专利名称：太阳能热水器上水管路智能控制报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供水系统上水管路控制报警装置，特别涉及一种装有浮球阀的太阳能 热水器上水管路控制报警装置或用于不配有浮球阀的太阳能热水器的上水管路监控或报警，用 于解决上水管路因老化、寒冷所造成的管道破裂所引起的跑水、漏水问题。
背景技术：
太阳能热水器由于节能、环保、使用方便，现己被人们广泛W于采暖和提供热水，深受欢 迎。但在使用过程中人们发现，由于太阳能热水器通常是尚定放置在建筑物(楼房)的上面， 上下水管道总有部分是露在外面的(或上面有一些保护层)，极易受到曝晒或严寒的侵蚀，使这 部分管道老化或冻裂，造成跑水、漏水问题。特别是充满水的上水管道，由于水有反膨胀现象， 在寒冷的冬季，很容易将上水管道胀裂，造成上水管道跑水、漏水；此外，配有浮球阀的太阳 能，在长期使用过程中，浮球阀也有可能出现故障，引发跑水、漏水问题。
家用太阳能常用人工供水和自动供水两种供水方式。自动供水方式是在水箱进水口加装一
种浮球控制阀，当水加满时自动关闭阀门，不需人:i:值守，给使W者带来不少方便。但是，就 是这种供水方式，如果是在长期不用的情况下，上水管道出现破裂，跑水、漏水很难发现，极 易造成浪费。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是设计一种太W能热水器上水管路智能控制报警器，用于解 决因管路老化、受冻等引起的上水管路破裂故障而造成的跑、漏水问题。它能够根据太阳能热 水器的容量自动控制上水，并且在上水管路破裂时，能够及时发出报警或及时自动关闭上水阀 门(电磁阀)，从而避免跑水、漏水等造成的浪费现象发生。
技术方案本实用新型的太阳能热水器上水管路智能控制报警器包括安装在上水管路上的 水流传感器、单片机控制系统、报警装置、电磁阀；单片机控制系统的采样信号输入端接水流 传感器的脉冲信号输出端，采集由水流传感器得到的水流传感信号；单片机控制系统的报警信 号输出端接报警装置，由单片机控制系统发出的报警信号驱动报警装置；单片机控制系统的控 制信号输出端接电磁阀，由单片机控制系统发出的控制信号控制电磁阀的开关；水流传感器、 电磁阀串联安装在室内上水管路上，构成上水管路的一部分，水流传感器与电磁阀之间用连接 管道连接。如图6所示，水流传感器由涡轮及其安装在涡轮上的磁钢、壳体以及安装在壳体外侧的霍 尔器件，管道连接端口等构成。
如图7所示，单片计算机控制系统由单片计算机Atmel 89c2051及其外围电路构成，单片 计算机的外围电路完成上电复位、手动复位、白动报警，由计数分频器CD4060及其外围的器 件构成单片机的复位电路和休眠唤醒电路能够配合水流传感器实现单片机的自动唤醒功能。
电磁阀选用常开型电磁阀，用于配有浮球阀的太阳能热水器时，电磁陶作为辅助装置，用 于在管道发生破裂跑水时，自动关闭上水；而在用于未配有浮球陶的太卩ll能热水器时，可实现 自动上水控制。
由安装在上水管路上的水流传感器、单片机控制系统、报警装置、电磁阀等组成。主要适 用于配有浮球阀的太阳能热水器(方式l)或不配有浮球阀的太阳能热水器(方式2),完成对 太阳能热水器上水管路智能控制、监控及报警。它能够在上水管路发生破裂、跑水等故障时及 时关闭电磁阀或发出报警信号，直到故障排除，避免跑水所造成的浪费。
水流传感器由涡轮及其安装在涡轮上的磁钢、壳体以及安装在壳体外侧的霍尔器件构成。 水流传感器安装在室内上水管路上，构成上水管路的一部分。单片计算机控制系统由A加d 89C2051及其外围电路构成，单片机的外围电路完成上电复位、手动复位、S动报警，并且水 流传感器通过唤醒电路实现单片机的自动唤醒功能。选用常开型电磁阀，用于配有浮球阀的太 阳能热水器(方式l)时，电磁阀作为辅助装置，用亍在管道发生破裂跑水时，自动关闭上水， 而在用于未配有浮球阀的太阳能热水器(方式2)时，实现fi动上水控制。
