家庭智能高效節(jié)水器的設計

郭世旭 劉健 王鶴 陳煒坪 張慧山

摘 要：本文設計了一種家庭智能高效節(jié)水器。該節(jié)水器由水流傳感器、控制模塊和電磁閥組成。通過流量開關傳感器檢測水流信號，將信號傳遞給控制模塊進行分析后控制電磁閥的通斷。這種節(jié)水器可以有效地控制水的通斷，避免不必要的浪費，實現(xiàn)節(jié)水的目的。

關鍵詞：家庭智能高效節(jié)水器；水流傳感器；控制模塊；電磁閥

生活中無處沒有水龍頭和管道的存在，每天水龍頭都會流通大量的水供給使用，無論是家庭，學校，車站，商場等公共場所，都會發(fā)生這些情況?？墒窃跀嗨臅r候，由于不知道什么時間來水，水龍頭未關閉，就可能造成水的浪費流失。甚至水淹房間地面或者家具的情況。因此，部分專家對于節(jié)水器進行了研究：曹行等[1]提出了以基于HX711的重力傳感器以及Zigbee模塊為核心器件的自動節(jié)水方案，當儲水的重量達到一定數(shù)值后，Zigbee協(xié)調器模塊與Zigbee終端進行通信，從而控制繼電器的開閉。蘭建軍等[2]設計了一種可自行發(fā)電的感應式節(jié)水器，利用微型水輪機和發(fā)電機回收管道中的水流動能進行發(fā)電，為感應式節(jié)水器供電。羅鈦龍等[3]設計了一種無線遙控節(jié)水灌溉自動控制器，采用NRF24L01構成無線通信收發(fā)模塊，設計結構上增加了LED指示燈功能，可通過觀察LED的狀態(tài)來識別遠程控制的工作狀態(tài)。郭宏[4]研制了一種新型的節(jié)水器，該節(jié)水器融合了紅外測控、電子技術以及機械設計的技術，做到了光、機、電的有機結合。

以上的節(jié)水器結構復雜，體積較大，大部分應用于工業(yè)生產中。為此，我們設計了一種家庭智能高效節(jié)水器，結構上更加精巧安裝方便，可以高效地控制水的通斷。

1 家庭智能高效節(jié)水器總體結構設計

節(jié)水器主體結構如圖1所示：由水流傳感器、控制模塊和電磁閥組成。

水流傳感器：利用一對永磁鐵浮子的磁性相斥力和水流的沖擊力來相互作用，配合干簧管輸出開關信號（0/1），靠永磁鐵之間的相斥力來復位，相對于機械性的彈簧更穩(wěn)定更可靠，使用壽命更長，啟動流量更小，通水通電，沒水斷電。

控制模塊：接收水流傳感器的開關信號，并輸出控制信號對電磁閥的通斷進行有效控制。

電磁閥：采用先導式結構，利用壓差打開后者關閉閥門（由線圈通斷電信號控制），動作可靠，啟閉迅速，性能穩(wěn)定。

2 控制模塊軟硬件設計

2.1 硬件設計

控制器：STC89C52性能參數(shù)下；8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷。控制電路如圖2所示

在STC89C52單片機最小系統(tǒng)下，通過p1.0引腳連接水流傳感器，p3.6引腳連接繼電器。

2.2 軟件設計

使用Keil μVision4 編寫控制程序，編譯、仿真、調試，最后生成hex文件，通過下載器將hex文件下載到MCU中。編程思想：有水流信號，超過t秒后，繼電器吸合，復位之后，繼電器停止控制。流程圖如圖3：

3 應用

角閥是總閥，角閥開啟，軟管中有水流通過，電磁閥安裝在角閥之上，保持常開的狀態(tài)，正常工作的情況下允許水流通過，水流傳感器安裝在電磁閥和軟管之間，檢測水流輸出信號，繼電器模塊與電磁閥、水流傳感器串連，識別水流傳感器的輸出信號控制電磁閥的通斷。節(jié)水器整體結構設計圖如圖4。

4 結論

圍繞節(jié)能環(huán)保的理念，設計了一種家庭智能高效節(jié)水器，首先在硬件上基于STC89C52單片機設計了控制系統(tǒng)實現(xiàn)了檢測到水流后關閉電磁閥的功能。最后通過不同的測試方案測試了這種智能高效節(jié)水器，都可以實現(xiàn)預期結果。

參考文獻：

[1]曹行，張立增，尹輝娟.基于Zigbee的智能節(jié)水器系統(tǒng)設計[J].中國新通信，2016，18（13）：78-79.

[2]蘭建軍，蔡曉霞，姜楚盈，等.自發(fā)電感應式節(jié)水控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2015，42（9）.

[3]羅鈦龍，于洋.無線遙控節(jié)水灌溉自動控制器設計[J].民營科技，2016（2）：61.

[4]郭宏，毛獻輝，朱昊，等.紅外測控技術在節(jié)水器中的應用[J].實驗技術與管理，2004，21（4）：32-35.

[5]陳瑚容，謝柯陽，王怡波，等.自發(fā)電數(shù)控雙閥紅外感應節(jié)水器設計[J].江蘇科技信息，2017（9）：58-60.

資助項目：遼寧科技大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃專項經費（No.201810146049）

指導老師：劉健，王鶴。