CN101375777A - 一种多功能公共淋浴系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能公共淋浴系统，属控制技术领域，用于解决公共淋浴供水设施的参数调整与计费问题。其技术方案是：它由喷头、电磁阀、水温水量调节阀门、热水流量计、冷水流量计和计量与控制电路组成，所述水温水量调节阀门的冷水进口经冷水流量计接冷水管，热水进口经热水流量计接热水管，水温水量调节阀门的出水口经电磁阀接喷头，所述热水流量计和冷水流量计的信号输出端接计量与控制电路的信号输入端，所述电磁阀的控制线圈接计量与控制电路的控制信号输出端。本发明不仅操作方便，可随意对水温与水量进行调节，而且能根据水的不同使用情况实施精确、公平计费。

Description

一种多功能公共淋浴系统

技术领域

本发明涉及一种水温、水量可随意调节，并能根据水的不同使用情况实施精确、公平计费的公共淋浴系统。

背景技术

目前，公共淋浴系统大多为插卡式按时计费系统，不能对喷头出水量和水温进行调节，因而难以满足不同洗浴者在不同天气情况下对水温与水量的不同需求。在现有插卡式淋浴器使用过程中，若需暂停出水(如涂抹香皂时)，大多需要通过撤卡来实现，给洗浴者带来很大不便。为了避免麻烦，有的洗浴者便干脆让水流一直保持，造成了水煤资源的浪费。另外，一些淋浴器虽然具有恒温出水或自动感应出水等功能，但无法根据冷、热两种水的不同用量实施精确、公平计费。因此，公共洗浴场所的洗浴者和经营者都迫切希望有一种水温、水量可随意调节，并能根据水的不同使用情况实施精确、公平计费的人性化智能公共淋浴系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种水温、水量参数可随意调节，并能根据水温与出水量的不同实施精确、公平计费的多功能公共淋浴系统。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种多功能公共淋浴系统，由喷头、电磁阀、水温水量调节阀门、热水流量计、冷水流量计和计量与控制电路组成，所述水温水量调节阀门的冷水进口经冷水流量计接冷水管，热水进口经热水流量计接热水管，水温水量调节阀门的出水口经电磁阀接喷头，所述热水流量计和冷水流量计的信号输出端接计量与控制电路的信号输入端，所述电磁阀的控制线圈接计量与控制电路的控制信号输出端。

上述多功能公共淋浴系统，所述计量与控制电路由单片机、读卡器电路、电磁阀驱动电路和显示电路组成，所述单片机的P3.4端接冷水流量计的信号输出端，P3.5端接热水流量计的信号输出端，所述读卡器电路由IC卡专用读写芯片及与其相连的选频网络组成，所述IC卡专用读写芯片接单片机的P0端口，所述电磁阀驱动电路由场效应管和光电耦合器组成，所述场效应管的负载为电磁阀，所述光电耦合器的发光二极管的正极经限流电阻接电源，负极接单片机的P1.3端，光电耦合器的光电管的集电极接电源，发射极经耦合电阻接场效应管的栅极，所述显示电路由LED显示驱动器和数码管组成，所述LED显示驱动器的CLK、DA、EN端分别接单片机的P1.0、P1.1和P1.2端，输出端接数码管。

上述多功能公共淋浴系统，所述热水流量计和冷水流量计采用光电式流体流量传感器，所述光电式流体流量传感器由外壳、叶轮、信号处理室和反射式光电传感器组成；所述外壳两端设有与流体管路相连接的进液口和出液口；所述信号处理室连接于外壳中部端口上，信号处理室为一密封腔室，其与外壳端口连接处设有透明窗，反射式光电传感器即安装在信号处理室内；所述叶轮安装于外壳内；与反射式光电传感器对应的反光体(7)安装于叶轮的转轴上。

上述多功能公共淋浴系统，所述反光体装于叶轮的转轴中部，所述叶轮具有两组叶片，沿转轴对称分布于反光体的两侧。

上述多功能公共淋浴系统，在计量与控制电路中增设CAN总线控制器和CAN收发器，所述CAN总线控制器接于单片机的P0端口，并通过CAN收发器与上位机连接。

本发明利用水温水量调节阀门同时对冷、热水管的水流量进行调节，保证喷头所喷出的水的温度和流量能满足洗浴者的要求，需暂停出水时，可方便地关闭阀门，防止浪费现象的发生。计量与控制电路通过采集冷、热水的流量信号，计算出洗浴所用水的费用，并从IC卡余额中自动扣除。本发明不仅操作方便，水量可随意调节，而且能根据水的不同使用情况实施精确、公平计费。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是计量与控制电路的电原理图；

