CN109739288A - 一种智能防冻的彩灯水循环系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能防冻的彩灯水循环系统，包括水泵和与水泵连接的低位管道和高位管道，还包括连接在高位管道和低位管道之间的防冻液添加系统，所述防冻液添加系统包括混合罐，所述混合罐顶部与所述高位管道连接，所述混合罐顶部还连接有防冻液补充管和补水管，所述防冻液补充管和补水管上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀，所述水循环系统还包括控制系统，所述控制系统与温度传感器、压力传感器和液位传感器信号连接，所述控制系统可根据温度传感器、压力传感器和液位传感器的信号控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关。本发明利用防冻剂比例与密度相关的原理,通过温度和溶液密度检测,自动添加防冻剂,实现对流水防冻的自动化控制。
Description
技术领域
本发明属于自动控制领域，涉及一种自动防冻的彩灯设备，具体涉及一种智能防冻的彩灯水循环系统。
背景技术
露天展示用大型灯组很多为增强视觉效果和模仿自然环境,都采用循环往复的水流配合灯光取得更好的展示效果。
由于露天环境下水流温度受气温影响,在温度低于零度时水会结冰,采用加热方式能耗较高,而在水中加入丙二醇等防冻剂可以降低水的结冰点,但是由于露天灯组展示时间长,从白天到夜晚温差巨大,多数情况下白天并不需要添加防冻剂,晚上降温后才需要添加,防冻剂随时间推移会逐渐挥发,导致水的结冰点温度再度上升,重新添加防冻剂的时间点和剂量难以把握,完全依赖于经验,造成防冻剂添加量不足或过量。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种智能防冻的彩灯水循环系统。
本发明所述人工智能防冻的彩灯水循环系统，包括水泵和与水泵连接的低位管道和高位管道，还包括连接在高位管道和低位管道之间的防冻液添加系统，所述防冻液添加系统包括混合罐，所述混合罐顶部与所述高位管道连接，所述混合罐顶部还连接有防冻液补充管和补水管，所述防冻液补充管和补水管上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀，所述混合罐下方和高位管道之间连接有竖直设置的压力测量管，所述压力测量管底部连接有压力传感器；所述水循环系统还包括测量水温的温度传感器和检查内部水位的液位传感器，及控制系统，所述控制系统与所述温度传感器、压力传感器和液位传感器信号连接，所述控制系统与所述第一电磁阀和第二电磁阀控制连接；所述控制系统可根据温度传感器、压力传感器和液位传感器的信号控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关。
优选的，所述混合罐底部和低位管道之间连接有储藏罐，所述储藏罐与低位管道之间设置有第三电磁阀，所述控制系统与所述第三电磁阀控制连接。
优选的，所述低位管道连接有水流展示盘，所述液位传感器设置在水流展示盘内。
优选的，所述防冻液补充管连接在混合罐顶部中央，所述混合罐中央设置有中轴，所述中轴上从上至下排列有多个阻挡盘，所述混合罐侧壁从上至下排列有多个阻挡环，所述阻挡盘外径大于所述阻挡环内径；所述阻挡盘和所述阻挡环交错设置。
优选的，所述控制系统包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
优选的，所述控制系统包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述第二与门的输出端与所述第三电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
优选的，所述控制系统还包括计时器，所述计时器的输入端与所述第一电磁阀的控制端连接，复位端与所述压力传感器的输出端通过AD转换器连接，所述计时器的输出端输出报警信号。
优选的，还包括警报器和加热器，所述加热器安装在管道和/或阀门上，所述加热器和警报器与计时器的输出端控制连接。
优选的，所述控制系统具有计算和存储功能，所述控制系统预存有冰点下各个温度不结冰的水与防冻液混合液体的密度参考值，所述单片机的控制逻辑包括以下控制方式：
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一和第二电磁阀。
优选的，所述控制系统具有计算和存储功能，所述控制系统预存有各个温度下不结冰的水与防冻液混合液体的密度参考值，所述单片机的控制逻辑包括以下控制方式：
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一、第二和第三电磁阀
采用本发明所述智能防冻的彩灯水循环系统，利用防冻剂比例与密度相关的原理,通过温度和溶液密度检测,自动添加防冻剂,实现对流水防冻的自动化控制。
附图说明
图1为本发明所述智能防冻的彩灯水循环系统的一个具体实施方式示意图；
图2为本发明所述控制系统的一个具体实施方式示意图；
图3为本发明所述控制系统的又一个具体实施方式示意图；
