CN105317077A - 一种智能供水和蓄水装置及其蓄水方法 - Google Patents
一种智能供水和蓄水装置及其蓄水方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于一种智能供水和蓄水装置及其蓄水方法；包括供水装置、蓄水装置和控制装置，供水装置包括进水管道和安装在进水管道上的步进电机驱动式水龙头；蓄水装置包括设置在带下水管道的蓄水器皿，所述蓄水器皿上部的内壁上安装有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器和下液位传感器分别与控制装置内部的取样、放大及整形电路相连；控制装置包括单片机和取样、放大及整形电路，取样、放大及整形电路与单片机输入端相连，单片机输出端通过三极管基极和集电极与步进电机驱动式水龙头相连；具有结构简单，设计合理，能耗低和可有效利用水资源的优点。
Description
技术领域
本发明属于供给水技术领域，具体涉及一种智能供水和蓄水装置及其蓄水方法。
背景技术
水是人们生活和生产的基本物质保障。然而在生活中，随着住宅小区建设日趋于多层/高层，而中高层住宅居民常遇到用水难的问题。其一，在用水高峰，由于水压不稳，造成水流过小或停水；其二，由于用水紧张，自来水公司采取定时供水等。在上述情况下，平时若家中有人则可打开水龙头接水，若家中无人则错过了接水时间。另外，若家中无人时，水龙头处于打开状态，就会出现水满溢出蓄水器皿的情况，可能造成对地板与地面的破坏，甚至渗透到楼下住户，给自己和他人日常生活带来诸多不便，甚至损失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种适用于多层/高层住宅小区、宾馆、饭店和学校等场合，具有结构简单，设计合理，能耗低和可有效利用水资源的一种智能供水和蓄水装置及其蓄水方法。
本发明的目的是这样实现的：包括供水装置、蓄水装置和控制装置，
a、供水装置包括进水管道和安装在进水管道上的步进电机驱动式水龙头；
b、蓄水装置包括设置在带下水管道的蓄水器皿，所述蓄水器皿上部的内壁上安装有上液位传感器和下液位传感器，所述上液位传感器和下液位传感器分别与控制装置内部的取样、放大及整形电路相连；
c、控制装置包括单片机和取样、放大及整形电路，取样、放大及整形电路与单片机输入端相连，单片机输出端通过三极管基极和集电极与步进电机驱动式水龙头相连。
优选地，所述步进电机驱动式水龙头包括入水端和出水端，所述出水端的上部带电磁铁的锥形阀芯，所述电磁铁的外部设有复位弹簧，电磁铁的顶部设有电磁线圈，步进电机驱动式水龙头的上部设有蝶形法兰；所述电磁线圈与三极管集电极相连。
一种智能供水和蓄水装置的蓄水方法，包括如下步骤：
步骤一：当蓄水器皿的水位处于下液位传感器时，下液位传感器将信号传输至取样、放大及整形电路，经过取样、放大及整形电路的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机输入端送入单片机内；
步骤二：步骤一中所述送入单片机的数字信号通过单片机进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管集电极来控制电磁线圈通电，吸引电磁铁向上运动，吸引电磁铁向上运动的同时带动锥形阀芯向上运动，此时步进电机驱动式水龙头处于打开状态，使水通过入水端和出水端进入蓄水器皿内；
步骤三：当步骤二中所述进入蓄水器皿内的水到达上液位传感器时，上液位传感器将信号传输至取样、放大及整形电路，经过取样、放大及整形电路的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机输入端送入单片机内；
步骤四：步骤三中所述进入单片机的数字信号通过单片机进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管集电极来控制电磁线圈断电，电磁铁在复位弹簧的作用下向下运动，在电磁铁向下运动的同时锥形阀芯向下运动，步进电机驱动式水龙头处于关闭状态，蓄水器皿内停止给水；
步骤五：当水使用至下液位传感器时，且水位没有到达上液位传感器时，重复上述步骤一至步骤四即可。
按照上述方案制成的智能供水和蓄水装置，通过设置上液位传感器和下液位传感器，可根据用户用水蓄水请况做出恰当的反应，该装置的工作状态包括：给水、保持和停止三种状态，当蓄水器皿的水位低于预设下门限值时，即水位处于下液位传感器时，此时系统处于给水状态；当蓄水器皿的水位高于预设下门限值同时低于预设上门限值时，即水位处于下液位传感器和上液位传感器之间时，系统处于持续供水状态；当蓄水器皿的水位不低于预设上门限值时，即水位不低于上液位传感器时，系统处于停止供水状态；其可适用于多层/高层住宅小区、宾馆、饭店和学校等场合，具有结构简单，设计合理，能耗低和可有效利用水资源的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的供水装置结构示意图；
图3为本发明的蓄水装置结构示意图；
图4为本发明的控制装置结构示意图；
图5为本发明步进电机驱动式水龙头的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
如图1、2、3、4、5所示，本发明包括供水装置1、蓄水装置2和控制装置3，
a、供水装置1包括进水管道10和安装在进水管道上的步进电机驱动式水龙头11；
