CN207335785U - 一种卫浴用流量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种卫浴用流量检测装置，设置在卫浴用品的管道内且与卫浴用品管道内的发电机相连接，包括控制器、供电电路、流量检测电路，供电电路分别与发电机、控制器相连接以将发电机产生的电能供给控制器，流量检测电路包括用于采集发电机转动的频率信号的频率信号采集电路、用于采集发电机输出电压信号的电压信号采集电路，频率信号采集电路、电压信号采集电路均连接在供电电路的信号采集端和控制器的信号输入端之间，流量检测电路将获取发电机转动的频率信号、电压信号并传送至控制器内以供控制器计算获取水流流量数据。该卫浴用流量检测装置获取的水流流量数据更加准确，对发电机的发电能量利用率高。

Description

一种卫浴用流量检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种卫浴用流量检测装置。

背景技术

在使用卫浴设备时，能够及时显示水流的流量，从而方便用户精确调节流量。为了保证使用安全，同时节约能源，现有技术中出现了能够自发电以进行流量显示的装置。如申请公布号为CN102698898A(申请号为201210185033.9)的中国发明专利申请《一种灯光反馈流量的花洒》，其中公开的花洒在水腔内设置叶轮，水流进入出水腔进而冲击叶轮使其转动，叶轮转动以使发电电路发电，同时根据叶轮的转速来获取流量数据。一方面，叶轮的转速与水流速度相关，但是与流量之间的关系不稳定。另一方面，叶轮在运动过程中存在惯性，也会影响到流量的正确显示。此外该花洒在水流停止的情况下无法发电，相应在停水后因为断电，内存中的数据会丢失，用户重新打开花洒后，则无法显示关水前的流量，相应无法获知洗浴过程中总的流量数据，影响用户体验。

授权公告号为CN204422567U(申请号为201520166001.3)的中国实用新型专利《一种管道流速检测装置》，其中公开的流速检测装置将管道内物料的流速转换为电流的频率变化，进而通过测频电路测量频率，进一步计算出流速。采用电流的方式获取脉冲信号在低成本实现方案中只能在回路上串联电阻，然后将采集的电流信号通过一定的元器件转化为脉冲信号。这一过程中涉及了电流-电压的转化，根据欧姆定律，则需要在回路中串联电阻，而这对于自发电的设备而言非常不合适，发电机的输出能量非常宝贵，应当尽量避免不必要的浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够节约发电机的输出能量，同时能够更加准确获取水流流量数据的卫浴用流量检测装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种卫浴用流量检测装置，设置在卫浴用品的管道内且与卫浴用品管道内的发电机相连接，其特征在于：包括控制器、供电电路、流量检测电路，所述供电电路分别与所述发电机、控制器相连接以将发电机产生的电能供给控制器，所述流量检测电路包括用于采集发电机转动的频率信号的频率信号采集电路、用于采集发电机输出电压信号的电压信号采集电路，所述频率信号采集电路、电压信号采集电路均连接在所述供电电路的信号采集端和控制器的信号输入端之间，所述流量检测电路将获取发电机转动的频率信号、电压信号并传送至控制器内以供所述控制器计算获取水流流量数据。

所述频率信号采集电路包括一阶低通滤波电路和能将连续模拟信号转换为频率信号的三极管，所述一阶低通滤波电路的输入端连接在供电电路的信号采集端，一阶低通滤波电路的输出端与三极管的基极相连接，三极管的发射极接地；

所述电压信号采集电路采用分压电路，分压电路的电压输入端与三极管的集电极相连接。

为了保证采集的电压信号满足控制器的ADC转化的电压范围，所述分压电路上还并联连接有齐纳稳压二极管以对分压电路的输出电压进行钳位。

所述分压电路上并联连接有电容。

为了获得稳定的直流电信号，所述供电电路包括储能电路、整流滤波电路和低压差线性稳压器，所述整流滤波电路分别与所述发电机的电能输出端、储能电路的输入端相连接，所述低压差线性稳压器分别与储能电路的输出端、控制器的电源输入端相连接。

为了避免水流的流向信号被供电电路中的整流滤波电路中的电容覆盖，所述频率信号采集电路、电压信号采集电路的输入端均连接在整流滤波电路中滤波电路的前端。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的卫浴用流量检测装置通过获取发电机转动的频率信号、电压信号，进而计算获取水流流量数据，能够有效减小水流波动对水流流量计算的影响，使得计算获取的水流流量数据更加接近于实际数据。同时，在数据获取过程中，直接获取发电机的电压数据减少了对发电量的不必要浪费，提高了发电能源的有效利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中卫浴用流量检测装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例中供电电路的电路图。

图3为本实用新型实施例中频率信号采集电路的电路图。

图4为本实用新型实施例中电压信号采集电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的卫浴用流量检测装置设置在卫浴用品的管道内使用，用于检测流经位于用品管道内的水的流量。为了节能，卫浴用品管道内设置有发电机1，该卫浴用流量检测装置通过检测发电机转动频率以及发电机的输出电压进行水流流量的计算。如该卫浴用流量检测装置可以应用在花洒的水流管道内。

