專利名稱：電子節(jié)水控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潔具技術(shù)領(lǐng)域的節(jié)水方法，具體涉及一種電子節(jié)水控制方法。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)與人口的迅速增長，世界水資源的消耗也在以一種驚人的速度增長。如何實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)使用和節(jié)約用水的問題早已是人類共同要關(guān)心的重大生存與發(fā)展的問題，本發(fā)明就是針對人類已經(jīng)大量使用的用水器在使用過程常常因?yàn)槠渎┧茨芗皶r(shí)被發(fā)現(xiàn)，長期造成寶貴的水源被白白流失，造成無法估量的水資源浪費(fèi)，加上某些人的不良生活習(xí)性，在使用用水器后，不管或沒有關(guān)好用水器的進(jìn)水開關(guān)，更加加劇了水資源的大量流失。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，欒東華在《節(jié)能》(2001年第6期)發(fā)表的題為“新型自動(dòng)沖洗器具的開發(fā)與公廁節(jié)水”的論文中針對一般公廁利用機(jī)械定時(shí)沖水裝置對便池進(jìn)行固定時(shí)間式的沖洗所造成的用水浪費(fèi)現(xiàn)象，提出了一種新型節(jié)水自動(dòng)沖洗裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，該方法基于用廁情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用機(jī)械延時(shí)裝置，加大沖洗時(shí)間間隔，以避免在沒有人用廁的情況下白白沖洗而造成用水浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，但是這種節(jié)水方法僅僅在于考慮如何通過減少用水次數(shù)來達(dá)到少用水的目的，而沒有解決用水器在出現(xiàn)部件損壞或人的不良行為所造成的用水浪費(fèi)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種電子節(jié)水控制方法，使其能對用水器在出水閥損壞時(shí)所引起的漏水以及因?yàn)槿藗冊谟盟^程中的不良習(xí)慣所造成的用水浪費(fèi)等現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)的檢測與控制以避免用水浪費(fèi)現(xiàn)象的持續(xù)發(fā)生，從而有效節(jié)約水資源。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明具體步驟包括如下
(1)根據(jù)管路終端用水器用水規(guī)律，設(shè)定一次性用水最大時(shí)間，即從開啟用水到關(guān)閉用水器的持續(xù)時(shí)間，首先，啟動(dòng)學(xué)習(xí)開關(guān)使上述電子節(jié)水裝置進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)開關(guān)輸出電平VS，如下式所示 VS＝1，學(xué)習(xí)開關(guān)輸出高電平，信號處理器中的邏輯門被打開、計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，其中，信號處理器包括邏輯門電路、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)比較器、電壓輸出器與控制器，邏輯門電路是一個(gè)二端輸入或門，VS作為信號處理器前端邏輯門電路的輸入信號輸入至或門的一個(gè)輸入端頭，其與邏輯門電路的輸出存在邏輯關(guān)系如下Vout=VΔp*∪VS]]>其中，VΔP*、Vout分別為經(jīng)調(diào)理放大器轉(zhuǎn)換后的輸出電平與邏輯門電路輸出電平，且VΔp*=1Δp≠00Δp=0]]>式中，Δp為水流差壓信號， 