b、蓄水装置2包括设置在带下水管道的蓄水器皿20，所述蓄水器皿20上部的内壁上安装有上液位传感器21和下液位传感器22，所述上液位传感器21和下液位传感器22分别与控制装置3内部的取样、放大及整形电路30相连；
c、控制装置3包括单片机31和取样、放大及整形电路30，取样、放大及整形电路30与单片机31输入端相连，单片机31输出端通过三极管32基极和集电极与步进电机驱动式水龙头11相连。
所述步进电机驱动式水龙头11包括入水端110和出水端111，所述出水端111的上部带电磁铁113的锥形阀芯112，所述电磁铁113的外部设有复位弹簧114，电磁铁113的顶部设有电磁线圈115，步进电机驱动式水龙头11的上部设有蝶形法兰116；所述电磁线圈115与三极管32集电极相连。
一种智能供水和蓄水装置的蓄水方法，包括如下步骤：
步骤一：当蓄水器皿20的水位处于下液位传感器22时，下液位传感器22将信号传输至取样、放大及整形电路30，经过取样、放大及整形电路30的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机31输入端送入单片机31内；
步骤二：步骤一中所述送入单片机31的数字信号通过单片机31进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管32集电极来控制电磁线圈115通电，吸引电磁铁113向上运动，吸引电磁铁113向上运动的同时带动锥形阀芯112向上运动，此时步进电机驱动式水龙头11处于打开状态，使水通过入水端110和出水端111进入蓄水器皿20内；
步骤三：当步骤二中所述进入蓄水器皿20内的水到达上液位传感器21时，上液位传感器21将信号传输至取样、放大及整形电路30，经过取样、放大及整形电路30的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机31输入端送入单片机31内；
步骤四：步骤三中所述进入单片机31的数字信号通过单片机31进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管32集电极来控制电磁线圈115断电，电磁铁113在复位弹簧114的作用下向下运动，在电磁铁113向下运动的同时锥形阀芯112向下运动，步进电机驱动式水龙头11处于关闭状态，蓄水器皿20内停止给水；
步骤五：当水使用至下液位传感器22时，且水位没有到达上液位传感器21时，重复上述步骤一至步骤四即可。
为了更加详细的解释本发明，现结合实施例对本发明做进一步阐述。具体实施例如下：
实施例一
一种智能供水和蓄水装置的蓄水方法，包括如下步骤：
步骤一：当蓄水器皿20的水位处于下液位传感器22时，下液位传感器22将信号传输至取样、放大及整形电路30，经过取样、放大及整形电路30的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机31输入端送入单片机31内；
步骤二：步骤一中所述送入单片机31的数字信号通过单片机31进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管32集电极来控制电磁线圈115通电，吸引电磁铁113向上运动，吸引电磁铁113向上运动的同时带动锥形阀芯112向上运动，此时步进电机驱动式水龙头11处于打开状态，使水通过入水端110和出水端111进入蓄水器皿20内；
步骤三：当步骤二中所述进入蓄水器皿20内的水到达上液位传感器21时，上液位传感器21将信号传输至取样、放大及整形电路30，经过取样、放大及整形电路30的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机31输入端送入单片机31内；
步骤四：步骤三中所述进入单片机31的数字信号通过单片机31进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管32集电极来控制电磁线圈115断电，电磁铁113在复位弹簧114的作用下向下运动，在电磁铁113向下运动的同时锥形阀芯112向下运动，步进电机驱动式水龙头11处于关闭状态，蓄水器皿20内停止给水；
步骤五：当水使用至下液位传感器22时，且水位没有到达上液位传感器21时，重复上述步骤一至步骤四即可。
本发明中所述的上液位传感器21和下液位传感器22主要用于采集液位信息，并能够将液位信息实时转换为电信号，从而实现对实际液位状态信息的提取；控制装置3主要功能为可接收液位传感器采集的信号，并进行处理，处理后的信号输出到三极管的基极，从而实现实时监控和和智能控制。步进电机驱动式水龙头11的主要功能为接收控制装置3的控制中心的控制信号，根据控制信息工作在给水状态、持续供水状态、停止供水状态三种状态。控制装置3部分主要是通过软件控制硬件来实现其功能。整个控制装置3的核心是单片机31，即微处理器(MCU)，其实现功能分为两方面：实时监控和智能控制。实时监控：MCU实时监测液位传感器输出的信号变化。液位传感器采集到的液位信号经过取样、放大及整形后得到数字信号，送给MCU的输入端口，输入信号与软件所设门限值进行比较，比较结果以逻辑“1”或“0”的形式输出。如果用“1”信号标示液位低于所设的下门限值；那么“0”信号标示液位高于所设的上门限值。若蓄水器皿20里面的水位达到下限，这时下限液位传感器22采集到信号和预设下门限值比较结果，就输出逻辑“1”，步进电机驱动式水龙头11打开，开始给水。持续给水期间，若蓄水器皿20里面的水位达到上限，这时上限液位传感器21采集到信号和预设上门限值比较结果，就输出逻辑“0”，步进电机驱动式水龙头11关闭，停止给水。