所采用的单片机为Atmel89c2051，由CD4060及其外围的电阻R7、 R8、 R9、 Rll、 Rbe， 发光二极管LEDl, 二极管V2，电容C1， 二极管D1、 D2构成了单片机的复位电路和休眠唤 醒电路。上电时，CD4060的第7脚(Q4)输出为低屯平，经电阻R9、 Rbe使得NPN三极管 V2处于截止状态，电源VCC经电阻R7，电容Cl在电阻Rl 1上形成一个宽度火于IOms的正 脉冲，经二极管D1传到单片机的1脚(RST),使单片机复位，进入正常运行程序。单片机在 程序运行过程中，周期性地通过P.7(第19脚)给CD4060的第12脚(RESET)输入正脉冲信 号，使CD4060的计数器各级输出"0"，即保持第7脚为低电平，三极管V2处于截止状态。电 阻Rl串接发光二极管LED1作为单片机P1.7的上拉电阻，同时P1.7在低电平时也为LED1提 供驱动电流，驱动电流的大小受电阻R1的限制，由于单片机的口线可以提供20mA的灌电流， 所以电阻R1可以选100Q—400Q，满足LED1正常发光要求。LED1常亮表示单片机处亍休 眠状态，闪亮表示单片机处于监控状态。霍尔元件(A1141) (1-3)的第3脚输出的脉冲信号分 两路， 一路直接输入CD4060的第11脚(外部脉冲输入脚Zl)用作CD4060的计数脉冲信号， 另一路经电阻R5、 NPN 二极管VI送入单片机的第6脚(P3.2〃AT0 )，单片机的/ATO中断 响应程序对该脉冲信号进行计数，并作为太阳能热水器上水量的计量依据。当上水量达到设定 值时，单片机的P1.6输出低电平使V3导通，吸合继电器，关闭上水电磁阀，单片机的P3.7驱 动发光二极管LED2常亮，表示水已上满，且已经停.i卜.上水。如果没有电磁阀，自动关闭上水由浮球阀完成。当单片机判断水已上满，而水流传感器仍有计数脉冲输出，则P1.2输出高电平触发蜂鸣器发声，P3.7驱动发光二极管LED2闪烁，表示上水管路出现故障，需要人工排除故障。在正常情况下，水上满后，太阳能水箱上的浮球阀会Q动关闭，上水停止，单片机在检测到上水已经停止时，置P1.7为低电平，使CD4060处丁正常计数状态(由于水流传感器在上水停止时不输出计数脉冲，实际上CD4060此时处于无数可计状态)，这时LED1常亮，单片机同时发出休眠(Idle)指令，进入休眠状态。单片机在休眠状态情况下，如果闪为用水，致使太阳能水箱水位降低，这时浮球阀在重力作用下自动打开，上水开始，霍尔器件(Halll)(-3)输出脉冲信号，使CD4060计数，这时CD4060的第7脚(Q4)就会出现方波信号，在方波信号的高电平期间，三极管V2导通，使电容a放电，而在方波信号的低电平期间，二极管V2截止，电源通过电阻R7， R11给电容C1充电，同时在电阻Rll上产生一个正脉冲，通过二极管Dl到达单片机的复位端，使单片机复位，唤醒单片机，使单片机处于监控状态。如果采用如图l所示的方式l，即在上水管道上装有电磁阀，且由亍某种原因(如，管道破裂故障或管道没有浮球阀要靠人工上水的情况)自动关闭了电磁阀，则可通过手动唤醒按键S1人工唤醒单片机，同时打开电磁阀门，实现人工上水，自动监控。
上水量的设定值存储在外部E"PROM (24C01)中，初始设定值为"OFFFFFFFFH"，表示首次使用，需要进行学习，计算水箱容量，经过学习后，设定值不同T初始设定值，表示非首次使用，且该设定值作为判断上水管路正常与否的依据。
有益效果本实用新型的太阳能热水器上水管路智能控制报警器，包括连接在上水管路中的"水流传感器"，连接在供水管道中的"电磁阀门"以及连接在传感器和电磁阀门之间的"单片机控制系统"，还包括用于报警的声响装置，如喇叭、音乐集成电路等。
1、 连接在上水管路中的水流传感器由固定有磁钢的涡轮和壳体组成。壳体的外侧固定有霍尔器件，壳体构成管道的一部分。在上水时，由于水的流动带动涡轮旋转，从而固定在涡轮上的磁钢也跟着旋转。当磁钢转到霍尔器件对应位置时，霍尔器件产生脉冲。所产生的脉冲既代表上水开始或正在上水，也可用于对上水量的计量。也就是说该传感器即可用作水流传感器，也可用作流量传感器，从而与单片机配合可对上水量进行计量。