该卫浴用流量检测装置包括控制器2、供电电路3、流量检测电路4。本实施例中的控制器2采用低功耗的MCU，该低功耗的MCU内置有BOR、PDR、EEPROM。

供电电路3分别与发电机1、控制器2相连接以将发电机1产生的电能供给控制器2，流量检测电路4分别与供电电路3、控制器2相连接以获取发电机转动的频率信号、电压信号并传送至控制器2内，控制器2根据其内存储的水流流量与发电机转动的频率数据、发电机输出的电压数据的关系计算出对应的水流流量数据。使用时，可以在卫浴用品上设置显示屏，该显示屏与控制器2相连接。进而控制器2计算获取的水流流量数据可以通过显示屏进行显示。

如图2所示，本实施例中的供电电路3包括整流滤波电路32、储能电路31和低压差线性稳压器DZ1。整流滤波电路32分别与发电机1的电能输出端、储能电路31的输入端相连接，本实施例中的整流滤波电路32则由桥式整流电路和电容串联连接构成。本实施例中的储能电路31则采用超级电容。低压差线性稳压器DZ1分别与储能电路31的输出端、控制器2的电源输入端相连接。

卫浴用品在出水过程中，带动发电机1叶轮转动发电，发电机1中产生的交流电经过供电电路3的处理后为控制器2进行供电，控制器2可以根据流量检测电路4采集的信号计算出水流的流量，进而在显示屏3上进行显示。在卫浴用品的出水过程中，储能电路31保持充电状态，水流停止后，则储能电路31可以进行放电，储能电路31中储存的电能可供控制器2内的数据进行短时间的保存，使得使用者沐浴中途关掉卫浴用品再次打开时还能查看关闭前的流量数据，同时将旧的流量数据和新获取的流量数据进行累加计算，能够获取使用过程中的总流量数据，优化了卫浴用品的用户体验。

如图3和图4所示，流量检测电路4包括频率信号采集电路41、电压信号采集电路42，频率信号采集电路41、电压信号采集电路42均连接在发电机1的信号输出端和控制器2的信号输入端之间。

本实施例中的频率信号采集电路41包括一阶低通滤波电路411和能将连续模拟信号转换为频率信号的三极管Q2，该一阶低通滤波电路411即为RC滤波电路，该一阶低通滤波电路411的输入端连接在供电电路3的整流滤波电路32中滤波电路的前端，本实施例中，该一阶低通滤波电路411的输入端的输入端即连接在整流滤波电路32中滤波电容的前端。一阶低通滤波电路411的输出端与三极管Q2的基极相连接，三极管Q2的发射极接地。

为了保证获取的电压范围符合低功耗的控制器2的ADC转换的电压范围，电压信号采集电路42采用分压电路，即采用两个电阻串联连接在三极管Q2的集电极和地线之间，电压信号采集端在两个电阻的连接处引出，为了消除噪声对采样的电压信号的影响，在分压电阻上并联连接一个电容。同时为了对分压电路的输出电压进行钳位，在分压电阻上还并联连接有齐纳稳压二极管DZ2。

应用前述的卫浴用流量检测装置的流量检测方法，包括以下步骤：

步骤一、初始化；

步骤二、控制器2获取频率信号采集电路41采集的脉冲频率信号，进而判断是否有水流；

水流的判断过程为：

设置脉冲频率阈值；

如果控制器2获取频率信号采集电路41采集的脉冲频率信号大于设置脉冲频率阈值，则判断有水流，进入步骤三；

如果控制器2获取频率信号采集电路41采集的脉冲频率信号大于0且小于脉冲频率阈值，则判断卫浴用品处于非正常使用状态，控制器2发出提示信号，该提示信号可以通过蜂鸣器鸣叫或者显示器显示的方式进行提醒，同时进入步骤三；

如果控制器2获取频率信号采集电路41采集的脉冲频率信号小于0，则判断无水流，则储能电路31供电给控制器2，以短时间保存控制器2内存中的流量数据，如储能电路31存储的电量可供控制器2内存中的流量数据保存5分钟，超过5分钟，控制器2内存中的流量数据则因控制器2的断电而消失，进而返回步骤二；如该卫浴用流量检测装置应用在花洒中时，人们洗浴过程中往往会出现关掉花洒而中断水流的情况，但是一般中断时间都较短，则采用该流量检测装置能够在较短时间的水流中断时保证控制器2内存中的流量数据不丢失，进而方便计算沐浴过程中使用的总的水流流量，在节能的基础上优化了用户体验；

步骤三、控制器2读取内存中的水流流量值，同时控制器2接收频率信号采集电路41采集的发电机转动的频率信号、电压信号采集电路42采集的发电机输出电压信号，进而根据控制器2中存储的水流流量与发电机转动的频率数据、发电机输出电压数据的计算关系公式，累加计算水流流量，进而获取当前洗浴过程中的水流总流量；

