完成后的声音提示，可能造成反复加热的情况，即浪费电力，又不利于健康。本文设计了一种简易饮水机声音提示系统，只需将该系统粘贴在原饮水机上，探测饮水机LED指示灯的状态，就可以实现加热完成声音提示，是一种简单、经济、实用的方法。