CN211010074U - 一种智能水龙头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能水龙头，包括控制盒和控制系统。所述控制盒内部的左侧贯穿有水龙头管，所述控制盒的正面从左到右依次固定连接有红外感应器、LED功能指示灯、二维码标签和OLED显示模块，所述控制盒的顶部且位于水龙头管的右侧固定连接有太阳能电池板，本实用新型涉及水龙头技术领域。该智能水龙头，通过设置手机扫码或者后台小程序操作的方式来使用水，可严格控制单次使用水的量和时间，避免造成水资源的浪费，且智能化操作，用水的时间和用量均实时显示，大大方便了用户的使用，成本低，同时该系统可使用太阳能供电、锂电池供电、水力发电和市政供电四种方式，保证了设备持续运行的可靠性。

Description

一种智能水龙头

技术领域

本实用新型涉及水龙头技术领域，具体为一种智能水龙头。

背景技术

水龙头是水阀的通俗称谓，用来控制水流的大小开关，有节水的功效。水龙头的更新换代速度非常快，从老式铸铁工艺发展到电镀旋钮式的，又发展到不锈钢单温单控水龙头、不锈钢双温双控龙头、厨房半自动龙头，现在，越来越多的消费者选购水龙头，都会从材质、功能、造型等多方面来综合考虑。

现有的公共场所通常都会配备公用水龙头，但这些水龙头仅仅是普通水龙头，需要人为开启关闭，进而导致公共卫生用水浪费的问题难以解决，且一些公共供水设备遭到破坏后，管理维修人员不能及时快速的得知，进而不能及时进行维修，达不到有效管控。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种智能水龙头，解决了公共卫生用水浪费水资源和公共供水设备遭到破坏，未能及时有效管控的问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种智能水龙头，包括控制盒和控制系统，所述控制盒内部的左侧贯穿有水龙头管，所述控制盒的正面从左到右依次固定连接有红外感应器、LED功能指示灯、二维码标签和OLED显示模块，所述控制盒的顶部且位于水龙头管的右侧固定连接有太阳能电池板。

优选的，所述控制系统包括微控制器、夜间自动照明系统、电磁阀控制电路、红外感应电路、电池充电管理电路、太阳能充电电路、水力发电模块、直流稳压电源电路、GPS电路、NB-IoT通信电路和故障诊断电路。

优选的，所述电磁阀控制电路、红外感应电路、电池充电管理电路、太阳能充电电路、水力发电模块、直流稳压电源电路和GPS电路的输出端均与微控制器的输入端电性连接。

优选的，所述微控制器的输出端分别与OLED显示模块和LED功能指示灯的输入端电性连接。

优选的，所述微控制器分别与夜间自动照明系统、NB-IoT通信电路和故障诊断电路实现双向连接。

优选的，所述电磁阀控制电路还包括电磁阀和液体流量定量控制器，所述电磁阀、液体流量定量控制器和水力发电模块均固定连接在水龙头管的表面。

有益效果

本实用新型提供了一种智能水龙头。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该智能水龙头，通过在控制盒的正面从左到右依次固定连接有红外感应器、LED功能指示灯、二维码标签和OLED显示模块，控制盒的顶部且位于水龙头管的右侧固定连接有太阳能电池板，控制系统包括微控制器、夜间自动照明系统、电磁阀控制电路、红外感应电路、电池充电管理电路、太阳能充电电路、水力发电模块和直流稳压电源电路，电磁阀控制电路、红外感应电路、电池充电管理电路、太阳能充电电路、水力发电模块和直流稳压电源电路的输出端均与微控制器的输入端电性连接，微控制器的输出端分别与OLED显示模块和LED功能指示灯的输入端电性连接，电磁阀控制电路还包括电磁阀和液体流量定量控制器，电磁阀、液体流量定量控制器和水力发电模块均固定连接在水龙头管的表面，通过设置手机扫码或者后台小程序操作的方式来使用水，可严格控制单次使用水的量和时间，避免造成水资源的浪费，且智能化操作，用水的时间和用量均实时显示，大大方便了用户的使用，成本低，同时该系统可使用太阳能供电、锂电池供电、水力发电和市政供电四种方式，保证了设备持续运行的可靠性。

(2)、该智能水龙头，控制系统包括GPS电路、NB-IoT通信电路和故障诊断电路，微控制器分别与NB-IoT通信电路和故障诊断电路实现双向连接，通过设置故障诊断电路可实时检测装置的运行状态，在出现故障时，可利用GPS电路配合NB-IoT通信电路上传该设备的位置信息，方便工作人员的修理，保证了设备的持续服务。