图中附图标记名称为：1-低位管道，2-高位管道，3-混合罐，4-防冻液瓶，5-压力测量管，6-压力传感器；7-中轴，8-阻挡环，9-阻挡盘，10-储藏罐，11-加热丝，12-水流展示盘，13-水泵，14-多孔板，D1-第一电磁阀，D2-第二电磁阀, D3-第三电磁阀,AND21-第一与门,AND22-第二与门,ADC-模数转换器,OR2-或门,TS-温度传感器,MS-压力传感器,YS-液位传感器,DC1-第一电磁阀控制信号, DC2-第二电磁阀控制信号, DC3-第三电磁阀控制信号,W-报警信号。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述的智能防冻的彩灯水循环系统，包括水泵和与水泵连接的低位管道1和高位管道2，还包括连接在高位管道和低位管道之间的防冻液添加系统，所述防冻液添加系统包括混合罐3，所述混合罐顶部与所述高位管道连接，所述混合罐顶部还连接有防冻液补充管和补水管，所述防冻液补充管和补水管上分别设置有第一电磁阀D1和第二电磁阀D2，所述混合罐下方和高位管道之间连接有竖直设置的压力测量管5，所述压力测量管底部连接有压力传感器6；所述水循环系统还包括测量水温的温度传感器和检查内部水位的液位传感器，及控制系统，所述控制系统与所述温度传感器、压力传感器和液位传感器信号连接，所述控制系统与所述第一电磁阀和第二电磁阀控制连接；所述控制系统可根据温度传感器、压力传感器和液位传感器的信号控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关。
本发明基于以下原理：防冻剂添加到水中形成的防冻剂水溶液的冰点与溶液浓度相关,而溶液浓度决定了水溶液的密度,通过检测水溶液密度,可以得到水溶液中的防冻剂浓度,从而得到此时冰点,根据检测密度增加防冻剂浓度,可以降低水溶液的冰点。
正常循环的水流通过水泵产生动力,在由低位管道1,高位管道2,水泵13和防冻液添加系统组成的水流回路上流动。
如图1所示的压力测量管底部设置的压力传感器信号被控制系统检测分析，而压力正比于溶液密度，即压力传感器传递的信号实际表征了溶液密度，控制系统可以采用如下的第一种逻辑控制方式。
如果同时发现温度传感器检测到温度低于或接近冰点温度,且密度低于阈值,则控制系统控制第一电磁阀打开,开始加注防冻液,防冻液经过混合罐与水混合均匀,此时水溶液密度上升,直至密度上升至高于阈值,则控制系统关闭第一电磁阀D1。如果温度升高或浓度高于阈值,则可以关闭第一电磁阀。
如果液位传感器发现由于水溶液挥发导致整个水循环回路中水量不足，则需要打开第二电磁阀D2进行补水，单独进行补水操作必然导致在防冻剂溶液浓度下降，因此可以在检测到温度低于或接近冰点温度时，此时进行补水操作的同时打开第一电磁阀进行防冻剂补充，可以通过选择不同规格的电磁阀或管径不同的管道，使防冻剂的补充速度与水的补充速度比例适当，既不会超量注入防冻剂，又不会使补水导致防冻剂浓度迅速下降。
在各个传感器输出信号均为高电平有效，即高于阈值时输出高电平信号，控制系统的上述控制方式可以采用如图2所示的控制系统实现，所述控制系统包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
AD转换器用于将各个传感器的模拟信号转化为可被数字逻辑门识别的数字电平信号，与门实现了温度检测与密度检测，温度检测与水量检测的同时触发逻辑，上述电路可以实现前文所述的第一种控制方式，在进行补水操作时，仅在低温状态下才会同时进行防冻剂的补充操作。
如图1所示的具体实施方式中，给出一种针对低温的更佳补充溶液的方式，在所述混合罐底部和低位管道之间连接有储藏罐10，所述储藏罐与低位管道之间设置有第三电磁阀D3，所述控制系统与所述第三电磁阀D3控制连接。
在低温状态下补充溶液，采用储藏罐可以预存有已经调节好比例的抗冻溶液，在水位降低时优先从储藏罐中补充抗冻溶液，从而避免直接补水和抗冻剂造成整体溶液浓度下降。
该第二种控制方式与第一种控制方式的区别在于：当低温且液面较低需要补充时，打开第三电磁阀直接向低位管道补充，同时打开第一电磁阀和第二电磁阀开始向循环系统补充。当液面较低但并不处于低温状态时，则打开第二电磁阀和进行单纯补水操作。
可实现第二种控制方式的控制系统如图3所示，与图2基本相同但输出信号连接关系不同，包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述第二与门的输出端与所述第三电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
还有一种优选实施方式为: 彩灯水循环系统，还包括警报器和加热器，所述加热器安装在管道和/或阀门上，所述加热器和警报器与计时器的输出端控制连接。主要针对由于防冻液瓶4中防冻剂预存不足或第一电磁阀故障堵塞或管道受冻堵塞造成虽然控制系统发出第一电磁阀开启的指令,但没有足量防冻剂加入的情况。
此时控制系统可以采用如图2或图3所示的电路,利用计时器对第一电磁阀的开启时间进行检测,计时器自身可以设定一个监测时长,例如300秒,当300秒后,密度检测器检测值仍然低于阈值,则不能发出复位信号,此时计时器输出报警信号,同时启动加热装置,例如图1所示在低位管道上缠绕的加热丝11,避免水流结冰,如果密度检测器监测到高于阈值,则输出复位信号,计时器时间归零,不再输出报警及启动加热功能。
对于彩灯，低位管道一般连接有水流展示盘12，例如模拟河流湖泊的水道，水池等，所述液位传感器设置在水流展示盘12内。
图1给出的具体实施方式中，所述防冻液补充管连接在混合罐顶部中央，所述混合罐中央设置有中轴7，所述中轴上从上至下排列有多个阻挡盘9，所述混合罐侧壁从上至下排列有多个阻挡环8，所述阻挡盘外径大于所述阻挡环内径；所述阻挡盘和所述阻挡环交错设置。使得水流和防冻液从多层阻挡盘和阻挡环层层下落，在下落过程中逐步混合均匀。