图3是热水流量计SH和冷水流量计SC的结构示意图；

图4是光电传感器与叶轮结构示意图；

图5是本发明的程序流程图

图中各标号为：1、外壳；2、叶轮；3、信号处理室；4、反射式光电传感器；5、光电管；6发光二极管；7、反光体；8、叶片；9、转轴；10、出液口；11、进液口；12、透明窗；U1、单片机；U2、LED显示驱动器；U3、IC卡专用读写芯片；U4、总线控制器；U5、光电耦合器；U6、数码管；U7、CAN收发器；SH、热水流量计；SC、冷水流量计；FM、蜂鸣器；T、三极管；Q、场效应管；DF、电磁阀；F、选频网络。

具体实施方式

本发明是针对现有公共淋浴系统无法满足洗浴者对水温与出水量的调节需求、无法根据不同的水温与出水量计取不同的费用、需暂停出水时必须撤卡而给洗浴者带来不便和造成水煤资源浪费等问题而专门设计的。

本发明需要解决四个问题：一是如何通过设置某种硬件结构来实现对喷头出水温度与出水量的调节；二是采取何种方式对用户进行收费；三是如何通过智能电子设备根据洗浴者所调定的不同水温与出水量计取不同的费用；四是如何实现在不撤卡的情况下使喷头暂停出水，且在暂停出水时不计取任何费用。

针对第一个问题，本发明将一根冷水管和一根热水管同时连于一个水温水量调节阀门上，阀门的扳手既可以左右扳动，也可以上下扳动。参看图1，垂直于纸面方向看去，逆时针扳动阀门的扳手即可使冷水管的水流量减少，同时使热水管的水流量增多，这样在热水多、冷水少的情况下，喷头的出水温度便会升高。相反，当顺时针扳动阀门的扳手时，冷水管的水流量增多，而热水管的水流量减少，从而使喷头的出水温度降低。这样便可通过左右扳动阀门的扳手来实现对水温进行调节的目的。阀门扳手所处的左右两个极限位置，分别对应于水温最低和水量最高两种情况，其中，当扳手位于最左端时，只有冷水管有水流出，即喷头中流出的水全是冷水。在水平方向顺着冷水的流动方向看去，逆时针扳动扳手时，冷水管与热水管的水流量均会增大，从而喷头中流出的水量也会增大。相反，顺时针扳动扳手时，冷水管与热水管的水流量均会减小，即喷头流出的水量会减小。

针对第二个问题，本发明采用以下方式来实现：采用非接触式IC射频卡进行计费，其读卡器的具体硬件电路如图2所示。图中单片机U1采用89C52，单片机U1的P0口接MMM微感应模块和CAN总线控制器SJA1000。MMM模块是系统IC卡专用的读写处理芯片，它会发送一组固定频率的电磁波，当有IC卡靠近该芯片时，由于卡片内有一个LC串联电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC电路产生谐振，使卡内的电容有了电荷，从而提供能量将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。单片机U1的P1.3连接系统的电磁阀驱动电路，P1.6则连接一个蜂鸣器报警电路。卡片靠近时，系统将首先对所靠近IC卡的合法性进行判别，若为非法卡(如外单位的卡)，则单片机U1将对引脚P1.6输出一个低电平，从而使蜂鸣器报警电路报警，提示用户该卡无效。只有当系统确定所靠近的IC卡为有效卡且读写器读出IC卡内的余额数据不为零时，单片机U1给引脚P1.3提供一个低电平，从而使光电耦合器U5工作、场效应管Q导通，驱动直流电磁阀的阀门打开。接下来用户只需操作图1中的水温水量调节阀门的扳手即可对水温和出水量进行调节并开始洗浴。而当读卡器读出IC卡内的余额数据为零时，单片机U1也将对引脚P1.6输出一个低电平，从而使蜂鸣器报警电路报警，提示用户余额为零，同时单片机U1将保持引脚P1.3为高电平，使直流电磁阀的阀门关闭，喷头将不再出水。IC卡的扣费数据将通过连于控制器SJA1000上82C50的CAN总线传送到上位机中。82C250是CAN收发器，用于提供对总线差动发送和接收的驱动能力。系统CAN总线采用一种串行数据通信协议，是一种多组总线，其数据长度为8字节，可以保证通信的实时性。系统的显示模块采用串行方式进行通信，如图2，单片机U1的P1.0、P1.1与P1.2三个引脚连接一个译码器LED显示驱动器U2，这样通过译码便可将IC卡内的余额数据以十进制形式显示在数码显示器上。

