CN203286073U - 自来水停水延时自闭阀门装置 - Google Patents

Abstract

一种自来水停水延时自闭阀门装置，由电动阀、电动阀驱动电路、水压开关、启动按钮开关、拨码开关、开关状态扫描电路、电池电压监测电路、电池低压指示电路、单片机控制电路以及电源组成。工作时，自来水压力正常，按下控制器启动按钮，电动阀开启，维持供水；自来水管道停水时，压力开关动作，控制器延时一定时间后，关闭电动阀，停止供水，输出报警指示信号；自来水管道中途来水，压力正常后，只有重新按下控制器启动按钮才能恢复供水，可以防止突然来水后发生跑水，避免造成漫水事故。

Description

自来水停水延时自闭阀门装置

技术领域

本实用新型是一种家用自来水停水延时自闭阀门装置，涉及一种电动式自动关闭阀门装置，具体涉及自来水管道停水时可延时自动关闭水路的一种自闭阀门装置。

背景技术

我国的水资源相当宝贵，部分地区水资源严重不足，自来水突然停水成为常态，停水中忘记关闭水龙头即离开的情况也时有发生，轻则浪费水资源，情况严重时还会造成漫水事故，扩大损失。

电动或电磁式自闭水阀装置，需要考虑的核心问题是供电电源的可靠性及自来水水压波动较大时如何避免错误关闭水阀。

专利号为200320115361.8的实用新型专利“停水报警保护器”采用市电交流220V供电，安全性差，停电时不能实现报警与保护功能，是否停水采用水压开关检测实现，当水压波动时会造成错误判断，关闭电磁阀。

专利号分别为97211457.2号的实用新型专利“自来水报警器”、92210078.0号的实用新型专利“水龙头跑水自动预警电子装置”、201020002742.5号的实用新型专利“停水未关自动报警式水龙头或家内用水总闸阀”都采用电池供电，控制装置功耗大，电池维持正常工作时间短，电池电量耗尽后没有提示，可靠性差，且都只能完成停水报警功能，不能实现自动闭阀。

发明内容

为解决现有电动或电磁式自闭水阀采用电池供电可靠性的问题，有必要提供一种电池电量不足后，能够给出提示信息的停水检测及阀门自闭控制装置。为解决自来水水压波动较大时错误关闭水阀的问题，有必要提供一种检测与判断方法，消除误判。

一种自来水停水延时自闭阀门装置，由电动阀、电动阀驱动电路、水压开关、启动按钮开关、拨码开关、开关状态扫描电路、电池电压监测电路、电池低压指示电路、单片机控制电路以及电源组成。自来水压力变化情况由水压开关单元检测送至控制器，控制器根据自来水压力的变化判断是否停水，如果判断出已经停水，控制器通过电动阀驱动电路控制电动阀关闭，电动阀关闭后，只有在水压恢复正常时按下启动按钮开关才能重新开启阀门。

在所述装置中，停水判断由水压开关的信号变化和延时逻辑共同完成，只有在连续的一段时间内自来水压力小于水压开关的设定值，才给出停水实际发生的结论，可消除水压波动带来的停水误判。延时逻辑的延时时间由接至单片机的拨码开关设定。

在所述装置中，供电电源由碱性电池经DC/DC模块升压、稳压后提供。

在所述装置中，单片机通过继电器驱动电动阀工作，只有在开启或者关闭电动阀门的过程中，电动阀与电动阀驱动电路才消耗电量，在阀门维持关闭状态或者维持开启状态的时候，电动阀和电动阀驱动电路都不消耗电量。

在所述装置中，供电电池电压经电池电压监测电路送至单片机，当电池电量不足时，单片机通过电池电量不足告警指示电路发出告警信号，提醒更换电池。

在所述装置中，控制器的单片机选择具有低功耗工作模式的MSP430单片机，单片机待机时工作在低功耗模式，定时器定时时间到产生的中断请求信号将单片机唤醒至工作模式，任务处理完毕单片机再次进入低功耗待机状态。

在所述装置中，开关状态经开关状态扫描电路送至单片机，需要查询开关状态的时候，单片机输出扫描信号，读入开关状态；不查询开关状态的时候，单片机不输出扫描信号。只有在扫描的时候，开关状态扫描电路才消耗电量。

本实用新型的有益效果是：① 自来水管停水后自动关闭总阀并发出报警指示信号，自来水管恢复来水后，需要按下启动按钮才能恢复供水；② 水压检测与延时逻辑结合共同判断是否停水，可避免自来水压力波动时误闭阀门；③ 采用电池供电，电池电量不足时，能够发出电池电量不足告警信号，提醒更换电池。