混合罐顶部可以设置一个多孔板14，防冻液补充管、补水管及混合罐与高位管道的连接处均位于多孔板上方，液体从多孔板的多个孔中流出，也利于混合均匀。
以上为采用简单逻辑门实现的控制方式,只能针对温度和密度的单一阈值进行监测,因此阈值设置一般较高,防止在较低温度下结冰,在气温低于冰点但距离冰点不远时,通常情况下会造成防冻剂的添加过量,为实现更加智能化的监测,可以采用单片机,处理器等具有计算和存储功能的设备作为控制系统,预存有冰点下各个温度不结冰的水与防冻液混合液体的密度参考值，所述单片机的控制逻辑包括以下控制方式：
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一和第二电磁阀。
如果是采用了储藏罐的实施方式,则可以采用以下控制方式
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一、第二和第三电磁阀。
以上两种控制方式可以实现对防冻剂添加的更精确控制。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能防冻的彩灯水循环系统，包括水泵和与水泵连接的低位管道和高位管道，其特征在于，还包括连接在高位管道和低位管道之间的防冻液添加系统，所述防冻液添加系统包括混合罐，所述混合罐顶部与所述高位管道连接，所述混合罐顶部还连接有防冻液补充管和补水管，所述防冻液补充管和补水管上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀，所述混合罐下方和高位管道之间连接有竖直设置的压力测量管，所述压力测量管底部连接有压力传感器；所述水循环系统还包括测量水温的温度传感器和检查内部水位的液位传感器，及控制系统，所述控制系统与所述温度传感器、压力传感器和液位传感器信号连接，所述控制系统与所述第一电磁阀和第二电磁阀控制连接；所述控制系统可根据温度传感器、压力传感器和液位传感器的信号控制第一电磁阀和第二电磁阀的开关。
2.如权利要求1所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述混合罐底部和低位管道之间连接有储藏罐，所述储藏罐与低位管道之间设置有第三电磁阀，所述控制系统与所述第三电磁阀控制连接。
3.如权利要求1所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述低位管道连接有水流展示盘，所述液位传感器设置在水流展示盘内。
4.如权利要求1所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述防冻液补充管连接在混合罐顶部中央，所述混合罐中央设置有中轴，所述中轴上从上至下排列有多个阻挡盘，所述混合罐侧壁从上至下排列有多个阻挡环，所述阻挡盘外径大于所述阻挡环内径；所述阻挡盘和所述阻挡环交错设置。
5.如权利要求1所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述控制系统包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
6.如权利要求2所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述控制系统包括第一与门，第二与门和或门，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别通过AD转换器连接第一与门的两个输入端，所述温度传感器和液位传感器的输出端分别通过AD转换器连接第二与门的两个输入端，两个与门的输出端分别与或门的两个输入端连接，所述或门的输出端与所述第一电磁阀控制连接，所述第二与门的输出端与所述第三电磁阀控制连接，所述液位传感器的输出端通过AD转换器与所述第二电磁阀控制连接。
7.如权利要求6所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述控制系统还包括计时器，所述计时器的输入端与所述第一电磁阀的控制端连接，复位端与所述压力传感器的输出端通过AD转换器连接，所述计时器的输出端输出报警信号。
8.如权利要求7所述的彩灯水循环系统，其特征在于，还包括警报器和加热器，所述加热器安装在管道和/或阀门上，所述加热器和警报器与计时器的输出端控制连接。
9.如权利要求1所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述控制系统具有计算和存储功能，所述控制系统预存有冰点下各个温度不结冰的水与防冻液混合液体的密度参考值，所述单片机的控制逻辑包括以下控制方式：
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一和第二电磁阀。
10.如权利要求2所述的彩灯水循环系统，其特征在于，所述控制系统具有计算和存储功能，所述控制系统预存有各个温度下不结冰的水与防冻液混合液体的密度参考值，所述单片机的控制逻辑包括以下控制方式：
根据温度传感器检测的温度调取相应的密度参考值，并根据压力传感器的压力值计算当前液体的密度，如果低于密度参考值则打开第一电磁阀，直至密度高于密度参考值；
如果液位传感器检测液位低于阈值但温度传感器检测的温度高于阈值时，则打开第二电磁阀；如果液位传感器检测液位低于阈值且温度传感器检测的温度低于阈值时，则同时打开第一、第二和第三电磁阀。
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