一種智能節(jié)能型多功能水龍頭的設計

王書洋++楊冠魯

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.102

摘 要：水是生命之源，地球上的淡水資源越來越貧乏，而且分布不均，特別是隨著社會的發(fā)展，人們對淡水的需求越來越大，因此應該大力提倡節(jié)約用水，實現可持續(xù)發(fā)展。本文設計的水龍頭系統具有紅外控制功能，靠近水龍頭時自動打開放水，離開時水龍頭自動關閉，使用方便，且可以防止因未能及時關閉水龍頭而造成的水資源流失，并避免各種傳染類疾病的傳播與擴散。系統同時具備語音播報功能以及發(fā)電功能，電能儲存于蓄電池中，可供語音芯片、紅外傳感器和光纖燈使用，并在水龍頭的使用期間，播放一些公益廣告，來增強人們的節(jié)水意識，具有很強的實用性。

關鍵詞：紅外控制 水龍頭發(fā)電 電能儲存 語音播報

中圖分類號：TU212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0102-02

我國是一個水資源非常短缺的國家，雖然地域遼闊，但是受到多種氣候類型的影響，導致水資源分布不均、生態(tài)系統失衡，引發(fā)了淡水資源的危機。我國淡水資源總量雖然占全球淡水資源的總量的6%，但是人均水資源量卻遠不及世界平均水平，水資源短缺、水質惡化及生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益尖銳[1]。目前市面上使用的水龍頭常出現關不嚴或者忘記關水等浪費現象，節(jié)水效果并不明顯。主要原因是水龍頭自身的構造缺陷和人們節(jié)水意識的低下造成了水資源的流失。這些小小的浪費看似不起眼，但是每年造成的水資源浪費則達成百上千噸，造成巨大的水資源浪費。

因此需要加強節(jié)約用水的力度，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設計紅外線自動控制水龍頭，從日常生活中減少水資源的浪費，并且在使用過程中，通過水輪機發(fā)電，電能經處理之后儲存于蓄電池中，可供光纖燈和語音芯片等負載使用，并且在人們使用水龍頭時播放一些公益廣告來提醒人們節(jié)約用水。

1 系統設計方案

1.1 系統概述

系統主要由紅外傳感部分、發(fā)電儲電部分以及用電部分構成，系統工作框圖如圖1所示。

水龍頭紅外線傳感器接收感應信號，單片機處理并發(fā)出指令，控制電磁閥開啟，水龍頭打開防水，同時水流流過水輪機發(fā)電，電能經穩(wěn)壓模塊和充電保護模塊處理之后，儲存于蓄電池中，可供負載使用。

1.2 紅外傳感器部分

本文使用52單片機控制光電傳感器，紅外線水龍頭控制電路由變壓器、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電磁閥控制電路以及靈敏度調節(jié)電路組成。電路由220V交流電供電，經變壓器從次級輸出12V直流電供電磁水閥作業(yè)，紅外線發(fā)射接收管以及電磁水閥控制電路。繼電器由單片機供5V電壓。該電路由紅外線發(fā)射接收管采集外界信號，當信號發(fā)生改變時，首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后用光電元件將光信號轉換成電信號[2]。電信號輸入到電磁閥控制電路中，電磁水閥控制電路根據輸入信號的變化，控制電磁閥的開啟與關閉。

1.3 發(fā)電儲電部分

發(fā)電機使用F50-12V的水輪機，直流12V穩(wěn)壓輸出，可以給蓄電池充電以及供光纖燈和系統工作等。

儲能部分的設計為水輪機輸出端經過LM2596穩(wěn)壓模塊輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，然后通過LM7805充電保護模塊使直流電壓穩(wěn)定在蓄電池的充電電壓范圍之內，這樣可以保證蓄電池不會因為過充而損壞，保障了充電的安全。儲存在蓄電池中的電能可以供光纖燈、語音芯片燈等負載使用。因為水龍頭的使用時間短，故通過水輪機的流量有限，所以發(fā)電量有限，蓄電池已完全適用，無需采用更大功率的儲能裝置。

2 用電部分設計

2.1 光纖燈部分

光纖燈選用通體光纖材料，并使用高亮LED外露燈作為光源。光源的發(fā)光組件采用高亮LED半導體芯片，并使用特殊工藝以及先進的設計制作而成。其特殊的生產工藝，使其具有發(fā)光字容易安裝、節(jié)能省電、降低成本、高亮度和色彩奪目等優(yōu)點[3]。在水龍頭的使用過程中，水輪機發(fā)出的電能可供光纖燈工作，起到照明的作用，節(jié)約資源。

2.2 語音芯片部分

ISD1700系列是Nuvotom公司推出的新款語音芯片，使用方便靈活且功能強大，因此本文采用ISD1760作為語音輸出。ISD1760優(yōu)點在于其內置的多信息管理系統功能強大；獨立和SPI兩種操作模式使用方便，而且?guī)в锌啥ㄖ频恼Z音操作指示音符[4]。

該芯片具有如下特點：（1）可錄、放音10萬次，有兩種控制方式；（2）可處理多達255段以上信息；（3）多種采樣率多種錄放時間；（4）音質好、電壓范圍寬、應用靈活。

本文根據芯片的采樣頻率錄音時間表以及技術手冊查得ISD1760的最佳采樣頻率為8kHz，錄音范圍為40～120s。為了提醒人們節(jié)約用水，提高人們的環(huán)保意識，在人們使用水龍頭的時候播放一些節(jié)約用水的公益廣告。

3 效益分析

本文設計的水龍頭具有紅外感應功能，可以在人們離去的時候自動關閉水龍頭，節(jié)約水資源，彌補了一般水龍頭因人們的疏忽未能及時關閉而造成的水資源浪費，方便衛(wèi)生，適用于高校、食堂等人流量較大的地方，防止了疾病的傳播。在水龍頭的使用過程中通過水輪機發(fā)電，電能供給光纖燈工作，實現照明功能，水龍頭還具有語音播報功能，播放一些節(jié)約用水的公益廣告，可提高人們的環(huán)保意識，所產生的經濟、社會和環(huán)境效益十分誘人。

4 結語

隨著社會經濟的快速發(fā)展，城市化人口的激增，生活用水量也不斷的增加，用水和供水之間的矛盾日益激化，水資源因為人們的浪費不斷減少。水龍頭作為居民城市用水的重要環(huán)節(jié)，由于自身的構造缺陷以及人們的使用不當導致水資源的浪費。針對這一問題，本文設計紅外感應水龍頭，當有人使用的時候自動放水，當人們離開的時候自動關閉，避免了因人們疏忽忘關水龍頭而帶來的水資源浪費，并且在水龍頭的使用過程中，水流經水輪機進行發(fā)電并儲存，電能可供系統和光纖燈使用，光纖燈起到照明的作用，語音芯片播放一些節(jié)約用水的公益廣告，可以增強人們的節(jié)水環(huán)保意識。該水頭龍方便、安全、衛(wèi)生，可以廣泛應用于高校、酒店、食堂等人流量多的公共場所，預防傳染病的傳播，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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[3] 李林.LED照明光學系統的研究與設計[D].西安：中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所），2012.

[4] 鄧堅，熊廷瑞，全書海.基于ISD1760的智能電梯語音報站系統[J].中國水利，2009，9（2）：120-121.endprint