CN101017368A - 电子节水控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电子节水控制方法，属于洁具技术领域。本发明是基于一种电子节水装置实现的，具体为：首先给上述电子节水装置设定一次性用水最大时间，而后通过水流传感与设定用水器一次性用水最大时间的比较对用水状况进行判定，并对用水浪费现象实施控制，一旦出现漏水等现象，经电子节水控制方法的运算会及时地判断是否需要输出控制量将电磁阀启动而关闭水路，并以二极管发光的简单形式向人们提示：有漏水等现象发生，因此可以阻止用水浪费等现象的持续发生。本发明可以有效节约水资源。

Description

电子节水控制方法

技术领域

本发明涉及一种洁具技术领域的节水方法，具体涉及一种电子节水控制方法。

背景技术

随着世界经济与人口的迅速增长，世界水资源的消耗也在以一种惊人的速度增长。如何实现水资源循环使用和节约用水的问题早已是人类共同要关心的重大生存与发展的问题，本发明就是针对人类已经大量使用的用水器在使用过程常常因为其漏水而未能及时被发现，长期造成宝贵的水源被白白流失，造成无法估量的水资源浪费，加上某些人的不良生活习性，在使用用水器后，不管或没有关好用水器的进水开关，更加加剧了水资源的大量流失。

经对现有技术文献的检索发现，栾东华在《节能》(2001年第6期)发表的题为“新型自动冲洗器具的开发与公厕节水”的论文中针对一般公厕利用机械定时冲水装置对便池进行固定时间式的冲洗所造成的用水浪费现象，提出了一种新型节水自动冲洗装置的结构设计方法，该方法基于用厕情况的统计数据，采用机械延时装置，加大冲洗时间间隔，以避免在没有人用厕的情况下白白冲洗而造成用水浪费现象的发生，但是这种节水方法仅仅在于考虑如何通过减少用水次数来达到少用水的目的，而没有解决用水器在出现部件损坏或人的不良行为所造成的用水浪费问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种电子节水控制方法，使其能对用水器在出水阀损坏时所引起的漏水以及因为人们在用水过程中的不良习惯所造成的用水浪费等现象进行自动的检测与控制以避免用水浪费现象的持续发生，从而有效节约水资源。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明具体步骤包括如下：

(1)根据管路终端用水器用水规律，设定一次性用水最大时间，即从开启用水到关闭用水器的持续时间，首先，启动学习开关使上述电子节水装置进入学习状态，学习开关输出电平V_S，如下式所示：

V_S＝1，学习开关输出高电平，信号处理器中的逻辑门被打开、计数器开始计数，其中，信号处理器包括逻辑门电路、计数器、数据比较器、电压输出器与控制器，逻辑门电路是一个二端输入或门，V_S作为信号处理器前端逻辑门电路的输入信号输入至或门的一个输入端头，其与逻辑门电路的输出存在逻辑关系如下：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{\Δp}}^{*}\∪V_S$

其中，V_ΔP ^*、V_out分别为经调理放大器转换后的输出电平与逻辑门电路输出电平，且

$V_{\mathrm{\Δp}}^{*}=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{\Δp}\≠0\\ 0& \mathrm{\Δp}=0\end{array}\right.$

式中，Δp为水流差压信号，

这就是说，V_out作为计数器的输入门控信号入口的门控信号，当V_out＝1时，计数器输入门控信号入口被打开，计数器的输入脉冲信号入口就开始接收由晶振输送过来的时钟脉冲信号而开始计数，令计数数据变量为N_t，则

                         N_t＝N_t(t)

式中，N_t是一个代表时间的数据量，一旦学习过程结束，即，学习开关断开，在控制器的作用下，信号处理器将N_t中的数据写入存储器的存储单元N₀，如果系统是第一次学习，则存储器中不存在任何数据，N₀为初始设定，如果系统是在变更用水器一次性用水最长时间的设定，则N_t将更新存储器中原有的N₀数据，存储器通过数据总线与信号处理器实现数据交互，写入或读出存储器中N₀的数据；

