CN108829004A - 一种厕所用自俘水能供电节水系统及其智能测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厕所用自俘水能供电节水系统及其智能测控方法，该系统包括自发电模块、蓄电模块和控制模块，自发电模块包括水轮发电机和稳压模块，蓄电模块包括锂离子电池、电池保护电路和降压模块，控制模块包括控制器、红外检测模块和执行模块；该测控方法包括步骤：一、获取红外检测模块的信号和锂离子电池的电压；二、判断锂离子电池的电压是否小于低电压阈值；三、锂离子电池的充电；四、判断是否有使用者使用厕所；五、电磁阀打开放水及锂离子电池的充电。本发明成本低，便于安装，能根据使用者使用厕所时间不同选择电磁阀关闭时间不同，实现厕所冲水时间的不同，节约水资源，且发电模块为充电锂离子电池，有效节约电能。

Description

一种厕所用自俘水能供电节水系统及其智能测控方法

技术领域

本发明属于厕所节水系统技术领域，尤其是涉及一种厕所用自俘水能供电节水系统及其智能测控方法。

背景技术

众所周知，水是生命之源，也是国民经济不可或缺的宝贵资源。但由于种种原因，导致水资源浪费的现象屡见不鲜，节水问题已经成为全世界关注的焦点。以厕所为例，常常存在便后不冲水或长流水现象，造成严重的环境污染和水资源浪费。另外，大多数厕所仍采用手动冲水装置，存在细菌交叉感染等卫生健康问题。针对上述问题，国内外许多研究机构开发了厕所自动冲水装置。目前，新建厕所已经安装了自动冲水装置，但这些装置的供电模块一般采用布设专线供电或干电池供电两种方式，存在节水不节电问题。尤其是在旧厕所的改造工程中，由于现有厕所自动冲水装置供电方式和结构的限制，必须掏槽安装厕所自动冲水装置中的供电模块，存在施工极不方便、费时费力、经济性差等问题。

综上所述，亟需一种厕所用自俘水能供电节水系统，不仅能够做到节水节电，而且具有广泛的适应性、良好的性价比、简便的安装性、优异的可维护性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种厕所用自俘水能供电节水系统，其结构简单、设计合理且操作简便，成本低，便于安装，通过红外检测模块获取是否有使用者使用厕所和使用厕所的时间，从而根据使用者使用厕所时间不同选择电磁阀关闭时间不同，实现厕所冲水时间的不同，节约水资源；且通过水轮发电机自俘水能发电为锂离子电池充电，使锂离子电池自维护，有效节约电能，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：包括自发电模块、蓄电模块和控制模块，所述自发电模块包括安装在冲水管上且能自俘水能的水轮发电机和与水轮发电机输出端相接的稳压模块，所述蓄电模块包括锂离子电池、与锂离子电池相接的电池保护电路和与锂离子电池输出端相接的降压模块，所述控制模块包括控制器、红外检测模块和执行模块，所述降压模块的输出端与控制器和红外检测模块相接，所述红外检测模块包括红外发射电路和用于接收红外发射电路发射的红外线的红外接收电路，所述红外接收电路的输出端与控制器的输入端相接，所述执行模块包括电磁阀驱动电路和与电磁阀驱动电路输出端相接的电磁阀，所述电磁阀驱动电路的输入端与控制器的输出端相接，所述电磁阀安装在所述冲水管上，所述控制器的输入端接有用于检测锂离子电池输出端电压的电压传感器和用于设定冲水时间的定时器。

上述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述稳压模块包括型号为XL6009的芯片U1，所述芯片U1的第1引脚接地，所述芯片U1的第2引脚悬空，所述芯片U1的第4引脚分四路，第一路经电容C8接地，第二路经电容C7接地，第三路与水轮发电机的输出端相接，第四路与电感L1的一端相接；所述芯片U1的第5引脚分两路，一路与电阻R12的一端相接，另一路经电阻R14接地，所述芯片U1的第3引脚分五路，第一路与电感L1的另一端相接，第二路与电阻R12的另一端相接，第三路经电容C9接地，第四路经电阻R13与发光二极管D2的阳极相接，第五路与二极管VD3的阳极相接；所述二极管VD3的阴极分两路，一路经电容C6接地，另一路为稳压模块的输出端；所述发光二极管D2的阴极接地。

上述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述降压模块包括型号为XL6009的芯片U2，所述芯片U2的第1引脚接地，所述芯片U2的第2引脚悬空，所述芯片U2的第4引脚分四路，第一路与电容C14的一端相接，第二路与电容C13的一端相接，第三路与锂离子电池的正极输出端相接，第四路与电感L2的一端相接；所述电容C14的另一端分三路，一路与电容C13的另一端相接，另一路与锂离子电池的负极输出端相接，第三路接地；所述芯片U2的第5引脚分两路，一路与电阻R16的一端相接，另一路经电阻R18接地，所述芯片U2的第3引脚分五路，第一路与电感L2的另一端相接，第二路与电阻R16的另一端相接，第三路经电容C15接地，第四路经电阻R17与发光二极管D1的阳极相接，第五路为5V直流电压输出端；所述发光二极管D1的阴极接地。

