CN105786031B - 一种智能水位控制器和水位监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能水位控制器和应用该智能水位控制器的水位监控方法，该智能水位控制器安装到受控储水设备上时，压力传感器安装在受控储水设备的出水管道中并位于受控储水设备的储水箱下方位置，出水管道的进水口连通在受控储水设备的储水箱底面上，出水管道的横截面面积小于储水箱的底面面积；主控制器能够受使用者控制工作在设定模式和监控模式下。本发明进入设定模式后即可自动测得箱底水位压力阈值和溢出水位压力阈值的取值和计算出满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的取值，在监控模式下实现对受控储水设备的水位监测和控制，具有安装操作简单、能够实现一键设置参数的优点。

Description

一种智能水位控制器和水位监控方法

技术领域

本发明涉及一种智能水位控制器和应用该智能水位控制器的水位监控方法。

背景技术

目前，市场上的水箱水位控制器主要有以下四种：

第一种，传统的浮球机械控制，价廉但使用寿命短，经常需要维护或更换。属于纯机械式控制装置。

第二种，探测式水位控制器，通过在水箱内放置几个感应控制点来控制，一般有磁控管或直接导线等方式，缺点是安装不方便，存在拉线问题，对于直接导线方式的由于导线长时间浸在水中，容易产生氧化和水垢等，导致控制失灵。

第三种，超声波/光电测量水位高度的水位控制器，感应装置也需要安装在水箱上面，安装拉线不便利。

第四种，压力控制器水位控制装置，安装方便简单，不需要在水箱上安装装置，只要找一个出水口位置安装即可，目前市面上此类控制器都是通过设置相应控制水位高度来控制的，操作不是十分便利，需要一定的理解才会懂得设置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能水位控制器和应用该智能水位控制器的水位监控方法。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种智能水位控制器，设有压力传感器、主控制器、存储器、警示装置和用于为智能水位控制器供电的电源，所述主控制器的压力信号接收端与所述压力传感器电连接、数据通讯端与所述存储器电连接、警示驱动端与所述警示装置电连接，其特征在于：所述的智能水位控制器安装到受控储水设备上时，所述主控制器的控制信号输出端与所述受控储水设备的注水开关装置控制端电连接，所述压力传感器安装在所述受控储水设备的出水管道中并位于所述受控储水设备的储水箱下方位置，其中，所述出水管道的进水口连通在所述受控储水设备的储水箱底部，且所述出水管道的横截面面积小于所述储水箱的底面面积；

所述主控制器预设有第一时间间隔Δt、系数η、第二时间间隔ΔT、溢出预警压力差值、进水预警压力差值和缺水预警压力差值，并且，所述主控制器能够受使用者控制工作在设定模式和监控模式下：

在设定模式下，所述主控制器控制所述注水开关装置开启，使得水能够通过所述注水开关装置以固定流量注入所述储水箱中，并且，所述主控制器通过所述压力传感器监测压力传感器所在水位的实时压力数据并计算出压力传感器所在水位的实时压力增长速率，所述主控制器按预设的第一时间间隔Δt进行判断，并在首次满足ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-1)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-2)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-3)Δt的条件公式时，将所述压力传感器在第N个第一时间间隔Δt时刻监测到的实时压力数据设置为对应于所述储水箱底面水位的箱底水位压力阈值，其中，N＞3且N为正整数，0＜η＜1，ΔP_NΔt、ΔP_(N-1)Δt、ΔP_(N-2)Δt和ΔP_(N-3)Δt分别表示所述主控制器计算出的压力传感器所在水位在第N个第一时间间隔Δt时刻、第N-1个第一时间间隔Δt时刻、第N-2个第一时间间隔Δt时刻和第N-3个第一时间间隔Δt时刻的实时压力增长速率；当所述实时压力数据在第二时间间隔ΔT内保持不变时，所述主控制器将此时的实时压力数据设置为对应于所述储水箱溢出水位的溢出水位压力阈值，且所述主控制器将所述溢出水位压力阈值与所述溢出预警压力差值之差设置为满水水位压力阈值、将所述满水水位压力阈值与所述进水预警压力差值之差设置为进水水位压力阈值、将所述箱底水位压力阈值与所述缺水预警压力差值之和设置为缺水水位压力阈值，并将所述箱底水位压力阈值、溢出水位压力阈值、满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值记录在所述存储器中；

