CN104633227A - 自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法，包括数据采集模块、微处理器、水流发电模块、电源控制模块和蓄电池；水流发电模块的输入端与水轮连接将水轮的机械能转换为电能，电源控制模块为各模块提供电源并将剩余电能存储在蓄电池中，数据采集模块采集水轮旋转圈数和发电量并传输给微处理器；电磁阀由微处理器控制。本发明采用水流自发电技术实现免布线的功能，家庭用户发生用水意外事故时，通过对用水量的预设和智能识别功能，可以自动实现对泄漏水量的预置设定量智能控制和智能分析日常用水量的智能设定控制；圆满解决了传统水表只能计量而无法实现联动控制的被动现状，针对数字家庭产业的普及，围绕家庭安全有了进一步地提升和有效保障。

Description

自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法

技术领域

本发明涉及电子计量水阀技术领域，具体为自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法。

背景技术

家庭安全用水和家庭供水按需控制是当今信息化时代绿色智能建筑所包含的一个涉及供水公司和家庭用户切身利益的社会问题。

随着节能环保成为整个社会可持续发展的重要组成部分,数字家庭将逐步进入千家万户，在现有技术中，针对水的计量收费由于受到电子水阀安装环境的影响和复杂性，导致供水公司水费的收取至今基本上处于被动局面，而作为家庭用户在水的应用方面由于受到家装公司的质量影响，而经常发生的水管爆裂事故，同时面临社会节能环保意识的加强，如何有效解决安全用水和节能用水也将成为家庭装修的一个重要组成部分。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法，其特征在于：水阀包括由上壳体和下壳体构成的壳体，壳体两侧分别设有进水口和出水口，下壳体底部设有排水口，上壳体上设有显示屏和控制按钮；壳体内设有水管，水管的两端与进水口和出水口连接，水管沿水流方向依次设置电磁阀和水轮；

水管上部设有电路板，电路板上设有数据采集模块、微处理器、水流发电模块、电源控制模块和蓄电池；水流发电模块的输入端与所述的水轮连接将水轮的机械能转换为电能，电源控制模块分别与水流发电模块和蓄电池连接，为各模块提供电源并将剩余电能存储在蓄电池中，数据采集模块用于采集水轮旋转圈数和发电量并传输给微处理器；

所述的电磁阀由微处理器根据采集到的水轮旋转圈数控制；

该方法包括以下步骤：

当电磁阀开启且产生水流量时：

叶轮转动，水流发电模块产生电能，由电源控制模块为各模块提供电源，若有剩余电能则存储在蓄电池中；微处理器根据采集到的水轮旋转圈数、已知的水管截面积和自身的时钟信号计算水流量和水压，并通过显示屏显示，当水流量在一段时间t1内持续小于第一流量预设值时发出漏水的告警信号并关闭电磁阀，当水压大于水压预设值时，发出水管爆裂隐患的提示信号，当水流量在短时间t2内突然大于第二流量预设值时发出水管爆裂的告警信号并关闭电磁阀，t1和t2均为预设值；微处理器将采集到的发电量进行累计计算并通过显示屏显示；

当电磁阀开启且未产生水流量时：

由蓄电池提供电源，微处理器监控蓄电池的电量，当电量低于电量预设值时发出电量低的提示信号；

当电磁阀关闭时：

若检测到有水流量，则发出漏水的告警信号。

按上述方法，所述的电路板上还设有无线通讯模块，与所述的微处理器连接。

按上述方法，所述的壳体上设有与微处理器连接的数据接口。

按上述方法，各种告警信号和提示信号及显示屏显示的数据均通过无线通讯传输给智能终端，微处理器接收智能终端发送的各预设值将原预设值替换，微处理器接收智能终端发送的打开或关闭电磁阀的控制信号并对电磁阀做相应的操作。

按上述方法，微处理器计算得到的数据通过数据接口导出；各预设值通过控制按钮输入设定。

按上述方法，微处理器接收数据接口输入的预充水量，与原剩余预充水量信息相叠加，并实时扣除已用水量，将剩余预充水量实时显示在显示屏上；当剩余预充水量小于水量预设值时，发出充水的提示信号，并关闭电磁阀。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用水流自发电技术实现免布线的功能，并针对家庭用户发生用水意外事故时，通过对用水量的预置设定和智能识别功能、可以自动实现对泄漏水量的预置设定量智能控制和智能分析日常用水量的智能设定控制；圆满解决了传统水表只能计量而无法实现联动控制的被动现状，针对数字家庭产业的普及，围绕家庭安全有了进一步地提升和有效保障。

2、针对自来水供水公司的收费工作，可以通过本发明采用智能终端便可以方便实现在无线联网的前提下进行对本装置的开关进行预置设定和控制，同时可以免去通讯线路的敷设。

3、本发明能够实现免布线、智能计量和移动无线网络多模控制，具有智能开启和关闭水阀功能，以分别满足自来水公司收费管理、家庭终端用户安全用水、节能用水的需求，并实现报警预置和智能识别的控制功能。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例中电路板的原理框图。