上述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述电池保护电路包括芯片R5421，所述锂离子电池为电池BT1，所述芯片R5421的第1引脚与N沟道增强型MOS管V1的栅极相接，所述芯片R5421的第2引脚分两路，一路与电阻R15的一端相接，另一路与电容C10的一端相接；所述芯片R5421的第3引脚与N沟道增强型MOS管V2的栅极相接，所述N沟道增强型MOS管V1的漏极和所述N沟道增强型MOS管V2的漏极的连接端与体二极管VD6的阴极和体二极管VD5的阴极的连接端相接，所述N沟道增强型MOS管V2的源极、体二极管VD6的阳极和电阻R15的另一端的连接端为电池BT1的负极输出端，所述N沟道增强型MOS管V1的源极、体二极管VD5的阳极和电容C10的另一端均接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第4引脚经电容C12接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第5引脚分两路，一路经电容C11接电池BT1的负极，另一路与电阻R11的一端相接；所述芯片R5421的第6引脚接电池BT1的负极，所述电阻R11的另一端分两路，一路与稳压模块的输出端和降压模块的输入端相接，另一路经熔断器FA1与电池BT1的正极相接。

上述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述继电器驱动电路包括PNP三极管VT1、NPN三极管VT2、PNP三极管VT3和NPN三极管VT4，所述PNP三极管VT1的基极经电阻R2与控制器相接，所述PNP三极管VT1的集电极分三路，一路与NPN三极管VT4的集电极相接，另一路经电阻R4与电容C3的一端相接，第三路为继电器驱动电路的一个输出端；所述PNP三极管VT3的基极经电阻R3与控制器相接，所述PNP三极管VT3的集电极分三路，一路与NPN三极管VT2的集电极相接，另一路与电容C3的另一端相接，第三路为继电器驱动电路的另一个输出端；所述PNP三极管VT1的发射极和PNP三极管VT3的发射极的连接端与5V直流电源输出端相接，所述NPN三极管VT4的基极经电阻R7与控制器相接，所述NPN三极管VT4的发射极和NPN三极管VT2的发射极均接地，所述NPN三极管VT2的基极经电阻R8与控制器相接。

上述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述红外发射电路包括三极管VT5和红外发射管VD4，所述三极管VT5的发射极接5V直流电源输出端，所述三极管VT5的集电极经电阻R6与红外发射管VD4的阳极相接，所述红外发射管VD4的阴极接地，所述三极管VT5的基极经电阻R5与控制器相接；

所述红外接收电路包括红外接收芯片TL0038，所述红外接收芯片TL0038的OUT引脚分两路，一路与控制器相接，另一路与电阻R10的一端相接，所述红外接收芯片TL0038的VCC引脚分三路，一路与电阻R10的另一端相接，另一端经电阻R9与发光二极管D3的阳极相接，第三路与5V直流电源输出端相接；所述发光二极管D3的阴极与控制器相接。

同时，本发明还公开一种方法步骤简单、设计合理且实现方便的厕所用自俘水能供电节水系统的智能测控方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、获取红外检测模块的信号和锂离子电池的电压：控制器控制红外发射电路发射红外线，红外接收电路对红外发射电路发射的红外线进行检测并输出高低电平检测信号至控制器；电压传感器对锂离子电池输出端的电压进行检测，并将检测到的电压发送至控制器；

步骤二、判断锂离子电池的电压是否小于低电压阈值：控制器将接收到的电压与预先设定的低电压阈值进行比较，当电压传感器检测到的电压小于所述低电压阈值时，执行步骤三；否则，执行步骤四；

步骤三、锂离子电池的充电：

步骤301、控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀打开，所述冲水管开始放水，水轮发电机自俘水能而发出的电能经过稳压模块为锂离子电池充电，在锂离子电池充电的过程中，电池保护电路对锂离子电池进行保护，直至达到锂离子电池充电饱和状态，电池保护电路切断水轮发电机经过稳压模块为锂离子电池充电的充电回路；

步骤302、控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀关闭，同时，水流中断水轮发电机停止工作；

步骤四、判断是否有使用者使用厕所：控制器对接收到的高低电平检测信号进行判断，当控制器接收到高电平检测信号时，即红外接收电路未接收到红外发射电路发射红外线，则判断使用者使用厕所，执行步骤五；当控制器接收到低电平检测信号时，即红外接收电路接收到红外发射电路发射红外线，则判断未有使用者使用厕所，重复执行步骤一至步骤四；