在监控模式下，所述主控制器通过所述压力传感器持续监测压力传感器所在水位的实时压力数据，当所述实时压力数据在所述缺水水位压力阈值以下时，所述主控制器驱动所述警示装置发出缺水警示信号，当所述实时压力数据在所述进水水位压力阈值以下时，所述主控制器控制所述注水开关装置开启，当所述实时压力数据在所述满水水位压力阈值以上时，所述主控制器控制所述注水开关装置关闭。

作为本发明的优选实施方式，所述的智能水位控制器还设有用于控制所述主控制器进入和退出设定模式的一键设定按钮；所述主控制器的控制端与所述一键设定按钮电连接。

作为本发明的优选实施方式，所述主控制器在所述一键设定按钮被长按三秒时进入所述设定模式，并在处于设定模式下所述一键设定按钮被按动时返回所述监控模式。

作为本发明的优选实施方式，所述系数η取值为0.25。

作为本发明的优选实施方式，所述的溢出预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，所述的进水预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，所述的缺水预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为20cm的储水箱水位检测到的压力差取值。

为了便于项向使用者提示智能水位控制器的工作状态，作为本发明的一种改进，所述的主控制器在完成所述满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，驱动所述警示装置发出设定完成警示信号。

作为本发明的优选实施方式，所述的压力传感器为陶瓷压力传感器。

作为本发明的一种实施方式，所述的注水开关装置为电磁阀或水泵。

作为本发明的一种实施方式，所述的智能水位控制器还设有显示装置；所述显示装置与所述主控制器电连接。

一种应用上述智能水位控制器的水位监控方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述智能水位控制器安装到受控储水设备上；

步骤二、打开所述出水管道的出水口，以将所述储水箱和出水管道中的水排出，直至水位在所述压力传感器的安装位置以下；

步骤三、关闭所述出水管道的出水口，启动所述智能水位控制器，并控制所述主控制器进入设定模式，在所述主控制器完成所述满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，控制所述主控制器进入监控模式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的智能水位控制器，受使用者控制进入设定模式后即可自动测得箱底水位压力阈值和溢出水位压力阈值的取值，并自动计算出满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的取值，从而在监控模式下实现对受控储水设备的水位监测和控制，因此，本发明具有安装操作简单、能够实现一键设置参数的优点。

第二，本发明的智能水位控制器设有第一时间间隔Δt、第二时间间隔ΔT、溢出预警压力差值、进水预警压力差值和缺水预警压力差值五个参数，使用者可以对该五个参数进行调整，以灵活的适应设置不同的应用场景和应用要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的智能水位控制器的电路原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的智能水位控制器，设有压力传感器、主控制器、存储器、警示装置、显示装置、用于控制主控制器进入和退出设定模式的一键设定按钮以及用于为智能水位控制器供电的电源，主控制器的控制端与一键设定按钮电连接、压力信号接收端与压力传感器电连接、数据通讯端与存储器电连接、警示驱动端与警示装置电连接。显示装置与主控制器电连接，用于显示操作界面、智能水位控制器工作状态和资讯等信息。

本发明的智能水位控制器安装到受控储水设备上时，主控制器的控制信号输出端与受控储水设备的注水开关装置控制端电连接，压力传感器安装在受控储水设备的出水管道中并位于受控储水设备的储水箱下方位置，其中，压力传感器优选采用陶瓷压力传感器，注水开关装置可以是电磁阀或水泵，出水管道的进水口连通在受控储水设备的储水箱底面上，且出水管道的横截面面积小于储水箱的底面面积，压力传感器相距储水箱底面的高度差越大，则智能水位控制器的工作效果越好。

上述主控制器预设有第一时间间隔Δt、系数η、第二时间间隔ΔT、溢出预警压力差值、进水预警压力差值和缺水预警压力差值，并且，主控制器能够受使用者控制工作在设定模式和监控模式下；优选的，主控制器在一键设定按钮被长按三秒时进入设定模式，并在处于设定模式下一键设定按钮被按动时返回监控模式：

