CN102235533B - 自动给水控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种自动给水控制装置，包含一调节模块及一控制模块；调节模块具有一受一控制讯号控制产生一驱动讯号的驱动电路，及一受驱动讯号控制出水与否的调节阀；控制模块具有一控制器、一模拟/数字转换器、一记忆体模块、一计时器、一输入接口及一输出接口，控制器控制输入接口取得太阳能电池的一日照侦测讯号，雨量侦测模块的一雨量侦测讯号和控制模块内建的温度侦测器的一温度侦测讯号，经模拟/数字转换器模拟/数字转换为一日照、雨量及温度量测资料记录于记忆体模块，再依据一段期间记录的日照量测资料判断出白昼黑夜周期以决定最佳的供水时间，并于供水时间时令输出接口输出控制讯号予调节模块，令驱动电路产生驱动讯号予调节阀以控制出水。
Description
技术领域
本发明涉及一种给水控制装置，特别是涉及一种通过侦测一段时间的自然环境的环境变化参数例如：日照、雨量及温度作出运算和判断以控制最佳出水时间及出水量多寡的自动给水(Auto Sprinkler)控制装置。
背景技术
以往的太阳能应用多为日照充分时将光能转换为供应负载的用电，并将多余电能储存于蓄电池以在日照不足时仍可供应负载用电，也就是以自然界的阳光作为绿色能源，取代传统耗能的发电方式。
在搭配太阳能供电的电子装置方面多为户外用品，让太阳能的应用层面更为广泛，已知例如：太阳能给水控制装置，有搭配计时器、温度侦测器或湿度侦测器等功能，然而，如何让太阳能供电的器具更节省元件成本及智能化，仍是目前亟需解决的问题。
现有给水控制装置的缺失包括：
1.人工设定呆板复杂：需要以人机接口设定供水时间和供水量，无法依据自然环境的变化自动修正运作。
2.充电电池污染：虽然采用太阳能供电，但蓄电仍然使用充电电池，因此无法避免二次污染的问题。
3.无法侦测雨量：无法根据过去雨量变化调节适当的供水。
4.无法自动判断温度：例如应用于洒水降温功能时，无法根据温度作出适当的判断及处理。
发明内容
为了克服现有给水控制装置的人工设定呆板复杂的问题，本发明的一目的是提供一种长时间记录环境变化参数例如：日照、雨量和温度，以作为最佳供水时间与供水量的判断的自动给水控制装置。
本发明的另一目的，为了克服现有给水控制装置无侦测雨量的问题，本发明自动给水控制装置具有一侦测雨量变化的雨量侦测模块以依据过去雨量多寡而提供适度的供水。
本发明的又一目的，为了克服现有给水控制装置应用于洒水降温功能时无法判断夏日或冬日作出适当的判断及处理的问题，自动给水控制装置具有一侦测温度变化的温度侦测器以依据温度高低而提供适度的供水。
本发明的再一目的，为了克服现有给水控制装置的充电电池污染的问题，自动给水控制装置的蓄电池不使用传统充电电池而改用超级电容。
本发明解决其技术问题所采用的整体技术方案是：本发明自动给水控制装置包含一将光能转化成一供应电能的太阳能电池、一将供应电能转换为一充电电能的充电电路，及一储存充电电能以辅助太阳能电池供电的蓄电池、一调节模块及一控制模块；调节模块具有一受一控制讯号控制产生一驱动讯号的驱动电路，及一受驱动讯号控制出水与否的调节阀。
控制模块具有一控制器、一模拟/数字转换器、一记忆体模块、一计时器、一输入接口及一输出接口，控制器控制输入接口取得太阳能电池的一日照侦测讯号，经模拟/数字转换器转换为一日照量测资料记录于记忆体模块，再依据一段期间记录的日照量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
较佳的，所述自动给水控制装置还包括一雨量侦测模块，控制器控制输入接口取得雨量侦测模块的一雨量侦测讯号，经模拟/数字转换器模拟/数字转换为一雨量量测资料记录于记忆体模块，再依据一段期间记录的雨量量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
较佳的，所述自动给水控制装置还包括：
一用于封装电路元件的壳体；
一容置槽，形成于壳体顶面且向下凹设供蓄积雨水或露水；