步骤五、电磁阀打开放水及锂离子电池的充电：

步骤501、控制器接收到红外接收电路输出的高电平检测信号，控制器并将接收到高电平检测信号的时间与预先设定的冲水触发时间进行判断，当控制器接收到高电平检测信号的时间小于预先设定的冲水触发时间时，执行步骤502；否则，执行步骤503；

步骤502、控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器设定的短冲水时间，控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机自俘水能而发出的电能经过稳压模块为锂离子电池充电，维持锂离子电池的电压；

步骤503、控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器设定的长冲水时间，控制器通过电磁阀驱动电路控制电磁阀关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机自俘水能而发出的电能经过稳压模块为锂离子电池充电，维持锂离子电池的电压；

步骤504、多次重复步骤一至步骤五，实现厕所的冲水。

上述的智能测控方法，其特征在于：步骤202中所述设定的短冲水时间的取值范围为2秒～5秒；

步骤203中所述设定的长冲水时间的取值范围为6秒～12秒。

步骤302中所述低电压阈值的取值范围为1.5伏～2伏。

步骤501中所述冲水触发时间不小于2分钟。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统结构简单、设计合理且投入成本较低、安装布设方便。

2、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统仅由自发电模块、蓄电模块和控制模块，自发电模块体积小，便于安装在厕所的冲水管上，从而自俘冲水管中的水能而产生的电能为蓄电模块充电，保证蓄电模块的电压稳定为控制模块中的红外检测模块和电磁阀驱动电路供电，从而保证控制模块正常工作，实现按需冲水。

3、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统中设置稳压模块，稳压模块采用非隔离升压，非同步整流的方式，当水轮发电机将输出直流电压输入到该稳压模块时，该稳压模块将水轮发电机输出的直流电压稳定在锂离子电池所需的充电电压范围内，便于安全稳定为锂离子电池充电。

4、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统中设置电池保护电路，其集成了具有过流保护、短路保护、过充保护和过放保护等，提高了锂离子电池的使用寿命，避免锂离子电池的更换，减少维护成本。

5、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统设置红外检测模块，是为了检测是否有使用者使用厕所，当红外检测模块输出高电平至控制器则判断使用者使用厕所；另外根据使用者使用厕所时间不同选择电磁阀关闭时间不同，实现厕所冲水时间的不同，从而实现节约用水。

6、所采用的厕所用自俘水能供电节水系统的智能测控方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能根据使用者使用厕所时间不同选择电磁阀关闭时间不同，实现厕所冲水时间的不同，节约水资源且满足使用者需求；且通过水轮发电机自俘水能发电为锂离子电池充电，保证锂离子电池自维护，有效节约电能。

综上所述，本发明结构简单、设计合理且操作简便，成本低，便于安装，通过红外检测模块获取使用者使用厕所时间，从而根据使用者使用厕所时间不同选择电磁阀关闭时间不同，实现厕所冲水时间的不同，节约水资源；且通过水轮发电机自俘水能发电为锂离子电池充电，使锂离子电池自维护，有效节约电能，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明厕所用自俘水能供电节水系统的电路原理框图。

图2为本发明厕所用自俘水能供电节水系统稳压模块的电路原理图。

图3为本发明厕所用自俘水能供电节水系统降压模块的电路原理图。

图4为本发明厕所用自俘水能供电节水系统电池保护电路的电路原理图。

图5为本发明厕所用自俘水能供电节水系统电磁阀驱动电路的电路原理图。

图6为本发明厕所用自俘水能供电节水系统红外检测模块的电路原理框图。

图7为本发明厕所用自俘水能供电节水系统红外发射电路的电路原理图。

图8为本发明厕所用自俘水能供电节水系统红外接收电路的电路原理图。

图9为本发明厕所用自俘水能供电节水系统的智能测控方法的流程框图。

附图标记说明:

1—稳压模块； 2—锂离子电池； 3—降压模块；

4—红外检测模块； 4-1—红外发射电路； 4-2—红外接收电路；

5—电池保护电路； 6—电磁阀； 7—控制器；

8—电压传感器； 9—电磁阀驱动电路； 10—水轮发电机；

11—定时器。

具体实施方式

如图1和图6所示的一种厕所用自俘水能供电节水系统，包括自发电模块、蓄电模块和控制模块，所述自发电模块包括安装在冲水管上且能自俘水能的水轮发电机10和与水轮发电机10输出端相接的稳压模块1，所述蓄电模块包括锂离子电池2、与锂离子电池2相接的电池保护电路5和与锂离子电池2输出端相接的降压模块3，所述控制模块包括控制器7、红外检测模块4和执行模块，所述降压模块3的输出端与控制器7和红外检测模块4相接，所述红外检测模块4包括红外发射电路4-1和用于接收红外发射电路4-1发射的红外线的红外接收电路4-2，所述红外接收电路4-2的输出端与控制器7的输入端相接，所述执行模块包括电磁阀驱动电路9和与电磁阀驱动电路9输出端相接的电磁阀6，所述电磁阀驱动电路9的输入端与控制器7的输出端相接，所述电磁阀6安装在所述冲水管上，所述控制器7的输入端接有用于检测锂离子电池2输出端电压的电压传感器8和用于设定冲水时间的定时器11。