在设定模式下，主控制器控制注水开关装置开启，使得水能够通过注水开关装置以固定流量注入储水箱中，并且，主控制器通过压力传感器监测压力传感器所在水位的实时压力数据并计算出压力传感器所在水位的实时压力增长速率，主控制器按预设的第一时间间隔Δt进行判断，并在首次满足ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-1)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-2)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-3)Δt的条件公式时，将压力传感器在第N个第一时间间隔Δt时刻监测到的实时压力数据设置为对应于储水箱底面水位的箱底水位压力阈值，其中，N＞3且N为正整数，0＜η＜1，ΔP_NΔt、ΔP_(N-1)Δt、ΔP_(N-2)Δt和ΔP_(N-3)Δt分别表示主控制器计算出的压力传感器所在水位在第N个第一时间间隔Δt时刻、第N-1个第一时间间隔Δt时刻、第N-2个第一时间间隔Δt时刻和第N-3个第一时间间隔Δt时刻的实时压力增长速率；当实时压力数据在第二时间间隔ΔT内保持不变时，主控制器将此时的实时压力数据设置为对应于储水箱溢出水位的溢出水位压力阈值，且主控制器将溢出水位压力阈值与溢出预警压力差值之差设置为满水水位压力阈值、将满水水位压力阈值与进水预警压力差值之差设置为进水水位压力阈值、将箱底水位压力阈值与缺水预警压力差值之和设置为缺水水位压力阈值，并将箱底水位压力阈值、溢出水位压力阈值、满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值记录在存储器中。

并且，主控制器在完成满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，驱动警示装置发出设定完成警示信号。

在监控模式下，主控制器通过压力传感器持续监测压力传感器所在水位的实时压力数据，当实时压力数据在缺水水位压力阈值以下时，主控制器驱动警示装置发出缺水警示信号，当实时压力数据在进水水位压力阈值以下时，主控制器控制注水开关装置开启，当实时压力数据在满水水位压力阈值以上时，主控制器控制注水开关装置关闭。

其中，上述系数η优选取值为0.25，上述溢出预警压力差值优选对应于压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，进水预警压力差值优选对应于压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，缺水预警压力差值优选对应于压力传感器在两个高度差为20cm的储水箱水位检测到的压力差取值。

上述设定模式中“在首次满足ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-1)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-2)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-3)Δt的条件公式时，将压力传感器在第N个第一时间间隔Δt时刻监测到的实时压力数据设置为箱底水位压力阈值”的原理是：

进入设定模式时，注入储水箱中的水会先流入出水管道，在水灌满出水管道后水位才会从储水箱底面向上逐渐升高，而由于出水管道的横截面面积小于所述储水箱的底面面积，使得在固定的流量下，水位在出水管道中的升高速度快于在储水箱中的升高速度，也即：在储水箱中的实时压力增长速率要小于在出水管道中的实时压力增长速率，以此即可通过实时压力增长速率的变化判断出水位达到储水箱底面的时间。而通过三次进行判断即ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-1)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-2)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-3)Δt，即可以避免由于管网复杂或注水流量造成的压力变化速率的波动等原因引起的误判。

上述设定模式中“将实时压力数据在第二时间间隔ΔT内保持不变时的实时压力数据设置为溢出水位压力阈值”的原理是：水位上升至储水箱最顶部时，水从储水箱顶部溢出，水位不再上升，则水压力不再变化。

上述溢出预警压力差值、进水预警压力差值和缺水预警压力差值是可以依据需要而做出变化调整的，不是唯一的；由于传感器和零部件的温漂问题，在使用过程中会随着气候的变化以及压力传感器长期处于压力下的累积压力偏移等而会有不同的变化，需要不定期的对系统进行清零和重新设置的操作，传统的操作复杂且需要重新计算测量高度数据，因为温漂即传感器等累积误差不可避免，数据的准确性发生了变化，而用户对此数据实际是不敏感的，用户注重的是实际的操控，能够达到控制目的即可，即对高度数据不需要知道，本技术对清零和重新设置的操作也一样的执行一键安装操作即可简单完成。

本发明应用上述智能水位控制器的水位监控方法，包括以下步骤：

步骤一、将智能水位控制器安装到受控储水设备上；

步骤二、打开出水管道的出水口，以将储水箱和出水管道中的水排出，直至水位在压力传感器的安装位置以下；

步骤三、关闭出水管道的出水口，启动智能水位控制器，并通过一键设定按钮控制主控制器进入设定模式，在主控制器完成满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，通过一键设定按钮控制主控制器进入监控模式。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种智能水位控制器，设有压力传感器、主控制器、存储器、警示装置和用于为智能水位控制器供电的电源，所述主控制器的压力信号接收端与所述压力传感器电连接、数据通讯端与所述存储器电连接、警示驱动端与所述警示装置电连接，所述的智能水位控制器安装到受控储水设备上时，所述主控制器的控制信号输出端与所述受控储水设备的注水开关装置控制端电连接，所述压力传感器安装在所述受控储水设备的出水管道中并位于所述受控储水设备的储水箱下方位置，其中，所述出水管道的进水口连通在所述受控储水设备的储水箱底部，其特征在于：所述出水管道的横截面面积小于所述储水箱的底面面积；

