智能防長流水閥設(shè)計

李　浩,蔣　蘋

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

智能防長流水閥設(shè)計

李浩1,2,蔣蘋1

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

摘要：針對非正常長流水的水流恒定時間超過正常使用時間的特點，設(shè)計一種能預(yù)設(shè)置防長流水時間并同步記錄用戶用水情況，經(jīng)對比分析可自動識別長流水并自動關(guān)閉水閥，減少水資源浪費以及避免滲漏水事故。

關(guān)鍵詞：防長流水；水閥；水流發(fā)電機

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)性兩大危機越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，合理地開發(fā)利用和有效地保護水資源已成為全世界共同關(guān)注的熱點。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現(xiàn)象非常嚴(yán)重，因為停水造成的忘記關(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，能解決因為忘記關(guān)水龍頭或者用水裝置損壞以及管道漏水所導(dǎo)致的長流問題的閥勢在必行。

1　整體結(jié)構(gòu)與功能

1.1智能防長流水閥結(jié)構(gòu)

智能防長流水閥由外殼（1）水流發(fā)電機；（2）自鎖電磁閥；（3）充電電池；（4）控制電路板；（5）自來水進水口管；（6）自來水出水口管；（7）連接管；（8）水流發(fā)電機葉輪；（9）水流發(fā)電機線圈；（10）水流發(fā)電機導(dǎo)線；（11）自鎖電磁閥導(dǎo)線；（12）構(gòu)成。其中進水口管6與水流發(fā)電機2相連，水流發(fā)電機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智能防長流水閥功能

基于微處理器的智能防長流水閥，安裝簡單、智能程度高、操作簡便。

1.2.1安裝

該閥可以水表一起合裝在一起，進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，即可打開閥門進入斷水報警狀態(tài)。

1.2.4特殊用水

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

2　工作工程

當(dāng)自來水流經(jīng)水流發(fā)電機，在水流發(fā)電機線圈上輸出對應(yīng)的電能，將電能存儲在充電電池給整個系統(tǒng)供電，同時發(fā)電機的發(fā)電電壓信號轉(zhuǎn)變成微處理器能識別的數(shù)字信號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)律進而判斷是否為故障原因?qū)е碌拈L流水，如果為故障原因?qū)е碌拈L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智能電子與機械閥相結(jié)合

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

3.1.2采用流量檢測和模糊算法相結(jié)合的長流水智能識別方法

微處理器通過流量監(jiān)測模塊獲取水閥水流量值，將水流量值周期性存儲在對應(yīng)的存儲模塊存儲單元中，同時比對存儲器中的用水流量值，如果發(fā)現(xiàn)水流量維持在某一相對穩(wěn)定的數(shù)值，并維持時間超過某一設(shè)定值M（M的值由經(jīng)驗調(diào)查數(shù)據(jù)表以及用戶的平均用水記錄數(shù)據(jù)表來動態(tài)決定）關(guān)閉閥門，進入報警狀態(tài)；

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

電源由水流發(fā)電機、橋式整流單元、穩(wěn)壓單元、充電單元、防反向放電單元、電池電量監(jiān)測單元、充電電池構(gòu)成。當(dāng)水流發(fā)電機產(chǎn)生的交流電能到達控制電路板時，就經(jīng)橋式整流單元轉(zhuǎn)變直流脈動電能，經(jīng)穩(wěn)壓單元轉(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行充電，防反向放電單元當(dāng)發(fā)電機發(fā)電電壓較低時，低于充電電池電壓時，防止充電電池對發(fā)電機進行反向放電。

3.1.4水流發(fā)電機的發(fā)電電壓作為水流流量檢測信號

發(fā)電機發(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)寫入存儲器，可便于微控制器分析判斷是否處在長流水狀態(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，測試壓力0.8MPa，溫度范圍0～80℃，允許最大環(huán)境溫度80℃，存儲溫度-25～45℃，靜態(tài)工作電流≤8uA（VDD=3.6V），設(shè)計壽命≥6年，精度等級為2級，壓力損失≤0.1mpa（Qmax）

4　結(jié)束語

目前市場上，解決水龍頭長流水問題的相關(guān)產(chǎn)品有感應(yīng)開關(guān)、延時開關(guān)、磁控停水自鎖閥等。相比這些產(chǎn)品，本設(shè)計可在不改變現(xiàn)有水龍頭、潔具等用水裝置的前提下，解決忘記關(guān)水龍頭或因為管道損壞造成的長流水問題。

參考文獻：

[1]陳明吉，陳曉東，李棟，袁偉.應(yīng)用于智能水表的水流發(fā)電裝置[J].水利科技與經(jīng)濟 ,2014（03）：63-68.

[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].微計算機信息，2007（17）：53+94-95.