专利名称：雨水径流控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种初期雨水径流控制装置，以用于初期雨水的收集处理和后期清洁雨 水的收集再利用，从而减少对环境的危害，提高雨水的利用效率，属于雨水径流控制的技术 领域。
背景技术：
国内外大量的研究表明，路面、桥面以及屋面等处的初期雨水径流污染严重，环境危害 大，而后期雨水径流相对清洁，简单处理后即可回用，而初期雨水和后期雨水的分界面，不 同地区、不同场所、不同降雨类型都会造成很大的差异。并且不同场所、不同地点所需收集 的径流是不同的，如生活小区内需要弃流初期雨水，收集后期雨水处理来进行雨水的综合再 利用，而高速公路、跨江桥面等场所，则需要收集初期污染超标雨水来处理，而弃流后期无 需处理的清洁雨水来提高处理效率，降低处理成本。
目前，国内外针对初期雨水径流控制装置开展了广泛的研究，专利也多种多样，自2002 年12月13日国内北京建工学院车伍等研究分流式雨水自动弃流方法和装置后，该方面的实 用新型专利发明不断出现，如北京泰宁科创科技有限公司的徐志通分别于2004年和2005 年所申请的一种雨水初期弃流装置和建筑物屋面雨水排水自动分流收集系统，2006年中国建 筑设计研究院的刘鹏、赵昕所申请的初期雨水弃流池和初期雨水隔断装置，以及2006年北京 葛敬所申请的雨水初期弃流装置。除此之外，有关初期雨水径流弃流装置的专利少之又少。
以上研究中，北京建工学院车伍等所研究的分流式雨水自动弃流方法和装置，仅利用浮 球的浮力和杠杆的作用力来达到弃流的目的，运行稳定性受水力条件影响较大，运行精度较 低，难以稳定准确地分离初期雨水和后期雨水，而且该装置仅用于常规雨水截留池或调蓄池， 应而运用范围过为狭窄。刘鹏等申请的初期雨水弃流池，主要机械隔板来控制前期和后期的 雨水，属于机械式控制装置，其精度及稳定性易受水力条件，以及隔板的隔断能力影响较大。 徐志通所申请的一种雨水初期弃流装置是一种半自动化的装置，其运用浮球带动液位开关来 控制电磁阀的开启，在湿度较高的环境中，其开关的灵敏度较低，从而降低了该装置的运行 精度和该装置适应恶劣环境的能力，另外浮球的升高与降低依赖于降雨的强度而非降雨量、 降雨时间或径流量，这使得前期的降雨强度大而污染严重和后期降雨强度小而清洁的径流被错误弃流和收集，从而降低了该装置的运行准确性。另外，该装置电磁阀在非降雨阶段或降 雨强度较小的时间段内均处于开启状态而非关闭，使得该装置耗电量较大，不节能。其申请 的建筑物屋面雨水排水自动分流收集系统，其利用智能流量计来代替浮球来检测降雨强度， 而屋面雨水排水管内的水流通常为非满流状态(特别是降雨强度较小的时候)，而智能流量计 对非满流的测定误差率较大，只能检测到强度较大的降雨。如一场降雨前期的降雨强度较小， 后期的降雨强度较大，则会导致前期污染严重的降雨被收集利用而并非弃流，后期的干净雨 水被弃流了而未被收集，因而该装置的设计与实际情况的匹配存在一定的问题，而且智能流 量计造价昂贵，不利于该装置的推广。
国内目前的研究表明，现有的弃流装置多数为机械或半自动的弃流装置，稳定性、实用 性、适应不同地区径流的能力较差，可调性弱，不能稳定有效地适用于各个地区。另外，以 上装置均不能适应初期雨水和后期雨水分界面随场所、降雨特性等因素的变化，弃流、收集 能力有限。