本实施例中，所述水轮发电机10为F40管道式水轮发电机，该F40管道式水轮发电机的体积只有普通微型水力水轮发电机的4/5，输出功率却达到普放水力水轮发电机的2-3倍，且安装在水轮发电机10上的进冲水管段和出冲水管段呈一字型或L型直角装配，便于安装；另外，顺利启动发电的水压超低0.5KG。

如图2所示，本实施例中，所述稳压模块1包括型号为XL6009的芯片U1，所述芯片U1的第1引脚接地，所述芯片U1的第2引脚悬空，所述芯片U1的第4引脚分四路，第一路经电容C8接地，第二路经电容C7接地，第三路与水轮发电机1的输出端相接，第四路与电感L1的一端相接；所述芯片U1的第5引脚分两路，一路与电阻R12的一端相接，另一路经电阻R14接地，所述芯片U1的第3引脚分五路，第一路与电感L1的另一端相接，第二路与电阻R12的另一端相接，第三路经电容C9接地，第四路经电阻R13与发光二极管D2的阳极相接，第五路与二极管VD3的阳极相接；所述二极管VD3的阴极分两路，一路经电容C6接地，另一路为稳压模块1的输出端；所述发光二极管D2的阴极接地。

如图3所示，本实施例中，所述降压模块3包括型号为XL6009的芯片U2，所述芯片U2的第1引脚接地，所述芯片U2的第2引脚悬空，所述芯片U2的第4引脚分四路，第一路与电容C14的一端相接，第二路与电容C13的一端相接，第三路与锂离子电池2的正极输出端相接，第四路与电感L2的一端相接；所述电容C14的另一端分三路，一路与电容C13的另一端相接，另一路与锂离子电池2的负极输出端相接，第三路接地；所述芯片U2的第5引脚分两路，一路与电阻R16的一端相接，另一路经电阻R18接地，所述芯片U2的第3引脚分五路，第一路与电感L2的另一端相接，第二路与电阻R16的另一端相接，第三路经电容C15接地，第四路经电阻R17与发光二极管D1的阳极相接，第五路为5V直流电压输出端；所述发光二极管D1的阴极接地。

本实施例中，稳压模块1的设置，是为了将水轮发电机10输出的直流电转换为8.4V为锂离子电池2充电。

本实施例中，所述电容C7和电容C13均为电容值为47μF且耐压50V的电容，所述电容C8、电容C9、电容C14和电容C15均为电容值为1μF的电容，所述电容C6为电容值为10μF且耐压15V的电容。

本实施例中，所述电阻R16为阻值为3KΩ的电阻，所述电阻R14和电阻R18均为阻值为1KΩ的电阻，所述电阻R17为阻值为333Ω的电阻，所述电阻R12为阻值为5.72KΩ的电阻，所述电阻R13为阻值560Ω的电阻。

本实施例中，所述电感L1和电感L2为电感值为33μH且额定电流为4A的电感。

本实施例中，降压模块3的设置，是为了将降压模块3输出的直流电转换为5V直流电输出，转换的5V直流电为控制器7、红外检测模块4和电压传感器12，以及定时器11等提供电，保证系统正常工作。

如图4所示，本实施例中，所述电池保护电路8包括芯片R5421，所述锂离子电池2为电池BT1，所述芯片R5421的第1引脚与N沟道增强型MOS管V1的栅极相接，所述芯片R5421的第2引脚分两路，一路与电阻R15的一端相接，另一路与电容C10的一端相接；所述芯片R5421的第3引脚与N沟道增强型MOS管V2的栅极相接，所述N沟道增强型MOS管V1的漏极和所述N沟道增强型MOS管V2的漏极的连接端与体二极管VD6的阴极和体二极管VD5的阴极的连接端相接，所述N沟道增强型MOS管V2的源极、体二极管VD6的阳极和电阻R15的另一端的连接端为电池BT1的负极输出端，所述N沟道增强型MOS管V1的源极、体二极管VD5的阳极和电容C10的另一端均接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第4引脚经电容C12接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第5引脚分两路，一路经电容C11接电池BT1的负极，另一路与电阻R11的一端相接；所述芯片R5421的第6引脚接电池BT1的负极，所述电阻R11的另一端分两路，一路与稳压模块1的输出端和降压模块3的输入端相接，另一路经熔断器FA1与电池BT1的正极相接。