這就是說，Vout作為計(jì)數(shù)器的輸入門控信號入口的門控信號，當(dāng)Vout＝1時(shí)，計(jì)數(shù)器輸入門控信號入口被打開，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口就開始接收由晶振輸送過來的時(shí)鐘脈沖信號而開始計(jì)數(shù)，令計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)變量為Nt，則Nt＝Nt(t)式中，Nt是一個(gè)代表時(shí)間的數(shù)據(jù)量，一旦學(xué)習(xí)過程結(jié)束，即，學(xué)習(xí)開關(guān)斷開，在控制器的作用下，信號處理器將Nt中的數(shù)據(jù)寫入存儲器的存儲單元N0，如果系統(tǒng)是第一次學(xué)習(xí)，則存儲器中不存在任何數(shù)據(jù)，N0為初始設(shè)定，如果系統(tǒng)是在變更用水器一次性用水最長時(shí)間的設(shè)定，則Nt將更新存儲器中原有的N0數(shù)據(jù)，存儲器通過數(shù)據(jù)總線與信號處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，寫入或讀出存儲器中N0的數(shù)據(jù)；(2)通過對水流差壓的檢測來確定水流的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)電磁閥閥門處于打開狀態(tài)且下游用水器有水流流出時(shí)，由于閥門通流面積的不均勻，實(shí)際上閥門已經(jīng)成為水流流動(dòng)過程的節(jié)流件，只要有節(jié)流件的存在，水流勢必產(chǎn)生節(jié)流件上下游兩側(cè)水位的壓力差，因此差壓傳感器可以通過引自電磁閥閥門上下游兩個(gè)端面的測壓孔管感應(yīng)到差壓的存在，即說明有水流流過閥門上下游，存在如下方程式qV=kΔp]]>式中，qV、Δp與k分別代表水流的體積流量、節(jié)流件上下游兩側(cè)的壓力差與比例系數(shù)，當(dāng)電磁閥閥門處于打開狀態(tài)而下游用水器無水流流出時(shí)，管路中的水流處于靜止?fàn)顟B(tài)，電磁閥閥門的上下游兩側(cè)僅存在水力學(xué)靜壓，而不存在水力學(xué)動(dòng)壓，由于電磁閥閥門流程的短小，使得電磁閥閥門上下游兩側(cè)的靜壓僅存在極其微小的差別，即使是高靈敏度的差壓傳感器，只需設(shè)定一個(gè)起始閾值，就可以區(qū)別出水流流動(dòng)與靜止的狀態(tài)特征，換句話說，當(dāng)水流不流動(dòng)時(shí)，差壓傳感器感應(yīng)到的差壓幾乎為零，通過對電磁閥閥門上下游水流差壓的檢測，即可確定水流的流動(dòng)狀態(tài)，只要感應(yīng)到的Δp≠0，就說明管路一直存在水流流出；(3)差壓傳感器將檢測到的水流差壓轉(zhuǎn)換成水流差壓電氣信號VΔP，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式所示VΔP＝lΔp，由此可以獲得流量與水流差壓電氣信號之間的關(guān)系qV=kVΔpl=k*VΔp]]>式中，l為水流差壓電氣信號與水流差壓之間的比例系數(shù)，k*=kll;]]>
(4)水流差壓電氣信號VΔP輸出至調(diào)理放大器，經(jīng)調(diào)理放大后轉(zhuǎn)換成只有高、低兩種電平狀態(tài)的輸出VΔP*，即，要么為1，要么為0；(5)將VΔP*輸出至信號處理器中前端邏輯門電路，經(jīng)邏輯門電路轉(zhuǎn)換后輸出為Vout；(6)當(dāng)VΔp*=1]]>時(shí)，用水器開啟用水，Vout＝1，計(jì)數(shù)器的輸入門控被打開，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口接受來自晶振的時(shí)鐘脈沖信號開始計(jì)數(shù)，持續(xù)更新Nt的數(shù)據(jù)，在控制器的作用下，信號處理器實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)變量Nt與從存儲器中讀取的N0進(jìn)行比較；(7)當(dāng)Nt＞N0時(shí)，用水超過一次性用水最長時(shí)間，電子節(jié)水裝置判定水管下游存在用水浪費(fèi)等現(xiàn)象，信號處理器向雙向晶閘管的控制極輸出控制量使其導(dǎo)通，并帶動(dòng)電磁閥的受電線圈受電，導(dǎo)致電磁閥門關(guān)閉，即，實(shí)施了“管制”，阻止了用水浪費(fèi)現(xiàn)象的持續(xù)，同時(shí)，由信號處理器的輸出口發(fā)光二極管回路發(fā)出亮光指示漏水等信息，當(dāng)Nt≤N0時(shí)，說明用水未超過一次性用水最長時(shí)間，電子節(jié)水裝置不會對下游用水器進(jìn)行“干預(yù)”或“管制”；(8)當(dāng)用水浪費(fèi)現(xiàn)象消除，只需按動(dòng)復(fù)原開關(guān)即可恢復(fù)管道的正常供水。
本發(fā)明通過水流傳感與設(shè)定用水器一次性用水最大時(shí)間的比較，一旦出現(xiàn)漏水等現(xiàn)象，經(jīng)電子節(jié)水控制方法的運(yùn)算會及時(shí)地判斷是否需要輸出控制量將電磁閥啟動(dòng)而關(guān)閉水路，并以二極管發(fā)光的簡單形式向人們提示有漏水等現(xiàn)象發(fā)生，因此可以避免水資源的浪費(fèi)。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