(2)通过对水流差压的检测来确定水流的流动状态，当电磁阀阀门处于打开状态且下游用水器有水流流出时，由于阀门通流面积的不均匀，实际上阀门已经成为水流流动过程的节流件，只要有节流件的存在，水流势必产生节流件上下游两侧水位的压力差，因此差压传感器可以通过引自电磁阀阀门上下游两个端面的测压孔管感应到差压的存在，即说明有水流流过阀门上下游，存在如下方程式：

$q_V=k\sqrt{\mathrm{\Δp}}$

式中，q_V、Δp与k分别代表水流的体积流量、节流件上下游两侧的压力差与比例系数，当电磁阀阀门处于打开状态而下游用水器无水流流出时，管路中的水流处于静止状态，电磁阀阀门的上下游两侧仅存在水力学静压，而不存在水力学动压，由于电磁阀阀门流程的短小，使得电磁阀阀门上下游两侧的静压仅存在极其微小的差别，即使是高灵敏度的差压传感器，只需设定一个起始阈值，就可以区别出水流流动与静止的状态特征，换句话说，当水流不流动时，差压传感器感应到的差压几乎为零，通过对电磁阀阀门上下游水流差压的检测，即可确定水流的流动状态，只要感应到的Δp≠0，就说明管路一直存在水流流出；

(3)差压传感器将检测到的水流差压转换成水流差压电气信号V_ΔP，转换关系如下式所示：

                              V_ΔP＝lΔp，

由此可以获得流量与水流差压电气信号之间的关系：

$q_V=k\sqrt{\frac{V_{\mathrm{\Δp}}}{l}}=k^{*}\sqrt{V_{\mathrm{\Δp}}}$

式中，l为水流差压电气信号与水流差压之间的比例系数， $k^{*}=\frac{k}{l}\sqrt{l};$

(4)水流差压电气信号V_ΔP输出至调理放大器，经调理放大后转换成只有高、低两种电平状态的输出V_ΔP ^*，即，要么为1，要么为0；

(5)将V_ΔP ^*输出至信号处理器中前端逻辑门电路，经逻辑门电路转换后输出为V_out；

(6)当 $V_{\mathrm{\Δp}}^{*}=1$ 时，用水器开启用水，V_out＝1，计数器的输入门控被打开，计数器的输入脉冲信号入口接受来自晶振的时钟脉冲信号开始计数，持续更新N_t的数据，在控制器的作用下，信号处理器实时地将数据变量N_t与从存储器中读取的N₀进行比较；

(7)当N_t＞N₀时，用水超过一次性用水最长时间，电子节水装置判定水管下游存在用水浪费等现象，信号处理器向双向晶闸管的控制极输出控制量使其导通，并带动电磁阀的受电线圈受电，导致电磁阀门关闭，即，实施了“管制”，阻止了用水浪费现象的持续，同时，由信号处理器的输出口发光二极管回路发出亮光指示漏水等信息，当N_t≤N₀时，说明用水未超过一次性用水最长时间，电子节水装置不会对下游用水器进行“干预”或“管制”；