所述主控制器预设有第一时间间隔Δt、系数η、第二时间间隔ΔT、溢出预警压力差值、进水预警压力差值和缺水预警压力差值，并且，所述主控制器能够受使用者控制工作在设定模式和监控模式下：

在设定模式下，所述主控制器控制所述注水开关装置开启，使得水能够通过所述注水开关装置以固定流量注入所述储水箱中，并且，所述主控制器通过所述压力传感器监测压力传感器所在水位的实时压力数据并计算出压力传感器所在水位的实时压力增长速率，所述主控制器按预设的第一时间间隔Δt进行判断，并在首次满足ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-1)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-2)Δt且ΔP_NΔt＜η×ΔP_(N-3)Δt的条件公式时，将所述压力传感器在第N个第一时间间隔Δt时刻监测到的实时压力数据设置为对应于所述储水箱底面水位的箱底水位压力阈值，其中，N＞3且N为正整数，0＜η＜1，ΔP_NΔt、ΔP_(N-1)Δt、ΔP_(N-2)Δt和ΔP_(N-3)Δt分别表示所述主控制器计算出的压力传感器所在水位在第N个第一时间间隔Δt时刻、第N-1个第一时间间隔Δt时刻、第N-2个第一时间间隔Δt时刻和第N-3个第一时间间隔Δt时刻的实时压力增长速率；当所述实时压力数据在第二时间间隔ΔT内保持不变时，所述主控制器将此时的实时压力数据设置为对应于所述储水箱溢出水位的溢出水位压力阈值，且所述主控制器将所述溢出水位压力阈值与所述溢出预警压力差值之差设置为满水水位压力阈值、将所述满水水位压力阈值与所述进水预警压力差值之差设置为进水水位压力阈值、将所述箱底水位压力阈值与所述缺水预警压力差值之和设置为缺水水位压力阈值，并将所述箱底水位压力阈值、溢出水位压力阈值、满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值记录在所述存储器中；

在监控模式下，所述主控制器通过所述压力传感器持续监测压力传感器所在水位的实时压力数据，当所述实时压力数据在所述缺水水位压力阈值以下时，所述主控制器驱动所述警示装置发出缺水警示信号，当所述实时压力数据在所述进水水位压力阈值以下时，所述主控制器控制所述注水开关装置开启，当所述实时压力数据在所述满水水位压力阈值以上时，所述主控制器控制所述注水开关装置关闭。

2.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的智能水位控制器还设有用于控制所述主控制器进入和退出设定模式的一键设定按钮；所述主控制器的控制端与所述一键设定按钮电连接。

3.根据权利要求2所述的智能水位控制器，其特征在于：所述主控制器在所述一键设定按钮被长按三秒时进入所述设定模式，并在处于设定模式下所述一键设定按钮被按动时返回所述监控模式。

4.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述系数η取值为0.25。

5.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的溢出预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，所述的进水预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为15cm的储水箱水位检测到的压力差取值，所述的缺水预警压力差值对应于所述压力传感器在两个高度差为20cm的储水箱水位检测到的压力差取值。

6.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的主控制器在完成所述满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，驱动所述警示装置发出设定完成警示信号。

7.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的压力传感器为陶瓷压力传感器。

8.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的注水开关装置为电磁阀或水泵。

9.根据权利要求1所述的智能水位控制器，其特征在于：所述的智能水位控制器还设有显示装置；所述显示装置与所述主控制器电连接。

10.一种应用权利要求1至9任意一项所述智能水位控制器的水位监控方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述智能水位控制器安装到受控储水设备上；

步骤二、打开所述出水管道的出水口，以将所述储水箱和出水管道中的水排出，直至水位在所述压力传感器的安装位置以下；

步骤三、关闭所述出水管道的出水口，启动所述智能水位控制器，并控制所述主控制器进入设定模式，在所述主控制器完成所述满水水位压力阈值、进水水位压力阈值和缺水水位压力阈值的设置后，控制所述主控制器进入监控模式。