智能防长流水阀设计

李　浩,蒋　蘋

（1.湖南农业大学　工学院,长沙　410128；2.湖南生物机电职业技术学院,长沙　410126）

智能防长流水阀设计

李浩1,2,蒋蘋1

（1.湖南农业大学工学院,长沙410128；2.湖南生物机电职业技术学院,长沙410126）

摘要：针对非正常长流水的水流恒定时间超过正常使用时间的特点，设计一种能预设置防长流水时间并同步记录用户用水情况，经对比分析可自动识别长流水并自动关闭水阀，减少水资源浪费以及避免渗漏水事故。

关键词：防长流水；水阀；水流发电机

0　引言

全国范围乃至全球性的供水矛盾日益突出，人类正面临着来自水资源匮乏和水质性两大危机越来越严峻的挑战，合理地开发利用和有效地保护水资源已成为全世界共同关注的热点。因忘关水阀或者水龙头损坏以及管道漏水造成的水资源浪费现象非常严重，因为停水造成的忘记关水龙头造成邻里矛盾纠纷的事情经常发生。发明一种在不改变现有水龙头、洁具等用水装置的前提下，能解决因为忘记关水龙头或者用水装置损坏以及管道漏水所导致的长流问题的阀势在必行。

1　整体结构与功能

1.1智能防长流水阀结构

智能防长流水阀由外壳（1）水流发电机；（2）自锁电磁阀；（3）充电电池；（4）控制电路板；（5）自来水进水口管；（6）自来水出水口管；（7）连接管；（8）水流发电机叶轮；（9）水流发电机线圈；（10）水流发电机导线；（11）自锁电磁阀导线；（12）构成。其中进水口管6与水流发电机2相连，水流发电机2通过连接管8与自锁电磁阀3连接,自锁电磁阀3与出水口管7相连；水流发电机3通过两根导线与控制电路板5相连接，控制电路板5通过两根导线与充电电池4连接，控制电路板5通过两根导线与自锁电磁阀3连接。（如图1所示）。

图1　阀结构图

1.2智能防长流水阀功能

基于微处理器的智能防长流水阀，安装简单、智能程度高、操作简便。

1.2.1安装

该阀可以水表一起合装在一起，进出水口与自来水管相接即可，不需另占空间，不需外接电源线。

1.2.2开阀

按阀体上开阀键，即可打开阀门进入用水状态。

1.2.3关阀

按阀体上关阀键，即可打开阀门进入断水报警状态。

1.2.4特殊用水

当需要进行特殊用水时，比方说给金鱼缸加水、洗车、大扫除，用水量较大时，可设置阀进入特殊用水装态，可按阀仪表上的特殊用水按键的特殊用水按键阀可进入特殊用水状态，当特殊用水时间到后，阀自动进入正常用水状态。

2　工作工程

当自来水流经水流发电机，在水流发电机线圈上输出对应的电能，将电能存储在充电电池给整个系统供电，同时发电机的发电电压信号转变成微处理器能识别的数字信号作为水流量的采样数据，便于系统跟踪水流情况，并根据水流情况以及设定的判断规律进而判断是否为故障原因导致的长流水，如果为故障原因导致的长流水，通过自锁电磁阀控制智能水阀关闭。

3　技术创新与主要技术指标

3.1主要技术创新

3.1.1智能电子与机械阀相结合

将微处理器技术、传感器检测技术、智能充电技术、无线通讯技术等应用于机械水阀的智能控制；

3.1.2采用流量检测和模糊算法相结合的长流水智能识别方法

微处理器通过流量监测模块获取水阀水流量值，将水流量值周期性存储在对应的存储模块存储单元中，同时比对存储器中的用水流量值，如果发现水流量维持在某一相对稳定的数值，并维持时间超过某一设定值M（M的值由经验调查数据表以及用户的平均用水记录数据表来动态决定）关闭阀门，进入报警状态；

3.1.3自供电技术，利用水流发电机发电并存储电能给系统供电

电源由水流发电机、桥式整流单元、稳压单元、充电单元、防反向放电单元、电池电量监测单元、充电电池构成。当水流发电机产生的交流电能到达控制电路板时，就经桥式整流单元转变直流脉动电能，经稳压单元转化为较平稳的直流电能，直流电能再经充电部分，以恒流、恒压、涓流三种方式中的一种进行充电，防反向放电单元当发电机发电电压较低时，低于充电电池电压时，防止充电电池对发电机进行反向放电。

3.1.4水流发电机的发电电压作为水流流量检测信号

发电机发电的电压大小可表示通过水阀的水流量，将流量数据写入存储器，可便于微控制器分析判断是否处在长流水状态，可省去流量传感器部分，减少了体积，降低了成本；

3.2主要技术指标

工作电压DC2.8-4.5V，最大工作压力0.8MP，工作压力0～0.8Mpa，测试压力0.8MPa，温度范围0～80℃，允许最大环境温度80℃，存储温度-25～45℃，静态工作电流≤8uA（VDD=3.6V），设计寿命≥6年，精度等级为2级，压力损失≤0.1mpa（Qmax）

4　结束语

目前市场上，解决水龙头长流水问题的相关产品有感应开关、延时开关、磁控停水自锁阀等。相比这些产品，本设计可在不改变现有水龙头、洁具等用水装置的前提下，解决忘记关水龙头或因为管道损坏造成的长流水问题。

参考文献：

[1]陈明吉，陈晓东，李栋，袁伟.应用于智能水表的水流发电装置[J].水利科技与经济 ,2014（03）：63-68.

[2]李向明，井俊凯，孙军，刘明兰.基于MSP430F413的IC卡式智能水表的研制[J].微计算机信息，2007（17）：53+94-95.