图中：1-电路板，2-上壳体，3-下壳体，4-进水口，5-出水口，6-排水口，7-电源指示窗，8-显示屏，9-控制按钮，10-信号指示灯，11-数据接口。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种自发电免接线智能控制电子计量水阀，包括由上壳体2和下壳体3构成的壳体，壳体两侧分别设有进水口4和出水口5，下壳体3底部设有排水口6，上壳体2上设有显示屏8、控制按钮9、电源指示窗7和信号指示灯10；壳体内设有水管，水管的两端与进水口4和出水口5连接，水管沿水流方向依次设置电磁阀和水轮；水管上部设有电路板1，电路板1原理图如图2所示，包括数据采集模块、微处理器、水流发电模块、电源控制模块和蓄电池；水流发电模块的输入端与所述的水轮连接将水轮的机械能转换为电能，电源控制模块分别与水流发电模块和蓄电池连接，为各模块提供电源并将剩余电能存储在蓄电池中，数据采集模块用于采集水轮旋转圈数和发电量并传输给微处理器；所述的电磁阀由微处理器根据采集到的水轮旋转圈数控制。

优选的，所述的电路板上还设有无线通讯模块，与所述的微处理器连接。

优选的，壳体上设有与微处理器连接的数据接口11，通过数据接口11可以导入或导出数据。

如上述自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法，包括以下步骤：

当电磁阀开启且产生水流量时：

叶轮转动，水流发电模块产生电能，由电源控制模块为各模块提供电源，若有剩余电能则存储在蓄电池中；微处理器根据采集到的水轮旋转圈数、已知的水管截面积和自身的时钟信号计算水流量和水压，并通过显示屏显示，当水流量在一段时间t1内持续小于第一流量预设值时发出漏水的告警信号并关闭电磁阀，当水压大于水压预设值时，发出水管爆裂隐患的提示信号，当水流量在短时间t2内突然大于第二流量预设值时发出水管爆裂的告警信号并关闭电磁阀，t1和t2均为预设值；微处理器将采集到的发电量进行累计计算并通过显示屏显示；

当电磁阀开启且未产生水流量时：

由蓄电池提供电源，微处理器监控蓄电池的电量，当电量低于电量预设值时发出电量低的提示信号；

当电磁阀关闭时：

若检测到有水流量，则发出漏水的告警信号。

优选的，各种告警信号和提示信号及显示屏显示的数据均通过无线通讯传输给智能终端，微处理器接收智能终端发送的各预设值将原预设值替换，微处理器接收智能终端发送的打开或关闭电磁阀的控制信号并对电磁阀做相应的操作。

优选的，微处理器计算得到的数据通过数据接口导出；各预设值通过控制按钮输入设定。

优选的，微处理器接收数据接口输入的预充水量，与原剩余预充水量信息相叠加，并实时扣除已用水量，将剩余预充水量实时显示在显示屏上；当剩余预充水量小于水量预设值时，发出充水的提示信号，并关闭电磁阀。

本实施例中，利用霍尔元件通过检测叶片旋转圈数及水管截面积计算水流量及水压，并且通过叶轮驱动机构，在磁性电机产生电流。根据工程流体力学相关原理，流量、流速、截面积与水压之间的关系式是：Q＝μ*A*(2*P/ρ)^0.5，式中：Q为水流量，m^/S；μ为流量系数，与阀门或管子的形状有关，通常为0.6～0.65；A为截面积，m^2；P为通过阀门前后的压力差，单位Pa；ρ为水密度，Kg/m^3；通过科学算法，我们可以获取水流量、流速、水压差等现时水流参数，从而形成有效的科学数据，并由此进行一些逻辑判断和处理。

通过采用本发明装置和方法，能够实现以下功能：

水量超标警示---通过用水量的分析，获取月度用水量峰值，并将相关参数通过智能移动终端进行设定；当月度实际用水量超过限额峰值时，该装置会通过声光报警进行提示，并且可以将相关信息推送至智能移动终端接收。

水管爆裂警示---水管意外爆裂时，在水阀开启状态下，水流量及水压差在短时间内超过限定峰值，通过数据分析判断为意外故障，由微处理器发送联动控制命令关闭水阀，并且该装置会通过声光报警进行提示，同时将相关信息推送至智能移动终端接收。

漏水警示控制---当水阀在关闭状态时，水流量应为0，这时通过水流发电模块监测水流状态，若流量非0，则通过数据分析判断为水路处于漏水状态，会通过由缓至急的闪灯报警进行提示，同时将相关信息推送至智能移动终端接收。

