摘 要：結(jié)合傳感器技術(shù)原理，利用水流量傳感器裝置，通過對(duì)比已有水流量傳感器優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的傳感器，研究并設(shè)計(jì)一種具有節(jié)能、自閉、定量出水的水龍頭。該水龍頭實(shí)現(xiàn)了水流量的監(jiān)控與信息傳送功能，能夠根據(jù)人們自身的需求，自動(dòng)停水關(guān)閉，對(duì)日益緊張的水資源起到了節(jié)約具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新型水龍頭；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原理

在人們生活中水龍頭使用極其普遍，其對(duì)于保護(hù)水資源，提高人們生活質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用，所以對(duì)于水龍頭，特別是節(jié)水水龍頭的研究一直都比較熱門，目前國內(nèi)外對(duì)其研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）基于流體力學(xué)原理的停水自閉水龍頭；（2）基于紅外線感應(yīng)原理的自動(dòng)感應(yīng)水龍頭；（3）基于杠桿液壓原理的自動(dòng)開關(guān)水龍頭；（4）基于電磁閥原理的磁控自動(dòng)水龍頭。

目前已有的節(jié)能定量自閉水龍頭主要是利用機(jī)械工程原理，在閥體上下功夫?；蛲ㄟ^齒輪嚙合、回旋轉(zhuǎn)裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉水龍頭功能，或利用活塞彈簧裝置根據(jù)水壓的大小控制水龍頭開合，而當(dāng)前一種技術(shù)含量較高，通過紅外線反射原理控制水龍頭出水的產(chǎn)品在市場(chǎng)上已經(jīng)投入使用。但前面三種水龍頭的設(shè)計(jì)都不具備自動(dòng)定量出液的功能?；诖耍覀冞@次設(shè)計(jì)的水龍頭將研究方向重點(diǎn)放在了定量出液自閉的功能上，在網(wǎng)頁上搜索，目前極少有這樣的設(shè)計(jì)方案，其中有一種是將水龍頭體、閥桿杠桿（或液壓原理或電磁閥）和定量容器組成在一起，利用閥球彈力裝置實(shí)現(xiàn)該功能，該方法成本不高，但是其可靠性還有待提高。另一種是把注射器原理運(yùn)用到了水龍頭設(shè)計(jì)中來，使用自來水要拉動(dòng)水龍頭上的注射器泵，多少高度對(duì)應(yīng)釋放的水量。通過拉動(dòng)手柄高低來選擇你想用多少水。這設(shè)計(jì)頗具創(chuàng)新，但是由于注射器容量有限，且用刻度線進(jìn)行定量不太方便簡潔，我們這次設(shè)計(jì)將在這方面進(jìn)行改進(jìn)。

基于我們對(duì)生活細(xì)節(jié)的觀察與思考，其模型與功能設(shè)想都極具創(chuàng)造性與實(shí)用性。而且將水流量傳感器應(yīng)用于水龍頭裝置也是別具匠心的。如果我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品能達(dá)到既定功能，人們將不再需要使用量水器具進(jìn)行準(zhǔn)確取水，不再需要擔(dān)心忘關(guān)水龍頭帶來的后果，能大大方便人們的生活，更為重要的是，它的設(shè)計(jì)還對(duì)日益緊張的水資源起到了節(jié)約的功能。

文章設(shè)計(jì)并研制基于水流量感應(yīng)器原理的檔位可調(diào)節(jié)自閉水龍頭。具有停水自閉功能，能夠根據(jù)人們自身的需求，旋轉(zhuǎn)表盤旋鈕，方便快速的進(jìn)行用水量的設(shè)置，當(dāng)達(dá)到所設(shè)值，水龍頭將自動(dòng)關(guān)閉。

通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)品的研發(fā)與推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源和方便人們生活的目的。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有智能、省心、節(jié)水等特點(diǎn)，人們不僅可以輕松定位用水量，方便計(jì)量，還能在接水過程中，放心離去，既省心，又節(jié)約水資源。

1 新型水龍頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 水流量傳感器的設(shè)計(jì)與選定