(8)当用水浪费现象消除，只需按动复原开关即可恢复管道的正常供水。

本发明通过水流传感与设定用水器一次性用水最大时间的比较，一旦出现漏水等现象，经电子节水控制方法的运算会及时地判断是否需要输出控制量将电磁阀启动而关闭水路，并以二极管发光的简单形式向人们提示：有漏水等现象发生，因此可以避免水资源的浪费。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例是基于一种电子节水装置实现的，该电子节水装置包括：电磁阀、差压传感器、调理放大器、信号处理器、晶振、存储器、双向晶闸管、学习开关、复原开关和电源适配器。其中，电磁阀安装于用水器给水阀门的上游端，电磁阀受电线圈由单相交流电源经双向晶闸管控制供电，电磁阀阀门流通孔的上下管接口贴近阀门上下游端面上设置有导压孔管；差压传感器经导压孔管获取电磁阀阀门上下游端面附近的水流差压信号，经差压传感器转换的水流差压电气信号输出至调理放大器，再经调理放大器转换成高、低电平两种状态信号输出至信号处理器的输入口作为信号处理器中的计数器启动与关闭的信号；信号处理器通过数据总线与晶振和存储器相连接，晶振向信号处理器中的计数脉提供时钟脉冲信号；存储器用以记录初始设定的或变更后的用水器一次性用水最大时间信息数据，当用水器有水流流出时，计数器即实时地记录用水时间，并与存储器中的一次性用水最大时间信息数据进行比较，一旦前者超出后者，说明存在不正常现象，即存在用水浪费等现象；信号处理器设置一个输出口与双向晶闸管的控制极相连接以控制双向晶闸管导通或关断；一旦信号处理器判定存在用水浪费等现象，信号处理器即输出控制量至双向晶闸管的控制极使双向晶闸管导通，导致电磁阀受电线圈通电以实现电磁阀的关闭，进而切断用水器的上游水源，并通过信号处理器输出口上并接的发光二极管电压回路让发光二极管发光以做出漏水信息的指示；用水器一次性用水最大时间信息数据的设定或变更是通过信号处理器输入口所连接的学习开关实现；双向晶闸管的阳级经复原开关与单相交流电源一端连接，通过该复原开关实现装置复原功能，即电磁阀的受电线圈失电而使得电磁阀恢复至阀门的常开状态，双向晶闸管的阴级串接电磁阀的受电线圈后接至单相交流电源的另一端；电源适配器的输入端连至单相交流电源，输出端分别与信号处理器、调理放大器和差压传感器相连接以向它们供电。该电子节水装置结构紧凑、体积小、工作稳定可靠，并具有一定程度的智能化水平。

本实施例的节水控制方法具体步骤包括：

(1)首先将与本实施例相应的电子节水装置通过管接头串接于用水器给水阀门的上游侧；

(2)启动学习开关使上述电子节水装置进入学习状态，即根据管路终端用水器用水规律，设定一次性用水最大时间，由电平V_S＝1，学习开关输出高电平，获得 $V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{\Δp}}^{*}$ U_VS＝1(V_ΔP ^*、V_out分别为经调理放大器转换后的输出电平与逻辑门电路输出电平)，计数器输入门控信号入口被打开；

(3)计数器的输入门控信号入口获得门控开始计数信号，计数器的输入脉冲信号入口就开始接收由晶振输送过来的时钟脉冲信号而开始计数，令计数数据变量为N_t，则N_t＝N_t(t)，在控制器的作用下，信号处理器将N_t中的数据写入存储器的存储单元N₀，如果系统是第一次学习，则存储器中不存在任何数据，N₀为初始设定，如果系统是在变更用水器一次性用水最长时间的设定，则N_t将更新存储器中原有的N₀数据；

(4)学习过程结束，关闭学习开关使上述电子节水装置结束学习状态，由V_S＝0，同时 $V_{\mathrm{\Δp}}^{*}=0,$ 获得 $V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{\Δp}}^{*}$ UV_S＝0，逻辑门被关闭，计数器的输入门控信号入口获得门控停止计数信号，计数器不接收晶振脉冲信号输入，计数中断，中断计数时刻存储器中所存储的最后数据即代表了一次性用水最长时间信息；

(5)开启用水器， $V_{\mathrm{\Δp}}^{*}=1,$ 计数器的输入门控被打开，计数器的输入脉冲信号入口接受来自晶振的时钟脉冲信号开始计数，持续更新N_t的数据，在控制器的作用下，信号处理器实时地将数据变量N_t与从存储器中读取的N₀进行比较，当N_t的数值超过N₀，即用水时间超过事先设定的用水器一次性用水最长时间时，电磁阀门自动关闭，并使发光二极管发光，提示用水浪费现象的存在；

(6)关闭用水器后，按动复原开关，再开启用水器开关，系统又开始履行步骤(5)所示功能；

(7)变更设定用水器一次性用水最长时间，实施方法重复步骤(2)～(4)所示过程；

(8)重新使用用水器时，电子节水装置又开始履行步骤(5)所示功能；当没有发生用水浪费现象时，电子节水装置将不执行步骤(5)和(6)所示功能。

本实施例表明一旦出现漏水等浪费现象，控制装置会及时地通过判断，输出控制量将电磁阀启动而关闭水路，并以二极管发光的简单形式向人们提示：有漏水等现象发生，因此可以避免水资源的浪费。本实施例的效果在于：(1)提醒维修人员及时修复被损坏的用水器给水开关或给水管道阀门；(2)提醒使用人在离开用水器前要及时关闭给水开关；(3)可以同时监控本发明装置的下游管路一次性出水状况。