2、 单片机系统用于接收"水流传感器"发出的脉冲信号，并判断"开始上水"、"连续上水"、"停止上水"等不同情况。正常情况下，在连续上水状态下对上水量进行计量，当上水量达到
或少于设定量(与太阳能容积相对应)时，若单片机系统一段时间内持续检测不到"水流传感器"发出的脉冲信号，说明上水已经停止，这时单片机发出休眠指令，单片机便自动进入休眠状态，达到节电的目的；当上水量超过设定量时，而单片机检测到仍然在继续上水时，说明上水管路上有跑水现象发生，单片机发出关闭连接在上水管道中的电磁阀指令，关闭电磁阀门，并发出"声、光"报警信号，直到故障排除，以免造成跑水浪费。
3、 单片机系统的休眠唤醒由水流传感器输出的脉冲信号驱动唤醒电路自动完成。当单片机系统处于休眠状态时，水流传感器输出的脉冲信号，经唤醒电路使单片机复位，从而使单片机进入"监测和控制状态"。
图1太阳能热水器上水管路智能控制报警器系统组成(方式1)，
图2太阳能热水器上水管路智能控制报警器系统组成(方式2)，
图3太阳能热水器上水管路智能控制报警器单片机系统框图，
图4 Atmel 89c2051管脚图，
图5 CD4060管脚图，
图6水流传感器的结构示意图，
图7太阳能热水器上水管路智能控制报警器单片机控制系统原理图，具体实施方式
本实用新型如图1所示(方式1)，它由水流传感器1、单片机控制系统2、报警装置3、电磁阀4、上水管路5组成。适用于配有浮球阀的太阳能热水器或不配有浮球阀的太阳能热水器的上水管路监控或报警。若太阳能热水器配有浮球阀，正常情况下电磁阀只起到辅助作用，这时可采用方式2 (如图2所示)，即可省去电磁阀。
所述的实用新型中的水流传感器1,如图6所示，它由涡轮1-1及其安装在涡轮上的磁钢1-2、壳体以及安装在壳体外侧的霍尔器件l-3、管接头l-4等构成。
当水在壳体中流动时，涡轮1-1旋转，因涡轮1-1的某个叶片上固定有磁钢1-2,当该磁钢1-2到达霍尔器件1-3对应位置时，霍尔器件1-3发出脉冲信号，该脉冲信号不仅代表上水管路正在上水，每一个脉冲信号还代表有一定量的水从水流传感器流出，冈此，利用该水流传感器不仅可以检测上水管路的上水状态，也可以配合单片机对上水量进行计量。
所述实用新型中，实施系统图如图l、图2所示，其中的单片机控制系统2的原理图如图7所示。下面结合原理图7对本实用新型的工作原理进行详细说明。图7中所用到的单片机为Atoel89c2051,其管脚分布图如图4所示，CD4060是14级二进制计数分频器，其管脚分布图如图5所示。由CD4060及其外围的电阻R7、 R8、 R9、 Rll、 Rbe,发光二极管LED1，三极管V2,电容C1， 二极管D1、 D2构成了单片机的复位电路和休眠唤醒电路。上电时，CD4060的第7脚(Q4)输出为低电平，经电阻R9、 Rbe使得NPN三极管V2处于截止状态，电源VCC经电阻R7，电容C1在电阻Rll上形成一个宽度大于10ms的正脉冲，经二极管Dl传到单片机的l脚(RST),使单片机复位，进入正常运行程序。单片机在程序运行过程中，周期性地通过P1.7(第19脚)给CD4060的第12脚(RESET)输入正脉冲信号，使CD4060的计数器各级输出"0"，即保持第7脚为低电平，二极管V2处于截止状态。电阻R1串接发光二极管LED1作为单片机P1.7的上拉电阻，同时P1.7在低电平时也为LED1提供驱动电流，驱动电流的大小受Rl的限制，由于单片机的口线可以提供20mA的灌电流，所以电阻Rl可以选100Q—40()Q ，满足LED1正常发光要求,LED1常亮表示单片机处于休眠状态，闪亮表示单片机处于监控状态。霍尔元件1-3 (AU41)的第3脚输出的脉冲信号分两路， 一路直接输入CD4060的第U脚(外部脉冲输入脚ZI)用作CD4060的计数脉冲信号，另一路经电阻R5、 NPN三极管VI送入单片机的第6脚(P3.2//wro)，单片机的/ivro中断响应程序对该脉冲信号进行计数，并作为太阳