两导体，位于容置槽内且外露于壳体，依据介于两导体之间的水量而有不同阻抗变化，用以产生雨量侦测讯号。
较佳的，所述导体是可用金属碰触使二者完全短路，令控制器通过输入接口得以侦测到此碰触作为本装置使用者设定的测试。
较佳的，所述自动给水控制装置还包括：
一用于封装电路元件的壳体；
一容置槽，形成于壳体顶面且向下凹设供蓄积雨水或露水；
两导体，位于容置槽内且外露于壳体，所述导体是可用金属碰触使二者完全短路，令控制器通过输入接口得以侦测到此碰触作为本装置使用者设定的测试。
较佳的，所述的自动给水控制装置还包括一温度侦测器，所述控制器取得温度侦测器的一温度侦测讯号，再依据一段期间记录的温度量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
较佳的，所述的自动给水控制装置还包括一阀门时间常数设定侦测模块，控制器利用阀门时间常数设定侦测模块产生的一阀门时间常数设定侦测讯号，再依据阀门时间常数设定侦测讯号判断使用者设定的供水时间，令输出接口输出控制讯号给调节模块，以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水与否。
较佳的，所述的蓄电池是至少一超级电容。
本发明自动给水控制装置的有益效果在于：利用在一段期间内侦测到的太阳能电池产出供应电能作为判断日照多寡的侦测讯号来源，无须增加额外光电侦测器的成本，另外，同时记录这一段时间的雨量状况和温度状况并据以判断控制出水量和供水时间，达到使自动给水控制装置的控制功能更为智能化的目的。
附图说明
图1是一曲线图，说明太阳能电池产生的电压曲线图中的日照强度较高有较大的输出电压；
图2是一电路方块图，说明本发明自动给水控制装置的较佳实施例；
图3是本发明的电路方块图，说明控制模块内部各元件的运作原理；
图4是一曲线图，说明对日照侦测讯号的监控数值；
图5是一曲线图，说明对雨量侦测讯号的监控数值；
图6是一电路图，说明自动给水控制装置的详细元件；
图7是一结构示意图，说明自动给水控制装置具有壳体及容置槽且容置槽内有导体。
图中：1.自动给水控制装置；11.太阳能电池；12.分压电路；13.蓄电池；14.充电电路；15.雨量侦测模块；151-152.导体；16.阀门时间常数设定侦测模块；2.控制模块；20.控制器；211.输入接口；212.输出接口；22.计时器；23.模拟/数字转换器；24.记忆体模块；241.闪存；242.随机存取内存；25.温度侦测器；3.调节模块；301.控制讯号；302.驱动讯号；31.驱动电路；311.第一驱动单元；312.第二驱动单元；32.调节阀；41.壳体；42.容置槽。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，太阳能电池产生的日照强度-电压曲线图中，随着日照强度(Irradiation)(单位：W/m2）较高时，会有较大的输出电压，也就是输出电压与日照强度具有正相关的关系。
参阅图2，本发明的较佳实施例中，自动给水控制装置1包含一太阳能电池11、一分压电路12、一蓄电池13、一充电电路14、一雨量侦测模块15、一阀门时间常数设定侦测模块16、一调节模块3及一控制模块2。
太阳能电池11将光能转化成一供应电能Vin；充电电路14将供应电能Vin转换为一充电电能；蓄电池13是至少一超级电容，储存充电电能以辅助太阳能电池11得到一不受昼夜和晴雨天气影响的长期稳定电源。
调节模块3具有一受控制模块2输出的控制讯号301控制产生一驱动讯号302的驱动电路31，及一受驱动讯号302控制出水与否的双稳态调节阀32。
参阅图3，控制模块2控制协调各元件的运作，其具有一控制器20、一计时器(Timer）22、一模拟/数字转换器23、一记忆体模块24、一温度侦测器25、一输入接口211及一输出接口212，控制器20具有模拟控制方式及数字控制方式，记忆体模块24包括一闪存(Flash)241及一随机存取内存(RAM)242。
