智能防長(zhǎng)流水閥設(shè)計(jì)

李　浩,蔣　蘋

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)　工學(xué)院,長(zhǎng)沙　410128；2.湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙　410126）

智能防長(zhǎng)流水閥設(shè)計(jì)

李浩1,2,蔣蘋1

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,長(zhǎng)沙410128；2.湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙410126）

摘要：針對(duì)非正常長(zhǎng)流水的水流恒定時(shí)間超過正常使用時(shí)間的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種能預(yù)設(shè)置防長(zhǎng)流水時(shí)間并同步記錄用戶用水情況，經(jīng)對(duì)比分析可自動(dòng)識(shí)別長(zhǎng)流水并自動(dòng)關(guān)閉水閥，減少水資源浪費(fèi)以及避免滲漏水事故。

關(guān)鍵詞：防長(zhǎng)流水；水閥；水流發(fā)電機(jī)

0　引言

全國范圍乃至全球性的供水矛盾日益突出，人類正面臨著來自水資源匱乏和水質(zhì)性兩大危機(jī)越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，合理地開發(fā)利用和有效地保護(hù)水資源已成為全世界共同關(guān)注的熱點(diǎn)。因忘關(guān)水閥或者水龍頭損壞以及管道漏水造成的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，因?yàn)橥Ｋ斐傻耐涥P(guān)水龍頭造成鄰里矛盾糾紛的事情經(jīng)常發(fā)生。發(fā)明一種在不改變現(xiàn)有水龍頭、潔具等用水裝置的前提下，能解決因?yàn)橥涥P(guān)水龍頭或者用水裝置損壞以及管道漏水所導(dǎo)致的長(zhǎng)流問題的閥勢(shì)在必行。

1　整體結(jié)構(gòu)與功能

1.1智能防長(zhǎng)流水閥結(jié)構(gòu)

智能防長(zhǎng)流水閥由外殼（1）水流發(fā)電機(jī)；（2）自鎖電磁閥；（3）充電電池；（4）控制電路板；（5）自來水進(jìn)水口管；（6）自來水出水口管；（7）連接管；（8）水流發(fā)電機(jī)葉輪；（9）水流發(fā)電機(jī)線圈；（10）水流發(fā)電機(jī)導(dǎo)線；（11）自鎖電磁閥導(dǎo)線；（12）構(gòu)成。其中進(jìn)水口管6與水流發(fā)電機(jī)2相連，水流發(fā)電機(jī)2通過連接管8與自鎖電磁閥3連接,自鎖電磁閥3與出水口管7相連；水流發(fā)電機(jī)3通過兩根導(dǎo)線與控制電路板5相連接，控制電路板5通過兩根導(dǎo)線與充電電池4連接，控制電路板5通過兩根導(dǎo)線與自鎖電磁閥3連接。（如圖1所示）。

圖1　閥結(jié)構(gòu)圖

1.2智能防長(zhǎng)流水閥功能

基于微處理器的智能防長(zhǎng)流水閥，安裝簡(jiǎn)單、智能程度高、操作簡(jiǎn)便。

1.2.1安裝

該閥可以水表一起合裝在一起，進(jìn)出水口與自來水管相接即可，不需另占空間，不需外接電源線。

1.2.2開閥

按閥體上開閥鍵，即可打開閥門進(jìn)入用水狀態(tài)。

1.2.3關(guān)閥

按閥體上關(guān)閥鍵，即可打開閥門進(jìn)入斷水報(bào)警狀態(tài)。

1.2.4特殊用水

當(dāng)需要進(jìn)行特殊用水時(shí)，比方說給金魚缸加水、洗車、大掃除，用水量較大時(shí)，可設(shè)置閥進(jìn)入特殊用水裝態(tài)，可按閥儀表上的特殊用水按鍵的特殊用水按鍵閥可進(jìn)入特殊用水狀態(tài)，當(dāng)特殊用水時(shí)間到后，閥自動(dòng)進(jìn)入正常用水狀態(tài)。