本实施例中，实际连接过程中，所述电阻R11的另一端和熔断器FA1的连接端为P+端口，所述P+端口与稳压模块1的输出端和降压模块3中电容C13的一端、电容C14的一端、电感L2的一端和芯片U2的第4引脚的连接端相接，所述电池BT1的负极输出端为P-端口，所述P-端口与电容C13的另一端和电容C14的另一端的连接端相接。

本实施例中，需要说明的是，所述P+端口既为锂离子电池2的正极输出端，又为锂离子电池2的正极输入端。

本实施例中，所述电阻R11为阻值为100Ω的电阻，所述电阻R15为阻值为470Ω的电阻，所述电容C11和电容C10均为电容值为0.1μF的电容，所述电容C12为电容值为0.01μF的电容。

本实施例中，稳压模块1为锂离子电池2正常充电时，稳压模块1输出的充电电流从P+端口流入，芯片R5421的第1引脚和第3引脚均为高电平，N沟道增强型MOS管V1和N沟道增强型MOS管V2均导通，经过熔断器FA1为锂离子电池2充电，充电电流经N沟道增强型MOS管V1和N沟道增强型MOS管V2从P-端口流出。

锂离子电池2正常放电时，放电电流经N沟道增强型MOS管V1、N沟道增强型MOS管V2以及P-端口流向电池正极，其电流方向与充电电流方向相反，从而为负载供电。由于N沟道增强型MOS管V1和N沟道增强型MOS管V2的导通电阻极小，放电状态下的消耗电流为μA级，因此损耗很小、满足低功耗要求。

本实施例中，实际使用过程中，在锂离子电池2充电的过程中，当芯片R5421的第5引脚检测到电压值达到过充电保护的电压阈值时，芯片R5421的第3引脚由高电压转变为零电压，使N沟道增强型MOS管V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使稳压模块1输出端无法再对锂离子电池2进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于N沟道增强型MOS管V2自带的体二极管VD6的存在，锂离子电池2可以通过该体二极管VD6对外部负载进行放电。

在锂离子电池2放电的过程中，当芯片R5421的第5引脚检测到电压值低于过放电电压阈值时，芯片R5421的第1脚将由高电压转变为零电压，使N沟道增强型MOS管V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使锂离子电池2无法再进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于N沟道增强型MOS管V1自带的体二极管VD5的存在，锂离子电池2可以通过该体二极管VD5对电池进行充电。

在锂离子电池2放电的过程中，当芯片R5421的第2引脚的电压值高于短路保护电压阈值时，芯片R5421的第1脚将由高电压转变为零电压，使N沟道增强型MOS管V1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用，短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。因此，电池保护电路8对锂离子电池2进行保护，避免锂离子电池2的过放、过充及短路，提高锂离子电池2的使用寿命。

如图5所示，本实施例中，所述继电器驱动电路9包括PNP三极管VT1、NPN三极管VT2、PNP三极管VT3和NPN三极管VT4，所述PNP三极管VT1的基极经电阻R2与控制器7相接，所述PNP三极管VT1的集电极分三路，一路与NPN三极管VT4的集电极相接，另一路经电阻R4与电容C3的一端相接，第三路为继电器驱动电路9的一个输出端；所述PNP三极管VT3的基极经电阻R3与控制器7相接，所述PNP三极管VT3的集电极分三路，一路与NPN三极管VT2的集电极相接，另一路与电容C3的另一端相接，第三路为继电器驱动电路9的另一个输出端；所述PNP三极管VT1的发射极和PNP三极管VT3的发射极的连接端与5V直流电源输出端相接，所述NPN三极管VT4的基极经电阻R7与控制器7相接，所述NPN三极管VT4的发射极和NPN三极管VT2的发射极均接地，所述NPN三极管VT2的基极经电阻R8与控制器7相接。

如图7和图8所示，本实施例中，所述红外发射电路4-1包括三极管VT5和红外发射管VD4，所述三极管VT5的发射极接5V直流电源输出端，所述三极管VT5的发射极经电阻R6与红外发射管VD4的阳极相接，所述红外发射管VD4的阴极接地，所述三极管VT5的基极经电阻R5与控制器7相接；

所述红外接收电路4-2包括红外接收芯片TL0038，所述红外接收芯片TL0038的OUT引脚分两路，一路与控制器7相接，另一路与电阻R10的一端相接，所述红外接收芯片TL0038的VCC引脚分三路，一路与电阻R10的另一端相接，另一端经电阻R9与发光二极管D3的阳极相接，第三路与5V直流电源输出端相接；所述发光二极管D3的阴极与控制器7相接。

本实施例中，所述电阻R2和电阻R3均为电阻值为470Ω的电阻，所述电阻R7和电阻R8均为电阻值为68Ω的电阻，所述电阻R4为电阻值为10Ω的电阻；所述电容C3为电容值为0.22μF的电容，所述PNP三极管VT1和PNP三极管VT3均为8550三极管，所述NPN三极管VT2和NPN三极管VT4均为8050三极管。