附图说明

图1为本实用新型控制盒与水龙头管结构的立体图；

图2为本实用新型的系统总体硬件框图；

图3为本实用新型电磁阀、液体流量定量控制器与水力发电模块的安装示意图；

图4为本实用新型微控制器主控模块的原理图；

图5为本实用新型红外感应电路的原理图；

图6为本实用新型电磁阀控制电路的原理图；

图7为本实用新型夜间自动照明电路的原理图；

图8为本实用新型GPS电路的原理图；

图9为本实用新型NB-IoT通信电路的原理图；

图10为本实用新型NB-IoT通信天线滤波电路的原理图；

图11为本实用新型OLED显示模块接口的定义图；

图12为本实用新型故障诊断电路的原理图；

图13为本实用新型太阳能充电电路的原理图；

图14为本实用新型直流稳压电源电路的原理图；

图15为本实用新型电池充电管理电路的原理图；

图16～18为本实用新型直流低压线性稳压电路的原理图；

图19为本实用新型水力发电机供电电路的原理图。

图中：1-控制盒、2-控制系统、3-水龙头管、4-红外感应器、5-LED功能指示灯、6-二维码标签、7-OLED显示模块、8-太阳能电池板、9-微控制器、10-夜间自动照明系统、11-电磁阀控制电路、12-红外感应电路、13-电池充电管理电路、14-太阳能充电电路、15-水力发电模块、16-直流稳压电源电路、17-GPS电路、18-NB-IoT通信电路、19-故障诊断电路、20-电磁阀、21-液体流量定量控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-19，本实用新型提供一种技术方案：一种智能水龙头，包括控制盒1和控制系统2，控制系统2包括微控制器9、夜间自动照明系统10、电磁阀控制电路11、红外感应电路12、电池充电管理电路13、太阳能充电电路14、水力发电模块15、直流稳压电源电路16、GPS电路17、NB-IoT通信电路18和故障诊断电路19。微控制器9型号为STM32F103RCT6，是基于ARMCortex-M内核架构的32位微控制器，有64个管脚，内置256K的Flash，48K的RAM，3路16位AD，4个16位定时器和3路通用串行收发器通信口，它能以较低的系统功耗，提供高效的计算性能和快速的中断响应；GPS电路17采用Ulbox_NEO芯片，它具有灵敏度高、低功耗、小型化、低成本等优点，在恶劣环境下它都能高精度定位，非常适用于定位系统的应用；NB-IoT可用于无线抄表、共享单车、智慧城市、智能家电智能门禁远程开锁等诸多行业，NB-IoT通信电路18电路采用BC95-G通信芯片，它的供电电压范围：3.1V～4.2V，典型供电电压3.6V；功耗低，PSMPower Save Mode，省电模式下最大耗流仅5uA，BC95-G可与网络运营商的基础设备建立通信，再由基站与后台网络通信；电磁阀控制电路11、红外感应电路12、电池充电管理电路13、太阳能充电电路14、水力发电模块15、直流稳压电源电路16和GPS电路17的输出端均与微控制器9的输入端电性连接，微控制器9的输出端分别与OLED显示模块7和LED功能指示灯5的输入端电性连接，微控制器9分别与夜间自动照明系统10、NB-IoT通信电路18和故障诊断电路19实现双向连接，通过设置故障诊断电路19可实时检测装置的运行状态，在出现故障时，可利用GPS电路17配合NB-IoT通信电路18上传该设备的位置信息，方便工作人员的修理，保证了设备的持续服务，电磁阀控制电路11还包括电磁阀20和液体流量定量控制器21，电磁阀20、液体流量定量控制器21和水力发电模块15均固定连接在水龙头管3的表面，通过设置手机扫码或者后台小程序操作的方式来使用水，可严格控制单次使用水的量和时间，避免造成水资源的浪费，且智能化操作，用水的时间和用量均实时显示，大大方便了用户的使用，成本低，同时该系统可使用太阳能供电、锂电池供电、水力发电和市政供电四种方式，保证了设备持续运行的可靠性，控制盒1内部的左侧贯穿有水龙头管3，控制盒1的正面从左到右依次固定连接有红外感应器4、LED功能指示灯5、二维码标签6和OLED显示模块7，OLED是有机电激光显示，屏幕不需要背光模组，厚度上比液晶屏更轻薄，它有广视角、自发光、较低功耗等优点，零下四十度仍然可以显示，响应时间短，故本系统采用OLED来显示数据和图案，控制盒1的顶部且位于水龙头管3的右侧固定连接有太阳能电池板8。