附图说明

图1是自来水停水延时自闭阀门装置电源电路原理图。

图2是自来水停水延时自闭阀门装置系统结构框图。

图3是自来水停水延时自闭阀门装置控制电路原理图。

图4是自来水停水延时自闭阀门装置实施例定时器中断程序流程图。

图5是自来水停水延时自闭阀门装置实施例电池电量不足报警子程序流程图。

图6是自来水停水延时自闭阀门装置实施例主程序流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本实用新型具体实施方式作具体说明。

图1是自来水停水延时自闭阀门装置电源电路原理图。

在本实施方式中，电源2的核心是2节碱性电池BT20和带2路输出的直流升压稳压模块DC/DC 200，DC/DC 200型号为LTC3535，滤波电容C21、C28、C29都为6.8μF的陶瓷电容，电感L22、L23大小为4.7μH，4个反馈取样电阻的阻值分别是：R24为1.5MΩ，R25为1MΩ，R26为3.3MΩ，R27为1MΩ，此时VOUT1输出+3V电压，VOUT2输出+5.1V电压。在BT20降到1.8V时，+5.1V输出仍可以提供120mA的驱动电流，+3V输出则达到200mA电流的驱动能力。

图2是自来水停水延时自闭阀门装置系统结构框图。

在本实施方式中，单片机1是控制核心，单片机1通过控制接口IN/OUT2进行输入/输出转换，控制开关状态扫描电路6的工作状态，接口IN/OUT2输出扫描控制信号时，开关状态扫描电路6正常工作，将水压开关3、启动按钮开关4、拨码开关5的机械开关信号经开关状态扫描电路6送至单片机1的IN1输入接口；接口IN/OUT2转换为输入状态时，开关状态扫描电路6不工作，也不消耗电量。

在本实施方式中，单片机1通过输出接口OUT4输出控制信号，经由电动阀驱动电路9，控制电动阀10的开启或关闭，只有在开启电动阀10或者是关闭电动阀10的过程中，电动阀驱动电路9和电动阀10才消耗电量，在维持电动阀10阀门现有状态的过程中，电动阀驱动电路9和电动阀10不消耗电量。

在本实施方式中，碱性电池BT20的输出电压经电池电压监测电路输入单片机1的输入接口IN3，单片机1监测到碱性电池BT20电压低于设定值时，通过输出接口OUT5控制LED信号指示电路8中的LED闪烁显示，提示更换电池。

为避免自来水压力波动带来的停水误判，单片机1通过水压开关3检测到自来水压力低于设定值后，并不马上得出已经停水的结论，而是需要继续检测自来水压力，只有在延时的一段时间之内，自来水压力持续低于设定值，单片机1才得出已经停水的判断。延时时间由的拨码开关5设定。

如果判断出已经停水，单片机1通过电动阀驱动电路9控制电动阀10关闭，电动阀10关闭后，只有在自来水水压恢复正常，按下控制器上的启动按钮开关4才能重新开启电动阀10，开启电动阀10的过程中，单片机1控制LED信号指示电路8中的LED保持点亮。

图3是自来水停水延时自闭阀门装置控制电路原理图。

在本实施方式中，单片机1采用低功耗的MSP430系列单片机，具体型号选择MSP430G2553。下表为图2与图3中单片机1输入/输出接口名称对照表。

单片机1的ACLK由频率32768Hz的晶体XT11产生，CPU工作频率设定为1MHz，为降低功耗，单片机1交替工作在活动模式与LPM3低功耗模式下。活动模式下，单片机1完成开关信号扫描、电动阀驱动控制、电池电压监测、LED指示控制等必要的工作后进入LPM3低功耗模式，等待一定时间后，单片机1内部定时器定时时间到，唤醒单片机1再次进入活动模式。

在本实施方式中，LED信号指示电路8由LED82和电阻R81组成，需要进行电池电量不足指示时，单片机1通过输出接口P2.3输出周期在0.5s～4s之间、占空比为50%的PWM信号，LED82闪烁显示；不需要发出指示信号时，在P2.3输出低电平，LED82不显示。LED82选择红色发光二极管，电阻R81阻值为300Ω，控制流过LED82上的电流为4mA。

在本实施方式中，开关状态扫描电路6由接至＋3V的上拉电阻R67及其接至P2.0的行扫描线、上拉电阻R61～R66及其分别接至P1.0～P1.5的列扫描线共同组成，列扫描线所接所有接口总是为输入状态，行扫描线所接接口P2.0由单片机（1）控制在输入和输出两种状态之间转换，对开关状态扫描电路6的工作状态进行控制。当接口P2.0行扫描线为输入状态时，开关状态扫描电路6工作在非扫描状态，不管水压开关3、启动按钮开关4、拨码开关5的开关状态如何，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5和P2.0等所有列扫描线、行扫描线均由上拉电阻R61～R67拉至高电平，此时开关状态扫描电路6不消耗电量；当P2.0接口为输出状态且输出低电平信号时，开关状态扫描电路6工作在扫描状态，接至P1.0～P1.5的各列扫描线状态反映各自所接开关的状态，开关闭合时，相应列扫描线输入低电平；开关断开时，相应列扫描线输入高电平，此时开关状态扫描电路6消耗电量，但该工作状态时间占比极小，消耗的电量可以忽略不计。上拉电阻R61～R67的阻值均为100kΩ。