本实施例中，控制器7为AT89C2051单片机。

本实施例中，所述PNP三极管VT3的基极经电阻R3与控制器7的P1.4引脚相接，所述NPN三极管VT2的基极经电阻R8与控制器7的P1.5引脚相接，所述NPN三极管VT4的基极经电阻R7与控制器7的P1.6引脚相接，所述PNP三极管VT1的基极经电阻R2与控制器7的P1.7引脚相接。

本实施例中，实际使用过程中，初始状态时控制器7的P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚均为高电平，当需要控制电磁阀6打开放水时，控制器7的P1.4和P1.6引脚均为高电平，PNP三极管VT3和NPN三极管VT4导通，控制器7的P1.5和P1.7引脚均为低电平时，PNP三极管VT1和NPN三极管VT2不导通，给电磁阀6加上脉冲直流电压，电磁阀6中阀芯移动，将电磁阀6打开，然后将控制器7的P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚均恢复为高电平，电磁阀6内部的阀芯维持打开状态，所述冲水管接放水源开始放水；

当需要控制电磁阀6关闭停止放水时，控制器7的P1.4和P1.6引脚均为低电平，PNP三极管VT3和NPN三极管VT4不导通，控制器7的P1.5和P1.7引脚均为高电平时，PNP三极管VT1和NPN三极管VT2导通，给电磁阀6加上反向脉冲直流电压，电磁阀6中阀芯反向移动，使电磁阀6关闭，然后控制器7的P1.4、P1.5、P1.6和P1.7引脚均恢复为高电平，电磁阀6内部的阀芯维持关闭状态，所述冲水管接放水源停止放水；

本实施例中，设置电阻R4和电容C3组成吸收回路，是因为电磁阀6的线圈绕组内阻较小，电磁阀6启动瞬间工作电流较大，通过电阻R4和电容C3对电磁阀6的线圈绕组上突变的电流进行吸收，从而保护了继电器驱动电路9中各个三极管的安全。

本实施例中，所述电阻R6为电阻值为68Ω的电阻，所述电阻R5为电阻值为5.6KΩ的电阻，所述电阻R10为电阻值为4.7KΩ的电阻，所述电阻R9为电阻值为470Ω的电阻

如图9所示的一种厕所用自俘水能供电节水系统的智能测控方法，包括：

步骤一、获取红外检测模块的信号和锂离子电池的电压：控制器7控制红外发射电路4-1发射红外线，红外接收电路4-2对红外发射电路4-1发射的红外线进行检测并输出高低电平检测信号至控制器7；电压传感器8对锂离子电池2输出端的电压进行检测，并将检测到的电压发送至控制器7；

步骤二、判断锂离子电池的电压是否小于低电压阈值：控制器7将接收到的电压与预先设定的低电压阈值进行比较，当电压传感器8检测到的电压小于所述低电压阈值时，执行步骤三；否则，执行步骤四；

步骤三、锂离子电池的充电：

步骤301、控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6打开，所述冲水管开始放水，水轮发电机10自俘水能而发出的电能经过稳压模块1为锂离子电池2充电，在锂离子电池2充电的过程中，电池保护电路5对锂离子电池2进行保护，直至达到锂离子电池2充电饱和状态，电池保护电路5切断水轮发电机10经过稳压模块1为锂离子电池2充电的充电回路；

步骤302、控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6关闭，同时，水流中断水轮发电机10停止工作；

步骤四、判断是否有使用者使用厕所：控制器7对接收到的高低电平检测信号进行判断，当控制器7接收到高电平检测信号时，即红外接收电路4-2未接收到红外发射电路4-1发射红外线，则判断使用者使用厕所，执行步骤五；当控制器7接收到低电平检测信号时，即红外接收电路4-2接收到红外发射电路4-1发射红外线，则判断未有使用者使用厕所，重复执行步骤一至步骤四；

步骤五、电磁阀打开放水及锂离子电池的充电：

步骤501、控制器7接收到红外接收电路4-2输出的高电平检测信号，控制器7并将接收到高电平检测信号的时间与预先设定的冲水触发时间进行判断，当控制器7接收到高电平检测信号的时间小于预先设定的冲水触发时间时，执行步骤502；否则，执行步骤503；

步骤502、控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器14设定的短冲水时间，控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机10自俘水能而发出的电能经过稳压模块1为锂离子电池2充电，维持锂离子电池2的电压；

步骤503、控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器14设定的长冲水时间，控制器7通过电磁阀驱动电路9控制电磁阀6关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机10自俘水能而发出的电能经过稳压模块1为锂离子电池2充电，维持锂离子电池2的电压；

