李　浩,蔣　蘋

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

智能防長流水閥設計

李浩1,2,蔣蘋1

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學工學院,長沙410128；2.湖南生物機電職業(yè)技術學院,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，設計一種能預設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閉水閥，減少水資源浪費以及避免滲漏水事故。

關鍵詞：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性兩大危機越來越嚴峻的挑戰(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注的熱點。因忘關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)象非常嚴重，因為停水造成的忘記關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，能解決因為忘記關水龍頭或者用水裝置損壞以及管道漏水所導致的長流問題的閥勢在必行。

1　整體結構與功能

1.1智能防長流水閥結構

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)電機導線；（11）自鎖電磁閥導線；（12）構成。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通過兩根導線與控制電路板5相連接，控制電路板5通過兩根導線與充電電池4連接，控制電路板5通過兩根導線與自鎖電磁閥3連接。（如圖1所示）。

圖1　閥結構圖

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關閥

按閥體上關閥鍵，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)水流情況以及設定的判斷規(guī)律進而判斷是否為故障原因導致的長流水，如果為故障原因導致的長流水，通過自鎖電磁閥控制智能水閥關閉。

3　技術創(chuàng)新與主要技術指標

3.1主要技術創(chuàng)新

3.1.1智能電子與機械閥相結合

將微處理器技術、傳感器檢測技術、智能充電技術、無線通訊技術等應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定值M（M的值由經(jīng)驗調查數(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）關閉閥門，進入報警狀態(tài)；

3.1.3自供電技術，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、充電電池構成。當水流發(fā)電機產(chǎn)生的交流電能到達控制電路板時，就經(jīng)橋式整流單元轉變直流脈動電能，經(jīng)穩(wěn)壓單元轉化為較平穩(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主要技術指標

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），設計壽命≥6年，精度等級為2級，壓力損失≤0.1mpa（Qmax）

4　結束語

目前市場上，解決水龍頭長流水問題的相關產(chǎn)品有感應開關、延時開關、磁控停水自鎖閥等。相比這些產(chǎn)品，本設計可在不改變現(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.