控制器主控模块原理如图4所示，控制器主控芯片TM32F103RCT6的电源脚接工作电压3.3V；7脚连接复位电路；5脚和6脚外接8MHz的振荡电路；第8脚接故障诊断电路；14脚接红外感应电路，用来接收红外信号，有红外信号时14脚为低电平，反之为低；16、17脚与NB-IoT芯片直接进行串行数据传输；29、30脚负责与GPS定位芯片UM220直接进行串行数据传输；20脚接电磁阀20开关指示LED控制电路，当电磁阀20打开，20脚PA4为高电平，LED指示灯亮；21脚、23脚、26脚、27脚接OLED模块，用来传输显示在OLED上的数据；22脚PA6接电源指示LED控制端，当有用户扫二维码消费时，控制器芯片接收后台系统发来的指令，系统由睡眠状态转为唤醒状态，电源指示LED点亮；35脚PB14接红外感应控制端；36脚PB15用来控制窄带物联网芯片BC95-G的复位；38脚PC7用来控制电源供电选择开关K1，用来选择电池供电还是直流9V电源供电；39脚PC8接电磁阀20控制端，控制电磁阀20的开闭；40脚PC9接夜间自动照明系统10的控制端，控制灯珠的亮灭；42、43脚与GPS芯片进行串口通信；44脚和45脚接USB2.0接口，用来与计算机进行数据通信；46脚、49脚、50脚、55脚、56脚接程序烧录接口，用来给为控制器烧录程序。

红外感应电路12如图5所示，当用户扫描二维码成功后，NB-IoT芯片接收二维码扫码信息，微控制器19的P14脚输出低电平，三极管Q5导通，红外线发射管发射出红外线，当用户开始用水时，客户的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体遮挡反射到红外线接收管，接收管Q6导通，PA1_INT为低电平；反之，当无用户消费时，微控制器19的P14脚输出高电平，三极管Q5截止，Q6截止，PA1_INT为高电平。

电磁阀控制电路11如图6所示，当用户扫描二维码成功后，红外感应电路12未感应到用户的遮挡信息，说明用户未准备好开始用水，即微控制器19如果检测到PA1管脚的PA1_INT信号为高电平，则微控制器19继续等待，直到PA1管脚的PA1_INT信号为低电平，用户的身体在红外感应区域范围内，微控制器19的PC8管脚PC8_DCF_CTL为高电平，Q7导通，电磁阀20打开，水龙头出水；如果扫码成功后，等待一分钟，用户身体还未在红外感应范围内，则水龙头自动出水；水龙头出水后，微控制器19开始计时，出水时间达到设定的时间时，PC8为低电平，Q7截止，电磁阀20闭合，水龙头关水；如果无用户消费，则PC8为低电平，Q7截止，电磁阀20闭合，水龙头不出水；其中R20为限流电阻，二极管D22是续流二极管，可释放反向电流，对晶体管Q7起保护作用。

夜间自动照明系统10如图7所示，光敏电阻RL、微调电阻器R19和功率开关集成芯片U2(TWH8778)组成光控开关。当主控芯片没有接收客户消费信息时，三极管Q4为截止状态，整个自动照明电路处于断开状态；当主控芯片接收到后台发送的客户消费信息后，I/O口PC9为高电平，三极管Q4导通；白天，因光敏电阻RL受自然光照射呈低电阻，功率开关集成芯片U2控制端第5脚处于低电平(<1.6V)，其输入端第1脚与第2、3脚呈断开状态，发光二极管D3、D4、D5无电不发光；夜晚，光敏电阻器RL因无强光照射呈高电阻，U2的第5脚高电平(>1.6V)，U2内部电子开关接通，发光二极管D3、D4、D5通电发光，给客户照明。调节R19的阻值，可改变同一受光条件下RL两端的分压大小，从而使光控灵敏度得以调节。U2选用TWH8778芯片，有过压、过热、过流等保护电路。可在28V、1A以下做高速开关。输入脚与输出脚导通压降0.18～0.45V。RL选用MG44-02光敏电阻器，亮阻小于2千欧，暗阻大于200千欧，LED也可以用2.5V/0.3A的小电珠。

GPS电路17如图8所示，Ulbox_NEO芯片用直流3.3V供电，22脚连接至后备电源(电池供电)，当直流3.3V电源断电时，芯片由电池CR1220供电，芯片可保存断电之前的位置，可进行热启动，节省启动时间；芯片的20脚、21脚与MCU相连通信，RF_IN信号接GPS天线，天线采用外购的GPS天线。