2　工作工程

當(dāng)自來水流經(jīng)水流發(fā)電機(jī)，在水流發(fā)電機(jī)線圈上輸出對(duì)應(yīng)的電能，將電能存儲(chǔ)在充電電池給整個(gè)系統(tǒng)供電，同時(shí)發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成微處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)作為水流量的采樣數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)跟蹤水流情況，并根據(jù)水流情況以及設(shè)定的判斷規(guī)律進(jìn)而判斷是否為故障原因?qū)е碌拈L(zhǎng)流水，如果為故障原因?qū)е碌拈L(zhǎng)流水，通過自鎖電磁閥控制智能水閥關(guān)閉。

3　技術(shù)創(chuàng)新與主要技術(shù)指標(biāo)

3.1主要技術(shù)創(chuàng)新

3.1.1智能電子與機(jī)械閥相結(jié)合

將微處理器技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能充電技術(shù)、無線通訊技術(shù)等應(yīng)用于機(jī)械水閥的智能控制；

3.1.2采用流量檢測(cè)和模糊算法相結(jié)合的長(zhǎng)流水智能識(shí)別方法

微處理器通過流量監(jiān)測(cè)模塊獲取水閥水流量值，將水流量值周期性存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)單元中，同時(shí)比對(duì)存儲(chǔ)器中的用水流量值，如果發(fā)現(xiàn)水流量維持在某一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，并維持時(shí)間超過某一設(shè)定值M（M的值由經(jīng)驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)表以及用戶的平均用水記錄數(shù)據(jù)表來動(dòng)態(tài)決定）關(guān)閉閥門，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)；

3.1.3自供電技術(shù)，利用水流發(fā)電機(jī)發(fā)電并存儲(chǔ)電能給系統(tǒng)供電

電源由水流發(fā)電機(jī)、橋式整流單元、穩(wěn)壓?jiǎn)卧⒊潆妴卧⒎婪聪蚍烹妴卧㈦姵仉娏勘O(jiān)測(cè)單元、充電電池構(gòu)成。當(dāng)水流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能到達(dá)控制電路板時(shí)，就經(jīng)橋式整流單元轉(zhuǎn)變直流脈動(dòng)電能，經(jīng)穩(wěn)壓?jiǎn)卧D(zhuǎn)化為較平穩(wěn)的直流電能，直流電能再經(jīng)充電部分，以恒流、恒壓、涓流三種方式中的一種進(jìn)行充電，防反向放電單元當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓較低時(shí)，低于充電電池電壓時(shí)，防止充電電池對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行反向放電。

3.1.4水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓作為水流流量檢測(cè)信號(hào)

發(fā)電機(jī)發(fā)電的電壓大小可表示通過水閥的水流量，將流量數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，可便于微控制器分析判斷是否處在長(zhǎng)流水狀態(tài)，可省去流量傳感器部分，減少了體積，降低了成本；

3.2主要技術(shù)指標(biāo)

工作電壓DC2.8-4.5V，最大工作壓力0.8MP，工作壓力0～0.8Mpa，測(cè)試壓力0.8MPa，溫度范圍0～80℃，允許最大環(huán)境溫度80℃，存儲(chǔ)溫度-25～45℃，靜態(tài)工作電流≤8uA（VDD=3.6V），設(shè)計(jì)壽命≥6年，精度等級(jí)為2級(jí)，壓力損失≤0.1mpa（Qmax）

4　結(jié)束語

目前市場(chǎng)上，解決水龍頭長(zhǎng)流水問題的相關(guān)產(chǎn)品有感應(yīng)開關(guān)、延時(shí)開關(guān)、磁控停水自鎖閥等。相比這些產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)可在不改變現(xiàn)有水龍頭、潔具等用水裝置的前提下，解決忘記關(guān)水龍頭或因?yàn)楣艿罁p壞造成的長(zhǎng)流水問題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李向明，井俊凱，孫軍，劉明蘭.基于MSP430F413的IC卡式智能水表的研制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007（17）：53+94-95.