为了有效解决以上实用新型专利的局限性，将微电脑(单片机)控制技术引入弃流装置， 通过微电脑的稳定控制，来提高雨水径流装置的稳定性、实用性、可调性和适应不同地区径 流的能力；通过红外来检测降雨量，提高检测精度和运行稳定性；在非弃流状态下电磁阀处 于常闭状态，降低能耗；通过旋钮微调雨量检测斗的高度来调节弃流降雨量，从而增加了雨 量控制模式下的控制状态；另外，本装置有雨量控制运行、时间控制运行和雨量时间联合运 行的多功能运行方式，从而提升了本装置的适应不同地区的运行能力。本实用新型运用了两 片单片机进行控制，大大地提高了控制的精度、准度和稳定度，同时本实用新型具有多种运 行方式和参数修改能力，从而保证了该装置较强的地区适用性。
本装置是一种集初期径流雨水收集处理和后期清洁雨水收集再利用于一体的全自动装 置，具有完全自动化、运行费用低、维护管理简单、运行稳定性高、功能选择性多、安装方 便、对周边影响小、可分散化、小型化安装的优点，适于污染区的初期雨水径流的收集处理 工程和智能小区的后期雨水回收再利用工程；该装置具有时间控制、降雨量控制以及时间降 雨量协同控制的多控制功能，可以通过调节装置上的运行参数来适应不同地区的雨水径流污 染控制，能适应多种恶劣的工作环境，稳定运行时间长。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种初期雨水径流控制装置，运用于雨水径流污染控制工程和雨水回收再利用工程，以克服现有装置中存在的稳定 性、实用性、适应不同地区径流的能力较差，可调性弱和地区适应能力弱等缺点，提高初期 雨水径流自动收集以及弃流的效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案 一种初期雨水径流控制装置，包括控 制器、径流收集管以及雨水收集斗，在所述的径流收集管中设置有与控制器连接的电磁阀， 其特征在于在所述的雨水收集斗的下端设置有第一雨水检测斗以及第二雨水监测斗，在第 一雨水监测斗内设置有第一浮球，在第一雨水监测斗的下端开设有第一出水口、在雨水监测 斗的上端开设有第一溢流口，在在第二雨水监测斗内设置有第二浮球，在第二雨水监测斗的 下端开设有第二出水口、在雨水监测斗的上端开设有第二溢流口，在第一雨水检测斗上还设 置有监测第一浮球位置的第一水位探头，在第二雨水检测斗上还设置有监测第二浮球位置的 第二水位探头，且第一水位探头以及第二水位探头分别与控制器连接。
在所述的第一出水口还设置有一第二电磁阀，该第二电磁阀与控制器连接。 在所述的第一雨水监测斗上还设置有一升降机构，所述的第一水位探头固定在该升降机 构的可动原件上。
所述的升降机构为齿轮齿条机构，齿条与第一检测斗固定连接，所述的第一水位探头固 定在齿轮上。
所述的控制器包括主单片机Ul、数码显示部分、按键及信号控制部分、外部降雨水位信 号采集部分以及运行水位、时间状态LED显示及外部电磁阀控制部分，外部降雨水位信号采 集部分用于采集第一雨量检测斗内的降雨量参数以及第二雨量检测斗内的降雨开始和结束信
号传输给主单片机Ul，按键及信号控制部分则用于设定主单片机Ul内的控制时间参数以及控 制降雨量参数，再通过主单片机m分析各类运行参数状态进而控制运行水位、时间状态各LED 的显示和电磁阀的状态，数码显示部分是用于时间设定值和剩余值的显示。
与现有技术相比，本发明的优点在于
1、 本实用新型采用的是微电脑(单片机)控制技术，控制原理与其他装置不同；微电脑 控制具有稳定性好、精确度高、操作方便、实用安全以及适应环境性比以往装置都有很大程 度的提高，另外，微电脑功率较低，因而较为环保和节能。
2、 功能全面，本装置具有降雨量控制模式、时间控制模式以及降雨量和时间联合控制模 式，从而弥补了以有装置中运用降雨强度模式运行所产生的误动作，另外模式功能的齐全和多样性也使得本装置能适用于不同的地区和场所，特别是降雨量和降雨时间联合运行的模式 使得本装置能适应不同的降雨类型。
3、 红外检测降雨水位，通过红外检测降雨水位使得本装置降雨量控制模式的运行更为精 确和稳定。