NB-IoT通信电路18如图9-10所示，BC95-G芯片用直流3.3V供电；19、20脚与PC机通信，可用于信号调试；29、30脚与主控芯片STM32F103RCT6通信；38、39、40、41脚连接到SIM卡座，即SIM卡座的电源脚、复位脚、数据输出脚、时钟脚；53脚先通过一个∏型滤波电路(C30、R31、C31)与天线相连，天线直接采用外购IPX接口的NB-IoT天线。SIM_VDD给外部SIM卡供电，电压范围为1.8V至3.0V，SIM_RST是外部SIM卡复位信号输出引脚，低电平有效，SIM_DATA是SIM卡数据信号IO引脚，用来与SIM卡进行数据通信，SIM_CLK为外部SIM卡时钟信号输出引脚；U11是防静电的IC，型号为SMF05C，与SIM卡的VCC、RESET、CLK、IO引脚相连，可以防止静电对SIM卡的伤害；电容C32、C33、C34可以滤除纹波干扰，NB-IoT芯片接收二维码扫码成功信息后，发送信息给微控制器19，微控制器19控制电磁阀20开闭。

OLED显示模块7如图11所示，选用市场上现成的0.96吋的OLED显示屏模块，显示区域是128*64的点阵，每个点均可自己发光，可显示汉字、字母、数字、图案等。支持直流电压3V～5V，全屏点亮时0.08W，正常全屏显示汉字0.06W(远低于液晶、TFT等技术)，接口定义为1脚接电源地，2脚接电源正极，3脚接时钟，4脚接数据，5脚接复位脚，6脚接数据/命令选择脚。

故障诊断电路19如图12所示，当用户扫描二维码，红外感应器4感应到用户开始用水，微控制器19控制电磁阀20开，水龙头出水，微控制器19同时开始计时，在设定的时间计时结束后停止出水。在水龙头出水的这段时间内，水力发电机经过7809稳压管输出9V电压，故障诊断电路的输入端Vo_7809电压为直流9V，三极管Q2导通，其集电极端PC0_Fault_Diag检测到低电平，微控制器19计时低电平的总时间是否等于设定时间，相等则此时系统工作正常。反之，当Q2集电极端PC0_Fault_Diag检测到高电平，或者微控制器19计时低电平的时间不等于设定时间，则系统工作异常，微控制器19通过NB-IoT芯片发送指令给后台系统。

太阳能充电电路14如图13所示，它由太阳能电池板BP、充电锂电池组成，当太阳光照射到太阳能电池板BP上时，BP表面发生光伏效应，两端输出电能，通过隔离二极管D输出9V电压给锂电池充电或者给系统供电。电路中D7作为隔离二极管，作用是防止充电锂电池对太阳能电池板BP反向放电(无光照时)，D7采用管压降为0.2V的肖特基二极管1N5819，可有效降低对太阳能电池板BP输出电压的折损，太阳能充电板BP选用开路电压为9V的单晶硅太阳能电池板，锂电池在充电的同时，可以对外进行供电，在无条件用市电情况下，可通过锂电池供电。

直流稳压电源电路16如图15所示，电源输入为220V交流电压，输出为9V直流电压，电路由保险丝F1、开关S3、电源变压器T1、整流桥堆UR1和滤波电容C20-C21、稳压二极管D13组成，电路通电后，交流220V电压经过T1降压、2A/50V的整流桥堆UR1整流、电容滤波和D13稳压二极管1N4739稳压后，形成9V直流电压。

电池充电管理电路13如图16所示，该充电器具有完善的过电压、过电流、过热保护功能和充电状态指示功能，并根据被充电电池自动选择充电模式，充电完毕后能自动停充，充电电路由充电控制芯片U7、电位器R25、直径Φ5mm的发光二极管D14～D16等外围元器件组成，充电电池选用18650锂电池，容量为12580mWh。电路通电后，在充电器未接入充电电池BT1时，SC801工作于LDO模式，在此模式下，电路可作为低压差稳压器使用。接入电池BT1后，若电池的端电压低于2.8V，则芯片自动进入预充电模式，充电电流为60mA；若电池的端电压超过2.8V，芯片自动转入大电流快速充电模式，充电电流为0.68～1.25A可调；若电池端电压达到设定值的4.1V，芯片自动由恒流充电方式转为恒压充电方式，充电电流逐渐减小；当充电电流降至终止电流以下时，芯片进入终止模式，充电结束。随后，芯片对电池BT1进行监测，若停止充电后电池电压降至预充电的门限以下，则芯片重新启动对BT1充电，将电池充电至设定的电压后停止充电。芯片接通电源后，状态指示LED灯D15点亮。在预充电和快速充电状态下，充电指示LED2灯D16点亮，电池充满电后，LED灯D16熄灭。当芯片的工作电压偏高至一定值时，其内部的过电压保护电路工作，SC801芯片无电压输出，同时过电压指示发光二极管LED灯D14点亮。