Claims (4)

1、一种电子节水控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)根据管路终端用水器用水规律，设定一次性用水最大时间，首先，启动学习开关使电子节水装置进入学习状态，学习开关输出电平V_S，如下式所示：

V_S＝1，学习开关输出高电平，信号处理器中的逻辑门被打开、计数器开始计数，其中，V_S作为信号处理器前端逻辑门电路的输入信号输入至逻辑门电路中二端输入或门的一个输入端头，其与逻辑门电路的输出存在如下逻辑关系：

V_out＝V_Δp ^*∪V_S

其中，V_Δp ^*、V_out分别为经调理放大器转换后的输出电平与逻辑门电路输出电平，且

$V_{\mathrm{\Δp}}^{*}=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{\Δp}\≠0\\ 0& \mathrm{\Δp}=0\end{array}\right.$

式中，Δp为水流差压信号，

V_out作为计数器的输入门控信号入口的门控信号，当V_out＝1时，计数器输入门控信号入口被打开，计数器的输入脉冲信号入口就开始接收由晶振输送过来的时钟脉冲信号而开始计数，令计数数据变量为N_t，则

N_t＝N_t(t)

式中，N_t是一个代表时间的数据量，学习过程结束，在控制器的作用下，信号处理器将N_t中的数据写入存储器的存储单元N₀，存储器通过数据总线与信号处理器实现数据交互，写入或读出存储器中N₀的数据；

(2)通过对水流差压的检测来确定水流的流动状态，水流差压与水流的流动状态之间的关系如以下式所示：

$q_v=k\sqrt{\mathrm{\Δp}}$

式中，q_v、Δp与k分别代表水流的体积流量、节流件上下游两侧的压力差与比例系数；

(3)差压传感器将检测到的水流差压转换成水流差压电气信号V_Δp，转换关系如下式所示：

V_Δp＝lΔp

由此可以获得流量与水流差压电气信号之间的关系：

$q_v=k\sqrt{\frac{V_{\mathrm{\Δp}}}{l}}=k^{*\sqrt{V_{\mathrm{\Δp}}}}$

式中，l为水流差压电气信号与水流差压之间的比例系数， $k^{*}=\frac{k}{l}\sqrt{l};$

(4)水流差压电气信号V_Δp输出至调理放大器，经调理放大后转换成只有高、低两种电平状态的输出V_Δp ^*；

(5)将V_Δp ^*输出至信号处理器中前端逻辑门电路，由逻辑门电路转换后输出为V_out；

(6)当V_Δp ^*＝1时，用水器开启用水，V_out＝1，计数器的输入门控被打开，计数器的输入脉冲信号入口接受来自晶振的时钟脉冲信号开始计数，持续更新N_t的数据，在控制器的作用下，信号处理器实时地将数据变量N_t与从存储器中读取的N₀进行比较；

(7)当N_t＞N₀时，用水超过一次性用水最长时间，电子节水装置判定水管下游存在用水浪费现象，信号处理器向双向晶闸管的控制极输出控制量使其导通，并带动电磁阀的受电线圈受电，导致电磁阀门关闭，阻止用水浪费现象的持续，同时，由信号处理器的输出口发光二极管回路发出亮光指示漏水信息，当N_t≤N₀时，说明用水未超过一次性用水最长时间，系统不对下游用水器进行“干预”或“管制”；

(8)用水浪费现象消除，按动复原开关恢复管道的正常供水。

2、根据权利要求1所述的电子节水控制方法，其特征是，步骤(1)中所述的一次性用水最大时间，是从开启用水到关闭用水器的持续时间。

3、根据权利要求1所述的电子节水控制方法，其特征是，步骤(1)中，所述的信号处理器将N_t中的数据写入存储器的存储单元N₀，具体为：当电子节水装置是第一次学习时，N₀为初始设定，当电子节水装置是在变更用水器一次性用水最长时间的设定时，N_t更新存储器中原有的N₀数据。

4、根据权利要求1所述的电子节水控制方法，其特征是，步骤(2)中，当电磁阀阀门处于打开状态且下游用水器有水流流出时，Δp≠0，当水流不流动时，差压传感器感应到的差压为零。