针对第三个问题，本发明通过以下方式来实现：在冷水管与热水管中各安装一个冷水流量计SC与热水流量计SH，这两个流量计的结构和原理相同。下面结合附图3与附图4具体说明流量计的工作原理。如附图3所示，外壳1两端设置有与流体供应管路相连接的进液口11和出液口10，外壳1内安装有一个带反光体7的叶轮2，当流体从进液口11流入，从出液口10流出时，会推动叶轮2旋转，叶轮2的旋转速度与流体的流动速度成正比。外壳1的中部通过螺纹与信号处理室3下端连接，信号处理室3与透明窗12是一体，信号处理室3下端由透明窗12密封，流体因螺纹和透明窗12的密封作用无法进入信号处理室3中，从而保证了信号处理室内的绝缘性。信号处理室3内安装有反射式光电传感器4，反射式光电传感器4内的发光二极管由外部直流电源供电，它所发出的凝聚度很高的光束穿过透明窗12照射到叶轮2的转轴9的中部，每当叶轮旋转一周，叶轮中间的反光体7就会反射一次由发光二极管6射入的光束，光电管5接收到由反光体7反射回来的光束便会输出一个高电平，当发光二极管6的光束照在没有贴反光体7的区域时光电管5输出的是一个低电平，这样叶轮2每旋转一周都会使光电管5输出一个高电平和一个低电平，如此反复，光电管5将输出一列方波，方波的频率则与叶轮的旋转速度，即管道内流体的流速成正比，从而可以通过输出的方波脉冲来计算管道内流过的流体的体积，将输出的方波脉冲接入单片机U1可实现对费用的自动扣取。

参看图4，反光体7装于叶轮2的转轴9的中部，叶片8分为两组，对称安装于反光体7的两侧，叶片8采用这种分体结构的目的是便于安装反光体7，并使叶轮受力均衡。

结合图1，当左右扳动或是上下扳动阀门的扳手时都会对冷水管与热水管进入出水管的水流量、流速造成影响。当冷、热水管流入出水管的水量不同时，推动流量计旋转叶轮2的压力便会不同，从而使其旋转速度也不同，输出的脉冲方波的频率与不同。水流越大时，推动流量计旋转叶轮结构的压力便越大，从而导致流量计输出的脉冲方波的频率也跟着变大。相反，当水流量小时，推动旋转叶轮结构旋转的压力变小，致使流量计输出的方波脉冲频率变小。将冷水流量计SC与热水流量计SH的输出脉冲方波分别接于单片机U1引脚P3.4与P3.5中，利用单片机U1内的计数器分别对冷水流量计SC与热水流量计SH的输出脉冲进行计数，对于冷水流量计SC的输出脉冲，单片机U1计数器每计满一定次数a进行一次扣费操作；同理，对于热水流量计SH的输出脉冲，单片机U1也每计满一定次数b进行一次扣费操作(a>b)，次数a与b可通过对单片机U1程序进行编程设定。这样，只要洗浴者在洗浴过程中通过水温水量调节阀门的扳手对水温和出水量进行了调节，就都会使冷水管与热水管中的流量计的输出脉冲频率发生变化，从而导致单位时间内所扣取的费用不同。这样，便达到了根据不同水温与出水量对用户计取不同费用的目的。