如图16-18所示，充电锂电池电压是3.7V，充满电最高电压4.2V，由于系统中有用到5V电压，故需采用一个直流5V升压模块，输出稳定的直流5V电压，升压芯片选用H993芯片，输入电压是1.2V～4.5V，输出电压是5V，电池供电输出经过一个双刀双掷的继电器来控制，继电器由微控制器19的I/O口PC7控制，当PC7为高电平时，继电器线圈通电，电路中的9V电源(太阳能9V供电输出，或者由水力发电机9V供电输出，或者由市电交流220V转直流9V输出)与稳压芯片7805接通，电路由直流9V电源供电，经过7805芯片后，输出稳定的直流5V电压；反之，当PC7为低电平时，继电器线圈无电流通过，电路中的电池与升压芯片H993输入端接通，输入电压由直流3.7V经过直流升压模块，输出稳定的直流5V电压，直流5V电压再经过LM1117芯片输出稳定的直流3.3V电压，直流3.3V供给主控芯片及通信芯片等供电。

水力发电模块15的发电电路如图19所示，选用型号为F50-12V的水力发电机，水力发电机可输出12V直流电压，经过C13、C18两个电容滤波，再经过U5的7809稳压管输出9V的电压，给后续电路供电，或者给BT1锂电池充电。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

使用时，用户通过手持终端扫描二维码标签6或在APP系统小程序中操作，手持终端与NB-IoT通信电路18的窄带物联网通信芯片模块通信连接，后台服务器将用户的扫码成功信息发送指令至微控制器9，微控制器9连接013通信芯片模块后，发送指令至电磁阀20开启出水，此时红外感应器4若未感应到水龙头管3前方被遮挡，表示用户为准备好接水，则此时不出水，当感应到被遮挡时才开始出水，如果扫码成功后，等待一分钟，用户身体还未在红外感应范围内，则水龙头自动出水；水龙头出水后，微控制器9开始计时，出水时间达到设定的时间时，电磁阀20闭合停止出水，从出水开始，液体流量定量控制器21计量水流量，当达到指定量的用水时，电磁阀20同样闭合停止出水，且计时时间和计量的流量实时显示在OLED显示模块7上。

从出水开始，水流带动水力发电模块15开始工作，给锂电池充电，在白天太阳能电池板8转化太阳能为电能储存在锂电池中，在夜间，夜间自动照明系统10发光进行照明。

当故障诊断电路19到系统故障无法正常使用时，控制系统2通过NB-IoT通信电路18将GPS电路17的定位信息发送至后台，通知维修人员前来维修。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智能水龙头，包括控制盒(1)和控制系统(2)，所述控制盒(1)内部的左侧贯穿有水龙头管(3)，其特征在于：所述控制盒(1)的正面从左到右依次固定连接有红外感应器(4)、LED功能指示灯(5)、二维码标签(6)和OLED显示模块(7)，所述控制盒(1)的顶部且位于水龙头管(3)的右侧固定连接有太阳能电池板(8)。

2.根据权利要求1所述的一种智能水龙头，其特征在于：所述控制系统(2)包括微控制器(9)、夜间自动照明系统(10)、电磁阀控制电路(11)、红外感应电路(12)、电池充电管理电路(13)、太阳能充电电路(14)、水力发电模块(15)、直流稳压电源电路(16)、GPS电路(17)、NB-IoT通信电路(18)和故障诊断电路(19)。

3.根据权利要求2所述的一种智能水龙头，其特征在于：所述电磁阀控制电路(11)、红外感应电路(12)、电池充电管理电路(13)、太阳能充电电路(14)、水力发电模块(15)、直流稳压电源电路(16)和GPS电路(17)的输出端均与微控制器(9)的输入端电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种智能水龙头，其特征在于：所述微控制器(9)的输出端分别与OLED显示模块(7)和LED功能指示灯(5)的输入端电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种智能水龙头，其特征在于：所述微控制器(9)分别与夜间自动照明系统(10)、NB-IoT通信电路(18)和故障诊断电路(19)实现双向连接。

6.根据权利要求2所述的一种智能水龙头，其特征在于：所述电磁阀控制电路(11)还包括电磁阀(20)和液体流量定量控制器(21)，所述电磁阀(20)、液体流量定量控制器(21)和水力发电模块(15)均固定连接在水龙头管(3)的表面。

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