输入接口211接收来自分压电路12的一日照侦测讯号Vsolar、来自充电电路14的一供电讯号VAm、雨量侦测模块15的一雨量侦测讯号VR，及接收来自阀门时间常数设定侦测模块16的一阀门时间常数设定侦测讯号Vg。
在电力侦测方面，主要是由控制器20自输入接口211取得来自充电电路14的供电讯号VAm，借此得知目前的供电状况。
在温度侦测方面，控制器20直接取得温度侦测器25的一温度侦测讯号。
在日照量侦测(Solar monitor)方面，控制器20主要是自输入接口211取得经过分压电路12将太阳能电池11的输出电压分压后的日照侦测讯号Vsolar，经模拟/数字转换器23模拟/数字转换为一日照量测资料记录于记忆体模块24的闪存241或随机存取内存242，再依据一段期间记录的日照量测资料判断出白昼与黑夜周期得到一最佳供水时间，例如当农务园艺运作时通常为日出后日落前，又例如当夏日洒水降温时为正午前后。
参阅图4，以过去两天48小时对日照侦测讯号Vsolar的监控为例，控制器20内部可计算出平均日照量，例如夏天艳阳高照的日子和台风阴雨的日子会有明显的反差，又例如冬天日照时间较夏天日照时间短也会得到明显的差异。
在雨量侦测(Rain Monitor)方面，控制器20主要是自输入接口211取得雨量侦测模块15的雨量侦测讯号VR，经模拟/数字转换器23模拟/数字转换为一雨量量测资料记录于记忆体模块24的闪存241或随机存取内存242。
参阅图5，以过去两天48小时对雨量侦测讯号VR的监控为例，类似于日照侦测的范例，控制器20内部可计算出平均降雨量，晴天时雨量侦测讯号VR的雨量侦测值为高，雨天则雨量侦测讯号VR的雨量侦测值为低。
控制器20主要是利用阀门时间常数设定侦测模块16连接驱动电路31以获取阀门时间常数设定侦测讯号Vg，此设定是使用者利用可调电阻VR1唯一可改变的调节设定参数。
控制器20再依据这一段期间记录的温度量测、雨量量测和日照量测自然参数资料计算出供水量，再乘上使用者时间常数设定，判断是否令输出接口212输出控制讯号301给调节模块3，以使驱动电路31产生驱动讯号302给双稳态调节阀32以控制出水与否。
参阅图6，自动给水控制装置1的详细电路中，太阳能电池11将接收的光能转换产生供应电能Vin后，各元件的作用原理说明如下。
分压电路12具有分压电阻Ｒ1至Ｒ3及电容Ｃ6，其中的电阻Ｒ1、Ｒ2为串联电阻，电阻Ｒ3与电容Ｃ6并联，主要是将供应电能Vin进行分压后产生日照侦测讯号Vsolar以通知控制模块2。
充电电路14具有二极体Ｄ1至Ｄ5、电阻R4至Ｒ6及电容Ｃ7，二极体Ｄ1是令太阳能电池11产生的供应电能Vin顺向供给电阻R4至Ｒ6及电容Ｃ7，并防止太阳能电池11产生的供应电能Vin过低时反向，并产生供电讯号VAm以通知控制模块2。
蓄电池13是采用超级电容Ｃ1至Ｃ5，其中的超级电容Ｃ1至Ｃ3是接受太阳能电池11产生的供应电能Vin产生供电电压VA供给调节阀32使用，超级电容Ｃ4至Ｃ5则是接受供应电能Vin经过二极体Ｄ1至Ｄ5降至适当供电电压VB供给控制模块2使用。
雨量侦测模块15具有两导体151、152、一电阻Ｒ7及电容Ｃ8，两导体151、152用于量测雨量，二者之间无水分(干燥时）则开路，若有水介于二者之间则依据雨水量而有不同阻抗变化，因而可得到一可变电阻Ｓ2，且可变电阻Ｓ2并联电容Ｃ8，用以产生雨量侦测讯号VR以通知控制模块2。阀门时间常数设定侦测模块16具有电容Ｃ9及一可调电阻VR1，可调电阻VR1具有刻度，可供使用者微调阀门开关时间，并用以产生阀门时间常数设定侦测讯号Vg以通知控制模块2。
参阅图7，自动给水控制装置1具有一壳体41及一形成于壳体41顶面且向下凹设的容置槽42，容置槽42内具有两导体151、152，太阳能电池11及两导体151、152外露于壳体41的顶面，其他电路元件是封装于壳体41内；在壳体41内部具有防水处理的机构，由于并非本发明重点，在此不多加详述。
容置槽42内的两导体151、152在本较佳实施例是两导电柱，且容置槽42内可蓄积雨水或露水，导体151、152的作用是若有水介于二者之间则依据水量而有不同阻抗变化以通知控制器20作为判断雨量多寡的依据。