能热水器上水量的依据。当上水量达到设定值时，单片机的P1.6输出低电平使V3导通，吸合 继电器，关闭上水电磁阀，P3.7驱动发光二极管LED2常亮，表示水已上满，且已经停止上水。 如果没有电磁阀，自动关闭上水由浮球阀完成。当单片机判断水已上满，而水流传感器仍有计 数脉冲输出，则P1.2输出高电平触发蜂鸣器发声，P3.7驱动发光二极管LED2闪烁，表示上水 管路出现故障，需耍人工排除故障。在止常情况下，太卩ll能水上满后，太HI能水箱上的浮球阀 会自动关闭，上水停止，单片机在检测到上水已经停止时，置P1.7为低屯平，使CD4060处丁 正常计数状态(由于水流传感器在上水停止时不输出计数脉冲，实际上CD4060此时处于无数 可计状态)，这时LED1常亮，单片机同时发出休眠(Idle)指令，进入休眠状态。单片机在休 眠状态时，如果因为用水，致使太阳能水箱水位降低，这时浮球阀在重力作用下自动打开，上 水开始，霍尔器件l-3 (Halll)输出脉冲信号，使CD4060计数，这时CD4060的第7脚(Q4) 就会出现方波信号，在方波信号的高电平期间，二极管V2导通，使电容C1放电，而在方波信 号的低电平期间，三极管V2截止，电源通过电阻R7、 R11给电容C充电，同时在电阻Rll 上产生一个正脉冲，通过二极管Dl到达单片机的复位端，使单片机复位，唤醒单片机，使单 片机处于监控状态。如果采用如图1的方式1,即在上水管道上装有电磁阀，且由于某种原冈 (如，管道破裂故障或管道没有浮球阀耍靠人T.上水的情况)C]动关闭了电磁阀，则可通过手 动唤醒按键S1人工唤醒单片机，同时打开电磁阀门，实现人工上水，fl动监控。
权利要求1、一种太阳能热水器上水管路智能控制报警器，其特征是该智能控制报警器包括安装在上水管路上的水流传感器(1)、单片机控制系统(2)、报警装置(3)、电磁阀(4)；单片机控制系统(2)的采样信号输入端接水流传感器(1)的采样信号输出端，采集由水流传感器(1)得到的水流传感信号；单片机控制系统(2)的报警信号输出端接报警装置(3)，由单片机控制系统(2)发出的报警信号驱动报警装置(3)；单片机控制系统(2)的控制信号输出端接电磁阀(4)，由单片机控制系统(2)发出的控制信号控制电磁阀(4)的开关；水流传感器(1)、电磁阀(4)串联安装在室内上水管路(5)上，构成上水管路的一部分；水流传感器(1)与电磁阀(4)之间用连接管道(6)连接。
2、 根据权利耍求l所述的太阳能热水器上水管路智能控制报警器，其特征是水流传感器(1)由涡轮(1-1)及其安装在涡轮上的磁钢(1-2)、壳体以及安装在壳体外侧的霍尔器件(1-3) 构成。
3、 根据权利要求l所述的太阳能热水器上水管路智能控制报警器，其特征是单片计算机控制系统(2)由单片计算机Atmel89c2051及其外围电路构成，单片计算机的外围电路完成上 电复位、手动复位、自动报警；单片机在上水停止时自动进入休眠状态，上水管路的上水，通 过上水传感器和唤醒电路唤醒单片机，使其进入上水监控状态。
4、 根据权利要求l所述的太阳能热水器上水管路智能控制报警器，其特征是电磁阀(4) 选用常开型电磁阀，用于配有浮球阀的太阳能热水器时，电磁阀作为辅助装置，用于在管道发 生破裂跑水时，自动关闭上水；而在用于未配有浮球阀的太阳能热水器时，实现自动上水控制。
专利摘要太阳能热水器上水管路智能控制报警器涉及一种装有浮球阀的太阳能热水器上水管路控制报警装置或用于不配有浮球阀的太阳能热水器的上水管路监控或报警；单片机控制系统(2)的采样信号输入端接水流传感器(1)的采样信号输出端，采集由水流传感器(1)得到的水流传感信号；单片机控制系统(2)的报警信号输出端接报警装置(3)，由单片机控制系统(2)发出的报警信号驱动报警装置(3)；单片机控制系统(2)的控制信号输出端接电磁阀(4)，由单片机控制系统(2)发出的控制信号控制电磁阀(4)的开关；水流传感器(1)、电磁阀(4)串联安装在室内上水管路(5)上，构成上水管路的一部分。水流传感器(1)与电磁阀(4)之间用连接管道(6)连接。
文档编号G01F1/20GK201434529SQ20092004567
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者孙长贵, 孙长银 申请人:东南大学