4、 能够微调雨量检测斗高度，通过旋钮来微调雨量检测探头高度(图6中的第一雨量检 测探头高度可以通过斗体边的旋钮来调节)，来调节降雨量控制模式下的参考降雨量参数，而 使得本装置在降雨量控制模式下降雨量参数更为丰富，使得本装置适应不同地区和降雨径流 的能力更强。
5、 双片单片机运行，本装置中的控制部分采用了双单片机运行，这样不但提高了运行的 精度和稳定性，而且更多的剩余管脚为后期的功能升级提供了空间。
6、 自动判断两场雨是否同一场降雨。本装置可以根据降雨量和时间间隔来自动判断两场 降雨是否为统一场降雨，而且判断的时间间隔参数，可以根据用户的需要手动设定，从而提 高了该装置的运行精度。
7、 微电脑检测停雨时间，本装置中的第二雨量检测斗的底侧端开了 lmm的圆孔用于检测 降雨停止后的时间。在国内外降雨径流研究中，将间隔不足6h的降雨视为同一场降雨，超过 6h的降雨属于两场降雨。也就是说在上一场降雨停止后，6h内如果再次降雨，那么第二场雨 属于前一场降雨的延续，则要求本装置要持续上一场雨的运行状态。如果两场降雨时间间隔 超出了 6h，则要求本装置重新复位，重新开始。就本装置而言，仅运用降雨量放空时间来表 征两场雨间的时间间隔，那么用于收集降雨的收集斗则需要2000mm左右，大大增加了装置的 生产费用，另外采用这种方式来运行的话，两场雨间时间间隔会随降雨量的多少而上下浮动， 大大降低了本装置的运行精度。以降雨量为2咖来计算,雨量检测斗2的放空时间仅为10min， 而剩余的5h和50min由微电脑给出，而且剩余时间可以调节，不同降雨量有其对应的剩余补 偿时间。从而提高了本装置的运行精度。
图l为本发明的结构示意图。
图2为本发明第一雨水检测斗结构示意图。
图3图2的侧向剖视图。图4为本发明第二雨水检测斗结构示意图。 图5为本发明控制器电路控制原理图。 图6为按键及控制部分电路图。 图7为数码管显示电路图。
图8为运行水位、时间状态LED显示及外部电磁阀控制图。 图9为水位探头及比较电路图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作详细说明。
参考图1至图4， 一种初期雨水径流控制装置，包括控制器l、径流收集管2以及雨水收 集斗3，在所述的径流收集管2中设置有与控制器1连接的第一电磁阀21，在所述的雨水收 集斗3的下端设置有第一雨水检测斗4以及第二雨水监测斗5，在第一雨水监测斗4内设置有 第一浮球41，在第一雨水监测斗4的下端开设有第一出水口42、在雨水监测斗4的上端开设 有第一溢流口43，第一出水口的口径为lmm用于检测降雨停止后的时间，在第二雨水监测斗 5内设置有第二浮球51，在第二雨水监测斗5的下端开设有第二出水口 52、在雨水监测斗5 的上端开设有第二溢流口 53，在第一雨水检测斗4上还设置有监测第一浮球41位置的第一水 位探头6，在第二雨水检测斗5上还设置有监测第二浮球51位置的第二水位探头7,且第一 水位探头6以及第二水位探头7分别与控制器1连接。在所述的第一出水口 42还设置有一第 二电磁阀44,该第二电磁阀44与控制器1连接。在所述的第一雨水监测斗4上还设置有一升 降机构8，该升降机构8为齿轮齿条机构，齿条81与第一检测斗4固定连接，所述的第一水 位探头6固定在升降机构8的可动原件齿轮82上。
