一種智能節(jié)能型多功能水龍頭的設(shè)計(jì)

王書(shū)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(lái)越貧乏，而且分布不均，特別是隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)淡水的需求越來(lái)越大，因此應(yīng)該大力提倡節(jié)約用水，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本文設(shè)計(jì)的水龍頭系統(tǒng)具有紅外控制功能，靠近水龍頭時(shí)自動(dòng)打開(kāi)放水，離開(kāi)時(shí)水龍頭自動(dòng)關(guān)閉，使用方便，且可以防止因未能及時(shí)關(guān)閉水龍頭而造成的水資源流失，并避免各種傳染類(lèi)疾病的傳播與擴(kuò)散。系統(tǒng)同時(shí)具備語(yǔ)音播報(bào)功能以及發(fā)電功能，電能儲(chǔ)存于蓄電池中，可供語(yǔ)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(lái)增強(qiáng)人們的節(jié)水意識(shí)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：紅外控制 水龍頭發(fā)電 電能儲(chǔ)存 語(yǔ)音播報(bào)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（a）-0102-02

我國(guó)是一個(gè)水資源非常短缺的國(guó)家，雖然地域遼闊，但是受到多種氣候類(lèi)型的影響，導(dǎo)致水資源分布不均、生態(tài)系統(tǒng)失衡，引發(fā)了淡水資源的危機(jī)。我國(guó)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(yuǎn)不及世界平均水平，水資源短缺、水質(zhì)惡化及生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題日益尖銳[1]。目前市面上使用的水龍頭常出現(xiàn)關(guān)不嚴(yán)或者忘記關(guān)水等浪費(fèi)現(xiàn)象，節(jié)水效果并不明顯。主要原因是水龍頭自身的構(gòu)造缺陷和人們節(jié)水意識(shí)的低下造成了水資源的流失。這些小小的浪費(fèi)看似不起眼，但是每年造成的水資源浪費(fèi)則達(dá)成百上千噸，造成巨大的水資源浪費(fèi)。

因此需要加強(qiáng)節(jié)約用水的力度，尋求可持續(xù)發(fā)展。為此設(shè)計(jì)紅外線自動(dòng)控制水龍頭，從日常生活中減少水資源的浪費(fèi)，并且在使用過(guò)程中，通過(guò)水輪機(jī)發(fā)電，電能經(jīng)處理之后儲(chǔ)存于蓄電池中，可供光纖燈和語(yǔ)音芯片等負(fù)載使用，并且在人們使用水龍頭時(shí)播放一些公益廣告來(lái)提醒人們節(jié)約用水。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)主要由紅外傳感部分、發(fā)電儲(chǔ)電部分以及用電部分構(gòu)成，系統(tǒng)工作框圖如圖1所示。

水龍頭紅外線傳感器接收感應(yīng)信號(hào)，單片機(jī)處理并發(fā)出指令，控制電磁閥開(kāi)啟，水龍頭打開(kāi)防水，同時(shí)水流流過(guò)水輪機(jī)發(fā)電，電能經(jīng)穩(wěn)壓模塊和充電保護(hù)模塊處理之后，儲(chǔ)存于蓄電池中，可供負(fù)載使用。

1.2 紅外傳感器部分

本文使用52單片機(jī)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(diào)節(jié)電路組成。電路由220V交流電供電，經(jīng)變壓器從次級(jí)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(jī)供5V電壓。該電路由紅外線發(fā)射接收管采集外界信號(hào)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生改變時(shí)，首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后用光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)[2]。電信號(hào)輸入到電磁閥控制電路中，電磁水閥控制電路根據(jù)輸入信號(hào)的變化，控制電磁閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。

1.3 發(fā)電儲(chǔ)電部分

發(fā)電機(jī)使用F50-12V的水輪機(jī)，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(tǒng)工作等。

儲(chǔ)能部分的設(shè)計(jì)為水輪機(jī)輸出端經(jīng)過(guò)LM2596穩(wěn)壓模塊輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，然后通過(guò)LM7805充電保護(hù)模塊使直流電壓穩(wěn)定在蓄電池的充電電壓范圍之內(nèi)，這樣可以保證蓄電池不會(huì)因?yàn)檫^(guò)充而損壞，保障了充電的安全。儲(chǔ)存在蓄電池中的電能可以供光纖燈、語(yǔ)音芯片燈等負(fù)載使用。因?yàn)樗堫^的使用時(shí)間短，故通過(guò)水輪機(jī)的流量有限，所以發(fā)電量有限，蓄電池已完全適用，無(wú)需采用更大功率的儲(chǔ)能裝置。

2 用電部分設(shè)計(jì)

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(dǎo)體芯片，并使用特殊工藝以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)制作而成。其特殊的生產(chǎn)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(diǎn)[3]。在水龍頭的使用過(guò)程中，水輪機(jī)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(yǔ)音芯片部分

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

該芯片具有如下特點(diǎn)：（1）可錄、放音10萬(wàn)次，有兩種控制方式；（2）可處理多達(dá)255段以上信息；（3）多種采樣率多種錄放時(shí)間；（4）音質(zhì)好、電壓范圍寬、應(yīng)用靈活。

本文根據(jù)芯片的采樣頻率錄音時(shí)間表以及技術(shù)手冊(cè)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(shí)，在人們使用水龍頭的時(shí)候播放一些節(jié)約用水的公益廣告。

3 效益分析

本文設(shè)計(jì)的水龍頭具有紅外感應(yīng)功能，可以在人們離去的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉水龍頭，節(jié)約水資源，彌補(bǔ)了一般水龍頭因人們的疏忽未能及時(shí)關(guān)閉而造成的水資源浪費(fèi)，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(guò)程中通過(guò)水輪機(jī)發(fā)電，電能供給光纖燈工作，實(shí)現(xiàn)照明功能，水龍頭還具有語(yǔ)音播報(bào)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(shí)，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益十分誘人。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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?yàn)槿藗兊睦速M(fèi)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(gòu)造缺陷以及人們的使用不當(dāng)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)紅外感應(yīng)水龍頭，當(dāng)有人使用的時(shí)候自動(dòng)放水，當(dāng)人們離開(kāi)的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉，避免了因人們疏忽忘關(guān)水龍頭而帶來(lái)的水資源浪費(fèi)，并且在水龍頭的使用過(guò)程中，水流經(jīng)水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電并儲(chǔ)存，電能可供系統(tǒng)和光纖燈使用，光纖燈起到照明的作用，語(yǔ)音芯片播放一些節(jié)約用水的公益廣告，可以增強(qiáng)人們的節(jié)水環(huán)保意識(shí)。該水頭龍方便、安全、衛(wèi)生，可以廣泛應(yīng)用于高校、酒店、食堂等人流量多的公共場(chǎng)所，預(yù)防傳染病的傳播，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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