智能控制过程：MCU输出端口控制一个三极管32(NPN)的基极，使得其工作在饱和(ON)与截止(OFF)状态，此时，三极管32工作在开关状态，近似看作一个电子开关。当蓄水器皿20中的水位低于所设的下门限值时，MCU发出脉冲“1”到三极管32的基极，这时三极管32工作在导通状态，从而控制步进电机驱动式水龙头11打开，开始给水；当蓄水器皿20中的水位介于上门限值和下门限值之间时，三极管32仍然工作在导通状态，持续供水；当蓄水器皿20中的水位不低于上门限值时，控制脉冲“0”达到三极管基极，这时三极管工作在关断状态，从而控制步进电机驱动式水龙头11关闭，停止给水。三极管工作在导通状态时，步进电机驱动式水龙头11上的电磁线圈115通电，其产生扭矩的大小与脉冲时间长短有关。脉冲时间长，电磁线圈115转的角度就大，进水速度就快；脉冲时间短电磁线圈115转的角度就小，进水速度就慢。因为本发明需要较高的运行效率才能达到实时监控和智能控制的目的，所以软件编程应使用汇编语言来实现，只有这样才能保证本发明的运行更加稳定和高效。另外，本发明具有广阔的应用前景，其不仅可应用于多层/高层住宅小区、宾馆、饭店和学校等场合，还可在工业生产等诸多领域应用，其具体可应用于涉及到液位和流量控制等领域，如：饮料、食品加工、化工生产等行业的生产加工过程，需要使用蓄水器皿，而且蓄水器皿中的液位需要维持在合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能太少无法满足需求。因此对液位的准确检测和有效控制是一些设备优质、高产、低耗和安全生产的重要指标。本发明能够实时准确的检测到蓄水器皿中的液位变化，并通过智能控制来来实现液位维持在合适高度的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“外部”、“顶部”、“上部”等等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要指出的是在本文中，“上”、“下”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。上文的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种智能供水和蓄水装置，包括供水装置(1)、蓄水装置(2)和控制装置(3)，其特征在于：
a、供水装置(1)包括进水管道(10)和安装在进水管道上的步进电机驱动式水龙头(11)；
b、蓄水装置(2)包括设置在带下水管道的蓄水器皿(20)，所述蓄水器皿(20)上部的内壁上安装有上液位传感器(21)和下液位传感器(22)，所述上液位传感器(21)和下液位传感器(22)分别与控制装置(3)内部的取样、放大及整形电路(30)相连；
c、控制装置(3)包括单片机(31)和取样、放大及整形电路(30)，取样、放大及整形电路(30)与单片机(31)输入端相连，单片机(31)输出端通过三极管(32)基极和集电极与步进电机驱动式水龙头(11)相连。
2.根据权利要求1所述智能供水和蓄水装置，其特征在于：所述步进电机驱动式水龙头(11)包括入水端(110)和出水端(111)，所述出水端(111)的上部带电磁铁(113)的锥形阀芯(112)，所述电磁铁(113)的外部设有复位弹簧(114)，电磁铁(113)的顶部设有电磁线圈(115)，步进电机驱动式水龙头(11)的上部设有蝶形法兰(116)；所述电磁线圈(115)与三极管(32)集电极相连。
3.一种智能供水和蓄水装置的蓄水方法，其特征在于：该蓄水方法包括如下步骤：
步骤一：当蓄水器皿(20)的水位处于下液位传感器(22)时，下液位传感器(22)将信号传输至取样、放大及整形电路(30)，经过取样、放大及整形电路(30)的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机(31)输入端送入单片机(31)内；
步骤二：步骤一中所述送入单片机(31)的数字信号通过单片机(31)进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管(32)集电极来控制电磁线圈(115)通电，吸引电磁铁(113)向上运动，吸引电磁铁(113)向上运动的同时带动锥形阀芯(112)向上运动，此时步进电机驱动式水龙头(11)处于打开状态，使水通过入水端(110)和出水端(111)进入蓄水器皿(20)内；
步骤三：当步骤二中所述进入蓄水器皿(20)内的水到达上液位传感器(21)时，上液位传感器(21)将信号传输至取样、放大及整形电路(30)，经过取样、放大及整形电路(30)的取样、放大和整形后得到数字信号，数字信号通过单片机(31)输入端送入单片机(31)内；
步骤四：步骤三中所述进入单片机(31)的数字信号通过单片机(31)进行比较和分析后，输出信号控制三极管的基极，再通过三极管(32)集电极来控制电磁线圈(115)断电，电磁铁(113)在复位弹簧(114)的作用下向下运动，在电磁铁(113)向下运动的同时锥形阀芯(112)向下运动，步进电机驱动式水龙头(11)处于关闭状态，蓄水器皿(20)内停止给水；
步骤五：当水使用至下液位传感器(22)时，且水位没有到达上液位传感器(21)时，重复上述步骤一至步骤四即可。
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