本装置的控制器由主单片机U1控制部分、数码显示部分、按键及信号控制部分、外部降 雨水位信号采集部分以及运行水位、时间状态LED显示及外部电磁阀控制部分组成。外部降 雨水位信号采集部分用于采集第一雨量检测斗内的降雨量参数以及第二雨量检测斗内的降雨 开始和结束信号传输给单片机U1，而按键及信号控制部分则用于设定单片机U1内的控制时间 参数以及控制降雨量参数，再通过单片机U1分析各类运行参数状态进而控制运行水位、时间 状态各LED的显示和电磁阀的状态，数码显示部分是用于时间设定值和剩余值的显示，参见 图5至图10。a.图5中各管脚的数字对应于图6 9内各脚的数字，数字相同的表示二者相连。b.图6 按键及控制电路图，图左端LED管脚分别与图5中Ul的P2脚和图6中U4的Pl脚相连，与 图5中Ul的P2脚相连用于设定Ul内控制参数，与U4相连用于点亮U4的P3上LED便于确 定按键的按动。c.图7数码管显示电路图，其管脚连接于Ul的P0脚用于时间参数的显示。 d.图8运行水位、时间状态LED显示及外部电磁阀控制图，其管脚连接于Ul的Pl和P3管脚， 用于运行水位、时间状态的显示以及外部电磁阀的控制。e.图9为水位探头及校准电路图， 为图5中的外部降雨水位信号采集部分，图9中的左边部分与右边的74LS08相连，7礼S04 与U1的P1脚相连，74LS08的尾端与U4的P2脚相连，74LS04为非门，将U1中P1脚的低电 平转化成高电平，而74LS08为与门，通过7礼S08即可比较水位探头信号和Ul内设定参数值， 将比较结果传输给U4，通过U4的筛选后再传输给U1， Ul进而根据二者的比较值对电磁阀进 行控制。
① 基本功能，由装置系统图1可见，本装置由降雨径流电子控制部分，雨量收集部分以 及径流收集管所组成。基本功能如下-
a. 时间运行模式，运行开始前，预先设定径流收集时间，然后装置通过图4中的第二水 位探头7来判断降雨的开始，当降雨开始后，第二水位探头7给控制器1一股脉冲，来启动 控制器计时，此间径流收集管2为弃流状态，当所计时间与先前设定径流时间相同时，控制 器1立即打开图1中的第一电磁阀21，此后收集管2为收集状态，第二水位探头7探测到降 雨结束信号后，随即关闭第一电磁阀21,并开启第二电磁阀44， 5min自动关闭。
b. 降雨量运行模式，图1中的第一水位探头6是用来测量第一雨量检测斗内降雨量的多 少，运行开始前，预先设定径流收集降雨量，当降雨开始后，第一水位探头6给控制装置一 股脉冲，来启动控制装置检测的开始，此间径流收集管2的状态为弃流状态，当第一雨量监 测斗的降雨量与设定降雨量吻合时，控制器1立即打开图1中的第一电磁阀21，此后收集管 2的状态为收集状态，当第二水位探头7探测到降雨结束信号后，随即关闭第一电磁阀21， 并开启第二电磁阀44， 5min自动关闭。
c. 时间降雨量联合运行模式，在降雨开始后的40min内装置运行模式为雨量模式，当降 雨历时超过40min后，装置按时间模式运行。
② 微调降雨量参数功能，由图l的比例可知，第一雨量检测斗内水位上升2,5c迈则表示实际降雨量为lmm。由图6可见，第一探头6可以通过旋钮即齿轮82进行上下的调节，旋钮 旋转一圈，探头l上升或下降2.5cm，即lram的实际降雨量。通过旋钮调节，即可改变第一探 头6的检测位置，从而达到调节检测降雨量参数的功能，从而达到了微调降雨量参数的目的。 此功能增加了该装置的地区适应能力，装置安装前，可以根据该地区具体的检测降雨量参数 来调节探头1的高度。另外，该旋钮可以由电机驱动，而电机再与单片机相连，则能通过控 制器来控制旋钮的转动，从而达到通过控制器来调节探头的高度，这样方便了降雨量控制参 数的设定。