在本实施方式中，水压开关3选择型号为PM-001-A-G18-NC的压力开关，压力设定范围0.01～0.1MPa，自来水压力大于压力开关设定值时，水压开关3断开；自来水压力低于设定值时，水压开关3闭合。

在本实施方式中，延时时间由连接至单片机1输入接口 P1.3～P1.0上的拨码开关5设定，拨码开关5选择8421BCD拨码盘，设定延时的时间范围是1～10min。8421BCD拨码盘设定值为1～9时，延时时间与设定值一致，为1～9min；设定值为0时，表示延时时间为10 min。单片机1只有检测到自来水压力在设定的时间范围内连续低于水压开关3的设定值，才判断停水现象确实发生。以设定3 min延时时间为例，单片机1通过水压开关3检测到自来水压力低于设定值后，在3 min时间内周期性地查询水压开关3的状态，如果在连续的3 min时间之内自来水压力均低于设定值，则判断自来水管道确实发生了停水，单片机1控制电动阀10关闭；如果在3 min时间之内检测到自来水压力有超过设定值的情况，则延时时间从下一次自来水压力低于设定值开始重新计时。

在本实施方式中，启动按钮开关4选择LA128AY-11型小型按钮。电动阀10关闭后，只有在水压恢复正常，水压开关3断开时，按下启动按钮开关4才能重新开启电动阀10的阀门。

电池电压监测电路7的功能直接由单片机1（MSP430G2553）内部的10位A/D模数转换器来实现，碱性电池BT20的输出电压+VDD直接从单片机1的A7/P1.7输入，单片机1定期测量碱性电池BT20的输出电压，当其输出电压下降到一定数值时，表明该电池电量不足，单片机1通过P2.3驱动LED82闪烁显示，提示更换电池。在本实施方式中，2节碱性电池BT20的供电终止电压为1.8V，单片机1检测到碱性电池BT20输出电压下降到1.9V时，通过LED信号指示电路8发出电量不足告警信号，此时LED82闪烁显示，闪烁周期为1s。

在本实施方式中，电动阀10选用CWX-15N电动球阀，采用CR02三线控制方式配线。维持电动阀10的阀门状态时，单片机1控制输出接口P2.1、P2.2均输出低电平，三极管T93、T94截止，继电器KA97线圈、继电器KA98线圈以及电动阀10均失电，不消耗电量。关闭阀门时，单片机1控制P2.1输出高电平，P2.2输出低电平，继电器KA97线圈得电，电动阀10的GR端连接到+5.1V电压端，阀门开始关闭，5s后阀门关闭到位，电动阀10内部自动断电，然后单片机1控制P2.1、P2.2输出低电平，阀门维持关闭状态；开启阀门时，单片机1控制P2.1输出低电平，P2.2输出高电平，继电器KA98线圈得电，电动阀10的RD端连接到+5.1V电压端，阀门开始开启，5s后阀门开启到位，电动阀10内部自动断电，然后单片机1控制P2.1、P2.2输出低电平，阀门维持开启状态。电动阀10开启阀门或者关闭阀门时，工作电流为80mA。继电器KA97、KA98选择松下TQ2-5V继电器，线圈电流28.1mA；驱动三极管T93、T94选择SS9013，续流二极管D95、D96选择1N4148，偏置电阻R91、R92阻值为2.2kΩ，基极偏置电流1mA。

图4是自来水停水延时自闭阀门装置实施例定时器中断程序流程图。定时器为单片机1片内的TA0，定时时间125ms。该定时器中断程序的主要功能是周期性地查询自来水水压变化的情况，结合延时时间、启动按钮的状态，控制电动阀阀门的工作状态。

电动阀10所处的当前状态共有4种：维持关闭状态、正在关闭状态、维持开启状态、正在开启状态，程序中用状态码①～④来分别记忆电动阀10阀门的当前状态，他们是维持关闭状态①、正在关闭状态②、维持开启状态③、正在开启状态④。单片机1控制电动阀10在上述状态之间转换的具体操作有：阀门动作1，开始关闭电动阀10阀门，包括输出关闭阀门驱动信号、阀门开/关过程计时器清0、置当前状态为正在关闭状态②；阀门动作2，开始开启电动阀10阀门，包括输出开启阀门驱动信号、阀门开/关过程计时器清0、置当前状态为正在关闭状态④；阀门动作3，停止关闭或开启电动阀10阀门，包括停止输出阀门驱动信号、置当前状态为维持关闭状态①或为维持开启状态③，从正在关闭过程②结束则进入维持关闭状态①，从正在开启过程④结束则进入维持开启状态③；阀门动作4，不进行任何操作，维持电动阀10阀门的当前状态不变。