步骤504、多次重复步骤一至步骤五，实现厕所的冲水。

本实施例中，步骤202中所述设定的短冲水时间的取值范围为2秒～5秒；

步骤203中所述设定的长冲水时间的取值范围为6秒～12秒。

步骤302中所述低电压阈值的取值范围为1.5伏～2伏。

步骤501中所述冲水触发时间不小于2分钟。

需要说明的是，实际使用过程中，所述冲水触发时间、所述设定的短冲水时间、所述设定的长冲水时间和所述低电压阈值的取值范围均可根据实际情况进行调节，以最大限度地满足厕所冲水要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：包括自发电模块、蓄电模块和控制模块，所述自发电模块包括安装在冲水管上且能自俘水能的水轮发电机(10)和与水轮发电机(10)输出端相接的稳压模块(1)，所述蓄电模块包括锂离子电池(2)、与锂离子电池(2)相接的电池保护电路(5)和与锂离子电池(2)输出端相接的降压模块(3)，所述控制模块包括控制器(7)、红外检测模块(4)和执行模块，所述降压模块(3)的输出端与控制器(7)和红外检测模块(4)相接，所述红外检测模块(4)包括红外发射电路(4-1)和用于接收红外发射电路(4-1)发射的红外线的红外接收电路(4-2)，所述红外接收电路(4-2)的输出端与控制器(7)的输入端相接，所述执行模块包括电磁阀驱动电路(9)和与电磁阀驱动电路(9)输出端相接的电磁阀(6)，所述电磁阀驱动电路(9)的输入端与控制器(7)的输出端相接，所述电磁阀(6)安装在所述冲水管上，所述控制器(7)的输入端接有用于检测锂离子电池(2)输出端电压的电压传感器(8)和用于设定冲水时间的定时器(11)。

2.按照权利要求1所述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述稳压模块(1)包括型号为XL6009的芯片U1，所述芯片U1的第1引脚接地，所述芯片U1的第2引脚悬空，所述芯片U1的第4引脚分四路，第一路经电容C8接地，第二路经电容C7接地，第三路与水轮发电机(1)的输出端相接，第四路与电感L1的一端相接；所述芯片U1的第5引脚分两路，一路与电阻R12的一端相接，另一路经电阻R14接地，所述芯片U1的第3引脚分五路，第一路与电感L1的另一端相接，第二路与电阻R12的另一端相接，第三路经电容C9接地，第四路经电阻R13与发光二极管D2的阳极相接，第五路与二极管VD3的阳极相接；所述二极管VD3的阴极分两路，一路经电容C6接地，另一路为稳压模块(1)的输出端；所述发光二极管D2的阴极接地。

3.按照权利要求1所述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述降压模块(3)包括型号为XL6009的芯片U2，所述芯片U2的第1引脚接地，所述芯片U2的第2引脚悬空，所述芯片U2的第4引脚分四路，第一路与电容C14的一端相接，第二路与电容C13的一端相接，第三路与锂离子电池(2)的正极输出端相接，第四路与电感L2的一端相接；所述电容C14的另一端分三路，一路与电容C13的另一端相接，另一路与锂离子电池(2)的负极输出端相接，第三路接地；所述芯片U2的第5引脚分两路，一路与电阻R16的一端相接，另一路经电阻R18接地，所述芯片U2的第3引脚分五路，第一路与电感L2的另一端相接，第二路与电阻R16的另一端相接，第三路经电容C15接地，第四路经电阻R17与发光二极管D1的阳极相接，第五路为5V直流电压输出端；所述发光二极管D1的阴极接地。

4.按照权利要求1所述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述电池保护电路(8)包括芯片R5421，所述锂离子电池(2)为电池BT1，所述芯片R5421的第1引脚与N沟道增强型MOS管V1的栅极相接，所述芯片R5421的第2引脚分两路，一路与电阻R15的一端相接，另一路与电容C10的一端相接；所述芯片R5421的第3引脚与N沟道增强型MOS管V2的栅极相接，所述N沟道增强型MOS管V1的漏极和所述N沟道增强型MOS管V2的漏极的连接端与体二极管VD6的阴极和体二极管VD5的阴极的连接端相接，所述N沟道增强型MOS管V2的源极、体二极管VD6的阳极和电阻R15的另一端的连接端为电池BT1的负极输出端，所述N沟道增强型MOS管V1的源极、体二极管VD5的阳极和电容C10的另一端均接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第4引脚经电容C12接电池BT1的负极，所述芯片R5421的第5引脚分两路，一路经电容C11接电池BT1的负极，另一路与电阻R11的一端相接；所述芯片R5421的第6引脚接电池BT1的负极，所述电阻R11的另一端分两路，一路与稳压模块(1)的输出端和降压模块(3)的输入端相接，另一路经熔断器FA1与电池BT1的正极相接。