水流量傳感器裝置目前在家用熱水器上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了水流量的監(jiān)控與信息傳送功能，但是如何在空間相對(duì)小的水龍頭里實(shí)現(xiàn)水流體計(jì)量是我們研究的重點(diǎn)。

結(jié)合傳感器技術(shù)課程，對(duì)比已有水流量傳感器優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的傳感器；研究傳感器在水龍頭里面的安裝方法和位置，完成傳感器安裝。

1.2 手動(dòng)旋轉(zhuǎn)式水量開關(guān)表盤設(shè)計(jì)與安裝

該表盤上設(shè)有各種不同規(guī)格刻度，利用齒輪、彈簧、凸輪等，結(jié)合杠桿原理，即可設(shè)計(jì)出一個(gè)表盤，表內(nèi)彈簧存儲(chǔ)的勢(shì)能為一個(gè)輸入信號(hào)。設(shè)計(jì)、選定并安裝表盤。

1.3 控制反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

定量出水的水龍頭其實(shí)是一個(gè)反饋裝置。流量計(jì)負(fù)責(zé)監(jiān)控水流量，當(dāng)水龍頭流過的水量到達(dá)手動(dòng)設(shè)置的值時(shí)，控制反饋系統(tǒng)控制水龍頭執(zhí)行自動(dòng)關(guān)閉功能。

實(shí)現(xiàn)該功能擬借助單片機(jī)及閥球彈力裝置等來實(shí)現(xiàn)。該部分選擇合適的單片機(jī)和電路模式，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)轉(zhuǎn)換等進(jìn)行編程，構(gòu)建控制運(yùn)算模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉功能。

2 新型水龍頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

（1）研究過程設(shè)計(jì)及前期準(zhǔn)備：查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)研制方案，確定研究對(duì)象和步驟；

（2）水龍頭主體設(shè)計(jì)：通過CAD模擬制圖，將水龍頭主體三維模型繪制出來；

（3）水流量傳感器的安裝與調(diào)試：結(jié)合水龍頭的形狀、尺寸大小及工作特性，對(duì)已有的傳感器如熱水器水流量傳感器進(jìn)行改裝調(diào)整，還可以參考家用水表流量計(jì)原理，進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)對(duì)比機(jī)械傳動(dòng)原理，擇優(yōu)選定；

（4）手動(dòng)旋轉(zhuǎn)式水量開關(guān)表盤安裝與調(diào)試：咨詢相關(guān)老師或技術(shù)人員，對(duì)市面上已有表盤進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研，基于表盤須與傳感器進(jìn)行對(duì)接，所以還需對(duì)購置的表盤進(jìn)行改造升級(jí)；

（5）節(jié)能定量自閉水龍頭的安裝工作：將傳感器、表盤等裝入水龍頭主體；

（6）對(duì)產(chǎn)品的試驗(yàn)與改造：看其能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，并對(duì)其穩(wěn)定性實(shí)用性進(jìn)行評(píng)估進(jìn)一步改造，如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3 新型水龍頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題

現(xiàn)在需要解決的最突出的問題是：控制反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即如何將表盤設(shè)定值作為發(fā)出信號(hào)傳到水流量傳感器上，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定水流量上限，水流量傳感器如何將該信號(hào)傳出，使水龍頭開關(guān)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能，表盤清零。

4 結(jié)束語

通過文章研究，掌握了水龍頭主體構(gòu)造和其工作原理，用CAD設(shè)計(jì)出了模型。利用水流量傳感器、表盤控制器的理論知識(shí)，結(jié)合水龍工作特性，對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳組合方案，研制了一種新型水龍頭。該水龍頭實(shí)現(xiàn)了水流量的監(jiān)控與信息傳送功能，能夠根據(jù)人們自身的需求，自動(dòng)停水關(guān)閉，對(duì)日益緊張的水資源起到了節(jié)約具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李洪亮，儲(chǔ)江偉.基于STC89C52的車載油耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].森林工程，2014，30（1）：137-140.

[2]姚宇，孫成啟，陳亞力，等.微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J]森林工程，2014，30（1）：88-91.

[3]房慧敏，朱伯申，李東光.基于開關(guān)電容技術(shù)的一種電容式傳感器測(cè)量電路[J].電測(cè)與儀表，2005（2）：24-27.