本實(shí)施例是基于一種電子節(jié)水裝置實(shí)現(xiàn)的，該電子節(jié)水裝置包括電磁閥、差壓傳感器、調(diào)理放大器、信號處理器、晶振、存儲器、雙向晶閘管、學(xué)習(xí)開關(guān)、復(fù)原開關(guān)和電源適配器。其中，電磁閥安裝于用水器給水閥門的上游端，電磁閥受電線圈由單相交流電源經(jīng)雙向晶閘管控制供電，電磁閥閥門流通孔的上下管接口貼近閥門上下游端面上設(shè)置有導(dǎo)壓孔管；差壓傳感器經(jīng)導(dǎo)壓孔管獲取電磁閥閥門上下游端面附近的水流差壓信號，經(jīng)差壓傳感器轉(zhuǎn)換的水流差壓電氣信號輸出至調(diào)理放大器，再經(jīng)調(diào)理放大器轉(zhuǎn)換成高、低電平兩種狀態(tài)信號輸出至信號處理器的輸入口作為信號處理器中的計(jì)數(shù)器啟動(dòng)與關(guān)閉的信號；信號處理器通過數(shù)據(jù)總線與晶振和存儲器相連接，晶振向信號處理器中的計(jì)數(shù)脈提供時(shí)鐘脈沖信號；存儲器用以記錄初始設(shè)定的或變更后的用水器一次性用水最大時(shí)間信息數(shù)據(jù)，當(dāng)用水器有水流流出時(shí)，計(jì)數(shù)器即實(shí)時(shí)地記錄用水時(shí)間，并與存儲器中的一次性用水最大時(shí)間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，一旦前者超出后者，說明存在不正?，F(xiàn)象，即存在用水浪費(fèi)等現(xiàn)象；信號處理器設(shè)置一個(gè)輸出口與雙向晶閘管的控制極相連接以控制雙向晶閘管導(dǎo)通或關(guān)斷；一旦信號處理器判定存在用水浪費(fèi)等現(xiàn)象，信號處理器即輸出控制量至雙向晶閘管的控制極使雙向晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)致電磁閥受電線圈通電以實(shí)現(xiàn)電磁閥的關(guān)閉，進(jìn)而切斷用水器的上游水源，并通過信號處理器輸出口上并接的發(fā)光二極管電壓回路讓發(fā)光二極管發(fā)光以做出漏水信息的指示；用水器一次性用水最大時(shí)間信息數(shù)據(jù)的設(shè)定或變更是通過信號處理器輸入口所連接的學(xué)習(xí)開關(guān)實(shí)現(xiàn)；雙向晶閘管的陽級經(jīng)復(fù)原開關(guān)與單相交流電源一端連接，通過該復(fù)原開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置復(fù)原功能，即電磁閥的受電線圈失電而使得電磁閥恢復(fù)至閥門的常開狀態(tài)，雙向晶閘管的陰級串接電磁閥的受電線圈后接至單相交流電源的另一端；電源適配器的輸入端連至單相交流電源，輸出端分別與信號處理器、調(diào)理放大器和差壓傳感器相連接以向它們供電。該電子節(jié)水裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、工作穩(wěn)定可靠，并具有一定程度的智能化水平。
本實(shí)施例的節(jié)水控制方法具體步驟包括(1)首先將與本實(shí)施例相應(yīng)的電子節(jié)水裝置通過管接頭串接于用水器給水閥門的上游側(cè)；(2)啟動(dòng)學(xué)習(xí)開關(guān)使上述電子節(jié)水裝置進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，即根據(jù)管路終端用水器用水規(guī)律，設(shè)定一次性用水最大時(shí)間，由電平VS＝1，學(xué)習(xí)開關(guān)輸出高電平，獲得Vout=VΔp*]]>UVS＝1(VΔP*、Vout分別為經(jīng)調(diào)理放大器轉(zhuǎn)換后的輸出電平與邏輯門電路輸出電平)，計(jì)數(shù)器輸入門控信號入口被打開；(3)計(jì)數(shù)器的輸入門控信號入口獲得門控開始計(jì)數(shù)信號，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口就開始接收由晶振輸送過來的時(shí)鐘脈沖信號而開始計(jì)數(shù)，令計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)變量為Nt，則Nt＝Nt(t)，在控制器的作用下，信號處理器將Nt中的數(shù)據(jù)寫入存儲器的存儲單元N0，如果系統(tǒng)是第一次學(xué)習(xí)，則存儲器中不存在任何數(shù)據(jù)，N0為初始設(shè)定，如果系統(tǒng)是在變更用水器一次性用水最長時(shí)間的設(shè)定，則Nt將更新存儲器中原有的N0數(shù)據(jù)；(4)學(xué)習(xí)過程結(jié)束，關(guān)閉學(xué)習(xí)開關(guān)使上述電子節(jié)水裝置結(jié)束學(xué)習(xí)狀態(tài)，由VS＝0，同時(shí)VΔp*=0,]]>獲得Vout=VΔp*]]>UVS＝0，邏輯門被關(guān)閉，計(jì)數(shù)器的輸入門控信號入口獲得門控停止計(jì)數(shù)信號，計(jì)數(shù)器不接收晶振脈沖信號輸入，計(jì)數(shù)中斷，中斷計(jì)數(shù)時(shí)刻存儲器中所存儲的最后數(shù)據(jù)即代表了一次性用水最長時(shí)間信息；(5)開啟用水器，VΔp*=1,]]>計(jì)數(shù)器的輸入門控被打開，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口接受來自晶振的時(shí)鐘脈沖信號開始計(jì)數(shù)，持續(xù)更新Nt的數(shù)據(jù)，在控制器的作用下，信號處理器實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)變量Nt與從存儲器中讀取的N0進(jìn)行比較，當(dāng)Nt的數(shù)值超過N0，即用水時(shí)間超過事先設(shè)定的用水器一次性用水最長時(shí)間時(shí)，電磁閥門自動(dòng)關(guān)閉，并使發(fā)光二極管發(fā)光，提示用水浪費(fèi)現(xiàn)象的存在；(6)關(guān)閉用水器后，按動(dòng)復(fù)原開關(guān)，再開啟用水器開關(guān)，系統(tǒng)又開始履行步驟(5)所示功能；(7)變更設(shè)定用水器一次性用水最長時(shí)間，實(shí)施方法重復(fù)步驟(2)～(4)所示過程；(8)重新使用用水器時(shí)，電子節(jié)水裝置又開始履行步驟(5)所示功能；當(dāng)沒有發(fā)生用水浪費(fèi)現(xiàn)象時(shí)，電子節(jié)水裝置將不執(zhí)行步驟(5)和(6)所示功能。
本實(shí)施例表明一旦出現(xiàn)漏水等浪費(fèi)現(xiàn)象，控制裝置會及時(shí)地通過判斷，輸出控制量將電磁閥啟動(dòng)而關(guān)閉水路，并以二極管發(fā)光的簡單形式向人們提示有漏水等現(xiàn)象發(fā)生，因此可以避免水資源的浪費(fèi)。本實(shí)施例的效果在于(1)提醒維修人員及時(shí)修復(fù)被損壞的用水器給水開關(guān)或給水管道閥門；(2)提醒使用人在離開用水器前要及時(shí)關(guān)閉給水開關(guān)；(3)可以同時(shí)監(jiān)控本發(fā)明裝置的下游管路一次性出水狀況。
權(quán)利要求
1.一種電子節(jié)水控制方法，其特征在于，具體包括如下步驟(1)根據(jù)管路終端用水器用水規(guī)律，設(shè)定一次性用水最大時(shí)間，首先，啟動(dòng)學(xué)習(xí)開關(guān)使電子節(jié)水裝置進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)開關(guān)輸出電平VS，如下式所示 VS＝1，學(xué)習(xí)開關(guān)輸出高電平，信號處理器中的邏輯門被打開、計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，其中，VS作為信號處理器前端邏輯門電路的輸入信號輸入至邏輯門電路中二端輸入或門的一個(gè)輸入端頭，其與邏輯門電路的輸出存在如下邏輯關(guān)系Vout＝VΔp*∪VS其中，VΔp*、Vout分別為經(jīng)調(diào)理放大器轉(zhuǎn)換后的輸出電平與邏輯門電路輸出電平，且VΔp*=1Δp≠00Δp=0]]>式中，Δp為水流差壓信號， Vout作為計(jì)數(shù)器的輸入門控信號入口的門控信號，當(dāng)Vout＝1時(shí)，計(jì)數(shù)器輸入門控信號入口被打開，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口就開始接收由晶振輸送過來的時(shí)鐘脈沖信號而開始計(jì)數(shù)，令計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)變量為Nt，則Nt＝Nt(t)式中，Nt是一個(gè)代表時(shí)間的數(shù)據(jù)量，學(xué)習(xí)過程結(jié)束，在控制器的作用下，信號處理器將Nt中的數(shù)據(jù)寫入存儲器的存儲單元N0，存儲器通過數(shù)據(jù)總線與信號處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，寫入或讀出