5.按照权利要求1所述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述继电器驱动电路(9)包括PNP三极管VT1、NPN三极管VT2、PNP三极管VT3和NPN三极管VT4，所述PNP三极管VT1的基极经电阻R2与控制器(7)相接，所述PNP三极管VT1的集电极分三路，一路与NPN三极管VT4的集电极相接，另一路经电阻R4与电容C3的一端相接，第三路为继电器驱动电路(9)的一个输出端；所述PNP三极管VT3的基极经电阻R3与控制器(7)相接，所述PNP三极管VT3的集电极分三路，一路与NPN三极管VT2的集电极相接，另一路与电容C3的另一端相接，第三路为继电器驱动电路(9)的另一个输出端；所述PNP三极管VT1的发射极和PNP三极管VT3的发射极的连接端与5V直流电源输出端相接，所述NPN三极管VT4的基极经电阻R7与控制器(7)相接，所述NPN三极管VT4的发射极和NPN三极管VT2的发射极均接地，所述NPN三极管VT2的基极经电阻R8与控制器(7)相接。

6.按照权利要求1所述的一种厕所用自俘水能供电节水系统，其特征在于：所述红外发射电路(4-1)包括三极管VT5和红外发射管VD4，所述三极管VT5的发射极接5V直流电源输出端，所述三极管VT5的集电极经电阻R6与红外发射管VD4的阳极相接，所述红外发射管VD4的阴极接地，所述三极管VT5的基极经电阻R5与控制器(7)相接；

所述红外接收电路(4-2)包括红外接收芯片TL0038，所述红外接收芯片TL0038的OUT引脚分两路，一路与控制器(7)相接，另一路与电阻R10的一端相接，所述红外接收芯片TL0038的VCC引脚分三路，一路与电阻R10的另一端相接，另一端经电阻R9与发光二极管D3的阳极相接，第三路与5V直流电源输出端相接；所述发光二极管D3的阴极与控制器(7)相接。

7.一种利用如权利要求1所述的厕所用自俘水能供电节水系统的智能测控方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、获取红外检测模块的信号和锂离子电池的电压：控制器(7)控制红外发射电路(4-1)发射红外线，红外接收电路(4-2)对红外发射电路(4-1)发射的红外线进行检测并输出高低电平检测信号至控制器(7)；电压传感器(8)对锂离子电池(2)输出端的电压进行检测，并将检测到的电压发送至控制器(7)；

步骤二、判断锂离子电池的电压是否小于低电压阈值：控制器(7)将接收到的电压与预先设定的低电压阈值进行比较，当电压传感器(8)检测到的电压小于所述低电压阈值时，执行步骤三；否则，执行步骤四；

步骤三、锂离子电池的充电：

步骤301、控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)打开，所述冲水管开始放水，水轮发电机(10)自俘水能而发出的电能经过稳压模块(1)为锂离子电池(2)充电，在锂离子电池(2)充电的过程中，电池保护电路(5)对锂离子电池(2)进行保护，直至达到锂离子电池(2)充电饱和状态，电池保护电路(5)切断水轮发电机(10)经过稳压模块(1)为锂离子电池(2)充电的充电回路；

步骤302、控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)关闭，同时，水流中断水轮发电机(10)停止工作；

步骤四、判断是否有使用者使用厕所：控制器(7)对接收到的高低电平检测信号进行判断，当控制器(7)接收到高电平检测信号时，即红外接收电路(4-2)未接收到红外发射电路(4-1)发射红外线，则判断使用者使用厕所，执行步骤五；当控制器(7)接收到低电平检测信号时，即红外接收电路(4-2)接收到红外发射电路(4-1)发射红外线，则判断未有使用者使用厕所，重复执行步骤一至步骤四；

步骤五、电磁阀打开放水及锂离子电池的充电：

步骤501、控制器(7)接收到红外接收电路(4-2)输出的高电平检测信号，控制器(7)并将接收到高电平检测信号的时间与预先设定的冲水触发时间进行判断，当控制器(7)接收到高电平检测信号的时间小于预先设定的冲水触发时间时，执行步骤502；否则，执行步骤503；

步骤502、控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器(14)设定的短冲水时间，控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机(10)自俘水能而发出的电能经过稳压模块(1)为锂离子电池(2)充电，维持锂离子电池(2)的电压；

步骤503、控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)打开，所述冲水管开始放水，直至达到预先通过定时器(14)设定的长冲水时间，控制器(7)通过电磁阀驱动电路(9)控制电磁阀(6)关闭，停止放水；同时，在所述冲水管放水的过程中，水轮发电机(10)自俘水能而发出的电能经过稳压模块(1)为锂离子电池(2)充电，维持锂离子电池(2)的电压；

步骤504、多次重复步骤一至步骤五，实现厕所的冲水。

8.按照权利要求7所述的智能测控方法，其特征在于：步骤202中所述设定的短冲水时间的取值范围为2秒～5秒；

步骤203中所述设定的长冲水时间的取值范围为6秒～12秒。

步骤302中所述低电压阈值的取值范围为1.5伏～2伏。

步骤501中所述冲水触发时间不小于2分钟。