配合图3及图6，导体151、152的另一作用是使用者可用金属碰触使二者完全短路，令控制器20通过输入接口211的雨量侦测讯号VR得以侦测到此人为碰触，并立刻通过输入接口得到一模拟讯号的阀门时间常数设定侦测讯号Vg，经过模拟/数字转换器23数字转换后得到一数字侦测值，假设模拟/数字转换器23的解析度为8位，则时间常数设定值可在1-255秒间设定，接着控制器20便依据时间常数设定值来触发双稳态调节阀32以做出对应时间常数的开关动作，也就是当导体151、152被短路后触发控制器20读取时间常数设定值并控制开关动作，使用者便可依据开关动作得知实际的开关动作时间，决定是否要对可调电阻VR1(时间常数设定值）进行微调。
本较佳实施例中，驱动电路31具有一第一驱动单元311及一第二驱动单元312，第一驱动单元311及第二驱动单元312是接受控制模块2的触发(Trigger）信号而开启(ON)及关闭(OFF)双稳态调节阀32的阀门，如表1所示。
参阅表1，双稳态阀门未动作时处于一般状态(Normal State），完全不耗电，在接收到代表开启(ON)的触发讯号时才令双稳态调节阀32的阀门开启，以及在接收到代表关闭(OFF)的驱动讯号时才令双稳态调节阀32的阀门关闭，其优点是极低功耗，可符合节能需求，由于此为已知技术且非本发明重点，其详细元件及动作原理不在此赘述。
表1
| Ｐ14／Ｐ15 | Ｐ16／Ｐ17 | 双稳态阀门 |
| 0 | 0 | 无定义 |
| 0 | 1 | 触发开启 |
| 1 | 0 | 触发关闭 |
| 1 | 1 | 一般状态(Normal State） |
自动给水控制装置1的第一应用例，是可作为一自动农务园艺浇水装置，利用太阳能电池11的日照侦测讯号Vsolar取代额外的侦测器，除了能长时间监测日照量且节省元件成本，另外搭配自雨量侦测模块15取得雨量侦测讯号VR，还能长时间监测雨量；由于能长时间记录天气晴雨资料而有所依据，进而在最适当的时候自动浇水，节省人力，避免因人员休长假造成的农损。
自动给水控制装置1的第二应用例，是可作为一小便自动冲水感应装置，控制器2也是利用太阳能电池11的日照侦测讯号Vsolar取代外加的光感应器或近接开关感应器，借此当作感应冲水的控制依据；例如：当太阳能电池11未被遮蔽时，判断日照侦测讯号Vsolar为变化不大的恒定值，此时双稳态调节阀32关闭不供水；当判断太阳能电池11在短时间内，由被遮蔽(光线变暗）的状态变成移开遮蔽(光线变亮）的状态，日照侦测讯号Vsolar的值降低后又升高，这个变化就是代表需要冲水，此时就可控制双稳态调节阀32开启而供水冲洗一段时间后再自动关闭。
自动给水控制装置1的第三应用例，是可作为一屋顶夏日洒水降温装置，利用太阳能电池11的日照侦测讯号Vsolar和温度侦测器25感应的温度判断温度高低；例如：控制器2可设定一预设气温，当处于正午前后时，若判断一段期间记录的温度量测资料超过预设气温，就控制双稳态调节阀32开始供水喷洒降温一段时间，判断一段期间记录的温度量测资料低于预设气温，再控制双稳态调节阀32关闭。
综上所述，本发明自动给水控制装置的功效包括：
1.全自动控制：依据自然环境参数(日照、雨量、温度）的变化自动运作，免除人机接口(显示器、按键）的元件成本。
2.无污染：以太阳能供电且使用超级电容作为蓄电池，避免充电电池二次污染的问题。
3.雨量自动侦测：依据阻抗侦测判断雨量而能根据自然环境的不同雨量变化提供适当的供水。
4.温度自动侦测：利用长时间温度监测借以判断提供适当的供水，故确实能达成本发明的目的。
Claims (10)
1.一种自动给水控制装置，包括一将光能转化成一供应电能的太阳能电池、一将供应电能转换为一充电电能的充电电路，及一储存充电电能以辅助太阳能电池供电的蓄电池；其特征在于：所述自动给水控制装置还包括：
一调节模块，具有一受一控制讯号控制产生一驱动讯号的驱动电路，及一受驱动讯号控制出水与否的调节阀；及