存儲器中N0的數(shù)據(jù)；(2)通過對水流差壓的檢測來確定水流的流動(dòng)狀態(tài)，水流差壓與水流的流動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系如以下式所示qv=kΔp]]>式中，qv、Δp與k分別代表水流的體積流量、節(jié)流件上下游兩側(cè)的壓力差與比例系數(shù)；(3)差壓傳感器將檢測到的水流差壓轉(zhuǎn)換成水流差壓電氣信號VΔp，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式所示VΔp＝lΔp由此可以獲得流量與水流差壓電氣信號之間的關(guān)系qv=kVΔpl=k*VΔp]]>式中，l為水流差壓電氣信號與水流差壓之間的比例系數(shù)，k*=kll;]]>(4)水流差壓電氣信號VΔp輸出至調(diào)理放大器，經(jīng)調(diào)理放大后轉(zhuǎn)換成只有高、低兩種電平狀態(tài)的輸出VΔp*；(5)將VΔp*輸出至信號處理器中前端邏輯門電路，由邏輯門電路轉(zhuǎn)換后輸出為Vout；(6)當(dāng)VΔp*＝1時(shí)，用水器開啟用水，Vout＝1，計(jì)數(shù)器的輸入門控被打開，計(jì)數(shù)器的輸入脈沖信號入口接受來自晶振的時(shí)鐘脈沖信號開始計(jì)數(shù)，持續(xù)更新Nt的數(shù)據(jù)，在控制器的作用下，信號處理器實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)變量Nt與從存儲器中讀取的N0進(jìn)行比較；(7)當(dāng)Nt＞N0時(shí)，用水超過一次性用水最長時(shí)間，電子節(jié)水裝置判定水管下游存在用水浪費(fèi)現(xiàn)象，信號處理器向雙向晶閘管的控制極輸出控制量使其導(dǎo)通，并帶動(dòng)電磁閥的受電線圈受電，導(dǎo)致電磁閥門關(guān)閉，阻止用水浪費(fèi)現(xiàn)象的持續(xù)，同時(shí)，由信號處理器的輸出口發(fā)光二極管回路發(fā)出亮光指示漏水信息，當(dāng)Nt≤N0時(shí)，說明用水未超過一次性用水最長時(shí)間，系統(tǒng)不對下游用水器進(jìn)行“干預(yù)”或“管制”；(8)用水浪費(fèi)現(xiàn)象消除，按動(dòng)復(fù)原開關(guān)恢復(fù)管道的正常供水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子節(jié)水控制方法，其特征是，步驟(1)中所述的一次性用水最大時(shí)間，是從開啟用水到關(guān)閉用水器的持續(xù)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子節(jié)水控制方法，其特征是，步驟(1)中，所述的信號處理器將Nt中的數(shù)據(jù)寫入存儲器的存儲單元N0，具體為當(dāng)電子節(jié)水裝置是第一次學(xué)習(xí)時(shí)，N0為初始設(shè)定，當(dāng)電子節(jié)水裝置是在變更用水器一次性用水最長時(shí)間的設(shè)定時(shí)，Nt更新存儲器中原有的N0數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子節(jié)水控制方法，其特征是，步驟(2)中，當(dāng)電磁閥閥門處于打開狀態(tài)且下游用水器有水流流出時(shí)，Δp≠0，當(dāng)水流不流動(dòng)時(shí)，差壓傳感器感應(yīng)到的差壓為零。
全文摘要
一種電子節(jié)水控制方法，屬于潔具技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是基于一種電子節(jié)水裝置實(shí)現(xiàn)的，具體為首先給上述電子節(jié)水裝置設(shè)定一次性用水最大時(shí)間，而后通過水流傳感與設(shè)定用水器一次性用水最大時(shí)間的比較對用水狀況進(jìn)行判定，并對用水浪費(fèi)現(xiàn)象實(shí)施控制，一旦出現(xiàn)漏水等現(xiàn)象，經(jīng)電子節(jié)水控制方法的運(yùn)算會及時(shí)地判斷是否需要輸出控制量將電磁閥啟動(dòng)而關(guān)閉水路，并以二極管發(fā)光的簡單形式向人們提示有漏水等現(xiàn)象發(fā)生，因此可以阻止用水浪費(fèi)等現(xiàn)象的持續(xù)發(fā)生。本發(fā)明可以有效節(jié)約水資源。
文檔編號G05B13/02GK101017368SQ20071003748
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者張秀彬, 陸冬良, 朱曉乾, 周叢嘉, 李君峰 申請人:上海交通大學(xué)