③自动判断两场雨是否同一场降雨。由图l的比例可知，第二雨量检测斗5以25cm高度 代表2mm的实际降雨量，检测斗底部有一放空细孔。计算可知，2ram实际降雨放空的时间为 10rain左右，lram实际降雨放空时间为7min左右，0. 5咖放空时间为4min左右。若降雨结束 后，第二检测斗水量高度为25cm (2mm实际降雨)，当10min后第二水位探头7将脉冲信号给 控制装置，接收到信号后5.83h内，若第二水位探头7脉冲信号消失，则表示本场降雨尚未 结束，控制装置依然接着上一场继续运行，控制装置不复位；若第二水位探头7脉冲信号不 消失，则控制装置复位，表示本场降雨结束。通过2咖、lrnm、 0.5,降雨的比较可知，最大 时间误差仅为6min,而6min相对于6h而言，微不足道，时间误差极小，精度仍较高。
权利要求1、一种雨水径流控制装置，包括控制器(1)、径流收集管(2)以及雨水收集斗(3)，在所述的径流收集管(2)中设置有与控制器(1)连接的第一电磁阀(21)，其特征在于在所述的雨水收集斗(3)的下端设置有第一雨水检测斗(4)以及第二雨水监测斗(5)，在第一雨水监测斗(4)内设置有第一浮球(41)，在第一雨水监测斗(4)的下端开设有第一出水口(42)、在雨水监测斗(4)的上端开设有第一溢流口(43)，在在第二雨水监测斗(5)内设置有第二浮球(51)，在第二雨水监测斗(5)的下端开设有第二出水口(52)、在雨水监测斗(5)的上端开设有第二溢流口(53)，在第一雨水检测斗(4)上还设置有监测第一浮球(41)位置的第一水位探头(6)，在第二雨水检测斗(5)上还设置有监测第二浮球(51)位置的第二水位探头(7)，且第一水位探头(6)以及第二水位探头(7)分别与控制器(1)连接。
2、 根据权利要求l所述的雨水径流控制装置，其特征在于在所述的第一出水口 (42) 还设置有一第二电磁阀(44),该第二电磁阀(44)与控制器(1)连接。
3、 根据权利要求1所述的雨水径流控制装置，其特征在于在所述的第一雨水监测斗(4) 上还设置有一升降机构(8),所述的第一水位探头(5)固定在该升降机构(8)的可动原件 上。
4、 根据权利要求1所述的雨水径流控制装置，其特征在于所述的升降机构(8)为齿 轮齿条机构，齿条(81)与第一检测斗(4)固定连接，所述的第一水位探头(5)固定在齿 轮(82)上。
5、 根据权利要求1所述的雨水径流控制装置，其特征在于所述的控制器(1)包括主 单片机U1、数码显示部分、按键及信号控制部分、外部降雨水位信号采集部分以及运行水位、 时间状态LED显示及外部电磁阀控制部分，外部降雨水位信号采集部分用于采集第一雨量检 测斗内的降雨量参数以及第二雨量检测斗内的降雨开始和结束信号传输给主单片机Ul，按键 及信号控制部分则用于设定主单片机U1内的控制时间参数以及控制降雨量参数，再通过主单 片机Ul分析各类运行参数状态进而控制运行水位、时间状态各LED的显示和电磁阀的状态， 数码显示部分是用于时间设定值和剩余值的显示。
专利摘要本实用新型公开了一种初期雨水径流控制装置，包括控制器、径流收集管以及雨水收集斗，在所述的径流收集管中设置有与控制器连接的电磁阀，在所述的雨水收集斗的下端设置有第一雨水检测斗以及第二雨水监测斗，在第一雨水监测斗内设置有第一浮球、第一出水口、第一溢流口、第一水位探头，在第二雨水监测斗内设置有第二浮球、第二出水口、第二溢流口、第二水位探头，且第一水位探头以及第二水位探头分别与控制器连接。与现有技术相比，本实用新型采用的是微电脑控制技术，控制原理与其他装置不同；微电脑控制具有稳定性好、精确度高、操作方便、实用安全以及适应环境性比以往装置都有很大程度的提高，另外，微电脑功率较低，因而较为环保和节能。
文档编号G05D9/12GK201224893SQ20082004099
公开日2009年4月22日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者傅大放, 季晓亮, 雪 张, 贺 李, 刚 沈 申请人:东南大学