一控制模块，具有一控制器、一模拟/数字转换器、一记忆体模块、一计时器、一输入接口及一输出接口，控制器控制输入接口取得太阳能电池的一日照侦测讯号，经模拟/数字转换器模拟/数字转换为一日照量测资料记录于记忆体模块，再依据一段期间记录的日照量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
2.根据权利要求1所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述自动给水控制装置还包括一雨量侦测模块，控制器控制输入接口取得雨量侦测模块的一雨量侦测讯号，经模拟/数字转换器模拟/数字转换为一雨量量测资料记录于记忆体模块，再依据一段期间记录的雨量量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
3.根据权利要求2所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述自动给水控制装置还包括：
一用于封装电路元件的壳体；
一容置槽，形成于壳体顶面且向下凹设供蓄积雨水或露水；
两导体，位于容置槽内且外露于壳体，依据介于两导体之间的水量而有不同阻抗变化，用以产生雨量侦测讯号。
4.根据权利要求3所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述导体是可用金属碰触使二者完全短路，令控制器通过输入接口得以侦测到此碰触作为本装置使用者设定的测试。
5.根据权利要求2所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述自动给水控制装置还包括：
一用于封装电路元件的壳体；
一容置槽，形成于壳体顶面且向下凹设供蓄积雨水或露水；
两导体，位于容置槽内且外露于壳体，所述导体是可用金属碰触使二者完全短路，令控制器通过输入接口得以侦测到此碰触作为本装置使用者设定的测试。
6.根据权利要求1所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述的自动给水控制装置还包括一温度侦测器，所述控制器取得温度侦测器的一温度侦测讯号，再依据一段期间记录的温度量测资料判断是否令输出接口输出控制讯号给调节模块以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水。
7.根据权利要求6所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述的自动给水控制装置是一屋顶洒水装置，所述控制器设定一预设气温，当判断一段期间记录的温度量测资料超过预设气温，就控制调节阀开始供水喷洒降温，判断一段期间记录的温度量测资料低于预设气温，再控制调节阀关闭。
8.根据权利要求1至7任一项所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述的自动给水控制装置还包括一阀门时间常数设定侦测模块，控制器利用阀门时间常数设定侦测模块产生的一阀门时间常数设定侦测讯号，再依据阀门时间常数设定侦测讯号判断使用者设定的供水时间，令输出接口输出控制讯号给调节模块，以使驱动电路产生驱动讯号给调节阀以控制出水与否。
9.根据权利要求1至7任一项所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述的蓄电池是至少一超级电容。
10.根据权利要求1所述的自动给水控制装置，其特征在于：所述的自动给水控制装置是小便自动冲水感应装置，且控制器以太阳能电池的日照侦测讯号当作感应冲水的控制依据；当太阳能电池未被遮蔽时，判断日照侦测讯号为变化不大的恒定值，此时调节阀关闭不供水；当判断日照侦测讯号的值降低后又升高，就控制调节阀开启而供水一段时间后再自动关闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130320 Termination date: 20190504 |