步骤四、返回步骤二，直至控制器2内存中的水流流量丢失。

为了使得获取的水流流量数据更加精确，本实施例中控制器2内水流流量与发电机转动的频率数据、发电机输出电压数据的计算关系公式的获取过程为：

步骤3.1、在水源和卫浴用品的水管之间连接高精度水表，通过水表读取水流的流速，进而根据流速计算获取水流的流量；

步骤3.2、在利用高精度水表读取水流流速的同时，利用示波器连接频率信号采集电路41、电压信号采集电路42的信号输出端，进而读取相应的频率数据和电压数据，为了避免水流谁建变大或者变小产生的误差，在同一流速下，反复测量多次频率数据和电压数据，进而利用频率数据平均值和电压数据平均值进行计算；

步骤3.3、利用拟合算法获取水流流速的计算公式

v＝f(x,y)＝P₀₀+P₀₁x+P₀₂y；

其中v为水流流速，x为频率信号采集电路41输出的发电机转动的频率数据，y为电压信号采集电路42输出的发电机的输出电压数据，P₀₀、P₀₁、P₀₂均为拟合系数；

步骤3.4、根据水流流速计算水流的流量；

F＝∑v_i*t_i；

其中i为自然数，v_i表示第i个水流流速值，t_i表示采样间隔时间。

限于篇幅，本实施例中仅列出一组实验数据。

表1

组别	1	2	3	4	5	平均值
							频率(HZ)	70.01	70.22	70.47	69.86	70.07	70.127
电压(V)	1.78	1.79	1.80	1.77	1.78	1.784

将所有采集的频率数据作为变量x的一维数组；所有采集的电压数据作为y的一维数组，选择线性插值方式逼近，利用最小二乘法进行数据拟合，获取的水流流速的公式为：

v＝f(x,y)＝0.005488+0.001914x-0.02502y

本模型的拟合度为：

1、方差SSE＝0.00057，该方差越接近于0，说明模型选择和拟合更好，数据预测也越成功。

2、确定系数R-square＝0.9953，该确定系数越接近1，则模型对数据的拟合越好。

3、拟合优度R^2＝0.9906，该拟合优度越接近1，说明回归直线对观测值的拟合程度越好。

4、调整确定系数Adjusted R-square＝0.9944，该调整确定系数越接近1，表明这个模型对数据的拟合越好。

5、均方根值RMSE＝0.00755，该均方根值越接近0，模型的误差越小。

上述指标表明，本实用新型提出的结合电压频率以及电压赋值的关系，能较好的表征水流的实时流速，拟合效果好。

Claims (6)

1.一种卫浴用流量检测装置，设置在卫浴用品的管道内且与卫浴用品管道内的发电机(1)相连接，其特征在于：包括控制器(2)、供电电路(3)、流量检测电路(4)，所述供电电路(3)分别与所述发电机(1)、控制器(2)相连接以将发电机(1)产生的电能供给控制器(2)，所述流量检测电路(4)包括用于采集发电机转动的频率信号的频率信号采集电路(41)、用于采集发电机输出电压信号的电压信号采集电路(42)，所述频率信号采集电路(41)、电压信号采集电路(42)均连接在所述供电电路(3)的信号采集端和控制器(2)的信号输入端之间，所述流量检测电路(4)将获取发电机(1)转动的频率信号、电压信号并传送至控制器(2)内以供所述控制器(2)计算获取水流流量数据。

2.根据权利要求1所述的卫浴用流量检测装置，其特征在于：所述频率信号采集电路(41)包括一阶低通滤波电路(411)和能将连续模拟信号转换为频率信号的三极管(Q2)，所述一阶低通滤波电路(411)的输入端连接在供电电路(3)的信号采集端，一阶低通滤波电路(411)的输出端与三极管(Q2)的基极相连接，三极管(Q2)的发射极接地；

所述电压信号采集电路(42)采用分压电路，分压电路的电压输入端与三极管(Q2)的集电极相连接。

3.根据权利要求2所述的卫浴用流量检测装置，其特征在于：所述分压电路上还并联连接有齐纳稳压二极管(DZ2)以对分压电路的输出电压进行钳位。

4.根据权利要求2所述的卫浴用流量检测装置，其特征在于：所述分压电路上并联连接有电容。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的卫浴用流量检测装置，其特征在于：所述供电电路(3)包括储能电路(31)、整流滤波电路(32)和低压差线性稳压器(DZ1)，所述整流滤波电路(32)分别与所述发电机(1)的电能输出端、储能电路(31)的输入端相连接，所述低压差线性稳压器(DZ1)分别与储能电路(31)的输出端、控制器(2)的电源输入端相连接。

6.根据权利要求5所述的卫浴用流量检测装置，其特征在于：所述频率信号采集电路(41)、电压信号采集电路(42)的输入端均连接在整流滤波电路(32)中滤波电路的前端。