本发明利用水流发电机原理在自来水供水管道加装水流发电模块实现电能采集；通过自发电能对蓄电池进行充电以实现电能存储和显示，该电能分别用于水量数据采集、无线数据传送，以及电子水阀的供电。通过采用嵌入式微处理技术，对日常用水数据进行存储分析，同时通过智能移动终端对家庭每次用水量或每日用水时段进行预置设定，实现对家庭用水流量的智能监控和管理，一旦超出预设阀值或日常用水值，装置会自动启动水阀关断动作，这样就使得供水公司水费的收取工作由被动转为主动。当因报警联动水源被关断，通过延时一定时间后，该电子水阀将会自动开启检测水流状况，获取各项水流参数，从而进行综合判断，决定是否继续进入关阀状态，并通过无线通讯方式实现数据上传至智能移动终端，实现智能移动控制和管理。工作时，由外部智能移动终端设备通过无线通讯传输模块接入ARM嵌入式微处理器，设置相应应用权限、限位警示参数及自动控制条件；当水流发电模块开始工作时，经由电源控制模块将电能传输给蓄电池储存，并通过流量计数将参数上传至ARM嵌入式微处理器，ARM嵌入式微处理器经过数据统计分析后经由无线通讯传输模块上传至外部智能移动终端设备接收，也可由液晶显示模块通过控制按钮进行本地读取数值，并且若出现系统运行故障时可通过长按控制按钮进行恢复出厂值操作；若流量超限时ARM嵌入式微处理器会发出紧急关闭指令至电子水阀控制模块关闭阀门，并在一定时间后判定安全状态下自动开启阀门。若需要手动控制电子阀门时，外部智能移动终端设备可发送开启或关闭指令，经由无线通讯传输模块送至ARM嵌入式微处理器，通过确认有效后可实时控制电子水阀控制模块执行指令。从而达到移动管理、实时控制、智能采集及无源无线低耗节能的效果。

此外，本发明中的ARM嵌入式微处理器型号为最新超低能耗芯片STM32F101(ML61Q474)，无线网络通讯模块型号为BLE-CC41-A模块，液晶显示模块型号为1602LCD，电子水阀控制模块型号为0927700二位二通模块，水流发电模块型号为KENOSHA727T及霍尔发电元件。

其余为工业级通用模块，上盖板和底壳为一次成型的PVC材料铸件。

以上实施例，仅为说明本发明的技术特征和可实施性，其目的在于使该领域的技术人员能够了解本发明的内容并具体实施。因此，凡根据本发明的构思做出的变换和修饰，均包含在本发明的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种自发电免接线智能控制电子计量水阀的控制方法，其特征在于：水阀包括由上壳体和下壳体构成的壳体，壳体两侧分别设有进水口和出水口，下壳体底部设有排水口，上壳体上设有显示屏和控制按钮；壳体内设有水管，水管的两端与进水口和出水口连接，水管沿水流方向依次设置电磁阀和水轮；

水管上部设有电路板，电路板上设有数据采集模块、微处理器、水流发电模块、电源控制模块和蓄电池；水流发电模块的输入端与所述的水轮连接将水轮的机械能转换为电能，电源控制模块分别与水流发电模块和蓄电池连接，为各模块提供电源并将剩余电能存储在蓄电池中，数据采集模块用于采集水轮旋转圈数和发电量并传输给微处理器；

所述的电磁阀由微处理器根据采集到的水轮旋转圈数控制；

该方法包括以下步骤：

当电磁阀开启且产生水流量时：

叶轮转动，水流发电模块产生电能，由电源控制模块为各模块提供电源，若有剩余电能则存储在蓄电池中；微处理器根据采集到的水轮旋转圈数、已知的水管截面积和自身的时钟信号计算水流量和水压，并通过显示屏显示，当水流量在一段时间t1内持续小于第一流量预设值时发出漏水的告警信号并关闭电磁阀，当水压大于水压预设值时，发出水管爆裂隐患的提示信号，当水流量在短时间t2内突然大于第二流量预设值时发出水管爆裂的告警信号并关闭电磁阀，t1和t2均为预设值；微处理器将采集到的发电量进行累计计算并通过显示屏显示；

当电磁阀开启且未产生水流量时：

由蓄电池提供电源，微处理器监控蓄电池的电量，当电量低于电量预设值时发出电量低的提示信号；

当电磁阀关闭时：

若检测到有水流量，则发出漏水的告警信号。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：各种告警信号和提示信号及显示屏显示的数据均通过无线通讯传输给智能终端，微处理器接收智能终端发送的各预设值将原预设值替换，微处理器接收智能终端发送的打开或关闭电磁阀的控制信号并对电磁阀做相应的操作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：微处理器计算得到的数据通过数据接口导出；各预设值通过控制按钮输入设定。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：微处理器接收数据接口输入的预充水量，与原剩余预充水量信息相叠加，并实时扣除已用水量，将剩余预充水量实时显示在显示屏上；当剩余预充水量小于水量预设值时，发出充水的提示信号，并关闭电磁阀。