定时器中断程序首先扫描读入各开关状态，在读入开关状态之前，需要开放开关状态扫描电路6，读入开关状态之后，再关闭开关状态扫描电路6。被读入开关状态的有水压开关3、启动按钮开关4、拨码开关5。水压开关3断开、水压正常时，将停水时间计时器清0；水压开关3闭合、水压不正常时，停水时间计时器计时。停水时间计时通过对中断间隔时间125ms计数来实现，计数值达到480次为1min，10min计数值为4800；为避免计数器溢出，停水时间计时器设定一个大于10min的计时上限值，选择20min，当计数值达到9600后，即使停水，计数器值也不再增加，保持9600不变。

阀门动作1的执行条件是：停水时间计时器计时值≥拨码开关5设定值 and （阀门当前是维持开启状态③ or 阀门当前是正在开启状态④）；

阀门动作2的执行条件是：停水时间计时器计时值=0 and （阀门当前是维持关闭状态① or 阀门当前是正在关闭状态②）and启动按钮开关5按下；

阀门动作3的执行条件是：（阀门当前是正在关闭状态② or 阀门当前是正在开启状态④）and 阀门开/关过程计时器达到5s计时值；

阀门动作4的执行条件是：不满足阀门动作1、阀门动作2、阀门动作3的执行条件时。

阀门开/关过程计时器的计时原理与停水时间计时器相同，程序中，阀门开/关过程计时器除了对阀门开、关的过程时间计时外，在阀门的维持关闭状态①和维持开启状态③也会进行计时，此时的计时没有意义，但对阀门开、关过程时间的计时不影响。

定时器中断程序在最后执行完电池电量电量不足报警子程序后，单片机1重新进入LPM3低功耗模式，125ms后，定时器TA0的下一次中断将再次唤醒单片机1，该定时器中断程序也将再一次被执行，周而复始。

图5是自来水停水延时自闭阀门装置实施例电池电量不足报警子程序流程图。模8计数器用于实现1s周期计时，模8计数器计数值等于0时，取消LED显示驱动信号；模8计数器计数值等于4时，启动单片机1的片内A/D转换器转换并读入电池端电压值，该电压值低于1.9V时，单片机1向LED信号指示电路8输出LED显示驱动信号。只要电池端电压值持续低于1.9V，该电池电量不足报警子程序将驱动LED闪烁显示，闪烁周期1s，LED的显示时间与消隐时间各为0.5s。

图6是自来水停水延时自闭阀门装置实施例主程序流程图。单片机1复位后，首先进行的初始化包括内部时钟配置、I/O口设置、定时器设置、堆栈设置等任务，设置电动阀10阀门的当前状态为维持关闭状态①，开放单片机1片内定时器的定时中断，进入LPM3低功耗模式。该主程序只在复位后被执行一次。

Claims (5)

1.一种自来水停水延时自闭阀门装置，由电动阀（10）、单片机（1）、水压开关（3）、启动按钮开关（4）、拨码开关（5）、开关状态扫描电路（6）、电池电压监测电路（7）、LED信号指示电路（8）、电动阀驱动电路（9）和供电电量来源为2节碱性电池的电源（2）组成，自来水停水信息由水压开关（3）检测并送至单片机（1），其特征是，包括： 

A、自来水停水后单片机（1）延时一定时间通过电动阀驱动电路（9）控制电动阀（10）关闭； 

B、延时时间由接至单片机（1）的拨码开关（5）设定； 

C、单片机（1）通过电池电压监测电路（7）实时监测碱性电池输出端电压； 

D、单片机（1）通过LED信号指示电路（8）发出电量不足告警指示信号。 

2.如权利要求1所述的自来水停水延时自闭阀门装置，其特征在于：所述电源（2）由2节碱性电池和带2路输出的直流升压稳压模块及其外围电路组成。 

3.如权利要求1所述的自来水停水延时自闭阀门装置，其特征在于：所述单片机（1）为MSP430G2553。 

4.如权利要求1所述的自来水停水延时自闭阀门装置，其特征在于：所述拨码开关（5）为8421BCD拨码盘。 

5.如权利要求1所述的自来水停水延时自闭阀门装置，其特征在于：所述电池电压监测电路（7）直接采用单片机（1）片内的A/D转换器。 

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