针对第四个问题，需要暂停出水时，只需将水温水量调节阀门的扳手向下扳到底即可，此时，冷水管与热水管中都没有水流入到出水管中。即冷水管与热水管中没有水流动，也即没有压差促使冷水流量计SC与热水流量计SH的叶轮旋转结构旋转，这样，冷水流量计SC与热水流量计SH便不会有脉冲方波输出，从而单片机U1便不会进行扣费操作。这样，即使不撤卡也不会对用户扣取任何的费用。

结合图1与图2，根据上述四个问题的解决方式，可给出本发明的单片机U1实现读卡计费功能的内部系统程序流程图如附图5所示。图中有一个判断环节“脉冲数正好为a和b？”是在用户撤卡时所进行的，a与b分别为单片机U1分别对冷热水扣除单位费用而对图1中冷水流量计SC与热水流量计SH所编程设定的计数器计数次数，即单片机U1用于冷水流量计的计数器每计满a次进行一次扣费，而用于热水流量计的计数器每计满b次进行一次扣费。那么在用户撤卡时存在两种情况：一是撤卡时两个计数器刚好计满a次和b次，在这种情况下，只需按照正常的扣费程序进行扣费即可，另一种情况是有可能有其中一个或两个计数器所计次数不及a次或b次，此况下将采用取整法(不满a次按a次计，不满b次按b次计)，以中断扣费程序进行扣费。

图中主要集成块的型号是：U1为89C521，U2为MC14499，U3为MMM，U4为SJA1000，U7为82C250。

Claims (5)

1、一种多功能公共淋浴系统，其特征是，它由喷头、电磁阀(DF)、水温水量调节阀门、热水流量计(SH)、冷水流量计(SC)和计量与控制电路组成，所述水温水量调节阀门的冷水进口经冷水流量计(SC)接冷水管，热水进口经热水流量计(SC)接热水管，水温水量调节阀门的出水口经电磁阀(DF)接喷头，所述热水流量计(SH)和冷水流量计(SC)的信号输出端接计量与控制电路的信号输入端，所述电磁阀(DF)的控制线圈接计量与控制电路的控制信号输出端。

2、根据权利要求1所述的多功能公共淋浴系统，其特征是，所述计量与控制电路由单片机(U1)、读卡器电路、电磁阀驱动电路和显示电路组成，所述单片机(U1)的P3.4端接冷水流量计(SC)的信号输出端，P3.5端接接热水流量计(SH)的信号输出端，所述读卡器电路由IC卡专用读写芯片(U3)及与其相连的选频网络(F)组成，所述IC卡专用读写芯片(U3)接单片机(U1)的P0端口；所述电磁阀驱动电路由场效应管(Q)和光电耦合器(U5)组成，所述场效应管(Q)的漏极负载为电磁阀(DF)，所述光电耦合器(U5)的发光二极管正极经限流电阻(R2)接电源，负极接单片机(U1)P1.3端，光电耦合器(U5)的光电管集电极接电源，发射极经耦合电阻(R3)接场效应管(Q)的栅极；所述显示电路由LED显示驱动器(U2)和数码管(U6)组成，所述LED显示驱动器(U2)的CLK、DA、EN端分别接单片机(U1)的P1.0、P1.1和P1.2端，输出端接数码管(U6)。

3、根据权利要求1或2所述多功能公共淋浴系统，其特征是，所述热水流量计(SH)和冷水流量计(SC)采用光电式流体流量传感器，所述光电式流体流量传感器由外壳(1)、叶轮(2)、信号处理室(3)和反射式光电传感器(4)组成，所述外壳(1)两端设有与流体管路相连接的进液口(11)和出液口(10)，所述信号处理室连接于外壳中部端口上，信号处理室为一密封腔室，其与外壳端口连接处设有透明窗(12)，反射式光电传感器即安装在信号处理室内；所述叶轮安装于外壳内，与反射式光电传感器对应的反光体(7)安装于叶轮的转轴上。

4、根据权利要求3所述多功能公共淋浴系统，其特征是，所述反光体(7)装于叶轮(2)的转轴(9)的中部，所述叶轮(2)具有两组叶片(8)，沿转轴对称分布于反光体的两侧。

5、根据权利要求4所述多功能公共淋浴系统，其特征是，在计量与控制电路中增设CAN总线控制器(U4)和CAN收发器(U7)，所述CAN总线控制器(U4)接于单片机(U1)的P0端口，并通过CAN收发器(U7)与上位机连接。

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