一种智能节水器及节水方法与流程

本发明涉及节能领域，尤其是涉及一种智能节水器及节水方法。

背景技术：

目前水龙头大都还是普通机械水龙头，用手动开关的办法实现用水；也有一些公共场所使用红外线感应水龙头，手接近水龙头时，自动出水，洗手完毕离开水龙头时自动关断；自动汽水机的出液龙头是采用开通规定时间的定时控制龙头。

对于机械水龙头，在用较大的容器去接水时，接满水需要花较长的时间等待，如果用此等待的时间去做别的事情，又可能会使容器水溢出，造成浪费。对于感应水龙头，必须有人在洗手，才能保证水龙头的不断出水，人员离开就会立即关断；对于自动汽水机来说，它对与容器的容量有制约，适合用于提供特定容器(如纸杯)的场所。

在使用水源向不同容量的容器注水时，人不在场需要担心容器水满溢出的问题，人的时间利用率低。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能节水器及节水方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能节水器，包括分别与控制器连接的电磁阀和超声波传感器，所述超声波传感器安装于液面上方，所述超声波传感器产生的声波朝向液面，水源通过所述电磁阀置流出。

所述的控制器为单片机。

所述的单片机为at89s52单片机。

所述的单片机连接时钟电路和复位电路。

所述的超声波传感器与控制器之间通过信号调理及转换电路连接。

所述的电磁阀与控制器之间通过驱动电路连接，所述的驱动电路包括继电器。

所述超声波传感器产生的超声波垂直于液面。

所述的控制器连接启动按钮。

一种利用所述智能节水器的节水方法，该方法包括：

步骤s1：电磁阀打开，超声波传感器发射超声波至液面，液面反射的超声波经超声波传感器传递至控制器；

步骤s2：控制器计算超声波传感器至液面距离，若本次计算的距离与上一次计算的距离不同，则电磁阀保持打开，否则，电磁阀关闭。

控制器计算超声波传感器至液面距离过程中，采用多次测量求平均值的方法消除液面涟漪所引起的干扰。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)智能节水器包括分别与控制器连接的电磁阀和超声波传感器，通过超声波传感器与电磁阀的配合，实现在向不同容积容器注水时，人可以离开现场，容器注满水后电磁阀自动关闭，从而提高人的时间利用率，节约用水。

(2)单片机作为控制器，控制能力强，可靠性高，轻便小巧，易于扩展。

(3)采用电磁阀作为执行机构，无电器污染，系统简单，便于控制。

(4)采用能够消除液面涟漪的干扰算法，可使控制结果更加精确。

附图说明

图1为本发明实施例智能节水器的结构示意图；

图2为本发明实施例节水方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种智能节水器，包括分别与控制器连接的电磁阀和超声波传感器，超声波传感器安装于水龙头，超声波传感器产生的声波朝向液面，电磁阀置于水龙头内部。

具体而言：

控制器为at89s52单片机，单片机连接时钟电路和复位电路，传感器与控制器之间通过信号调理及转换电路连接，电磁阀与控制器之间通过驱动电路连接，驱动电路包括继电器，控制器连接有启动按钮，超声波传感器产生的超声波垂直于液面，控制器连接有工作指示灯。

时钟电路为晶振电路，at89s51系列单片机时钟信号的频率可为6mhz、12mhz等等，不同型号的石英晶体振荡器产生不同的频率，用于驱动单片机。因此，针对本设计采用的单片机，采用频率为12mhz的石英晶体，将其并联在单片机的18、19号引脚端，电容的规格取22pf，正确连接器件后接地。

复位电路可以使电路恢复到起始状态，就像计算器的操作原理一样，复位电路一旦启动，单片机便回到初始状态，重新开始执行程序，本实施例复位电路采用按钮电平方式复位，具有开机复位的功能。电容的上端接高电平，通过串联电阻接地，中间并联按钮在电容上。这种复位电路的工作原理是：

(1)上电复位。上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，rst端为高电平，自动复位。电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，rst端为低电平，程序正常运行。

(2)手动复位。首先经过上电复位，当按下按键时，rst接于vcc端,为高电平，单片机复位。同时电解电容被短路放电，按键松开时，vcc对电容充电，充电电流在电阻上，rst依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，rst为低电平，正常工作。

超声波传感器为um30-2超声波传感器，有四个接口端：电源端(vcc)，地端(gnd)，触发控制信号输入端(trig端)，回响信号输出端(echo端)。vcc端接+5v，trig端接单片机的p1.1端，echo端接单片机的p3.3端，gnd端接地。

单片机等元器件的工作电压为5v，而本实施例的电磁阀工作电压为12v，采用继电器可以实现强弱电隔离、保证使用者人身安全。继电器是一种电子控制电气元件，它的基本原理是控制电路中的小电流通过线圈，线圈产生电磁力，从而吸引衔铁运动，使执行器件处于通路。同理，继电器可控制执行器的通断状态。因而在自动控制电路中继电器占有很大席位。信号调理及转换电路为现有技术。

工作过程简要叙述如下：智能节水器在接通电源之后处于待机状态，即开始执行键值函数，扫描启动按钮是否被按下。按下之后，电磁阀开始出水，超声波传感器开始工作。超声波传感器发出超声波，到达液面之后反射到超声波传感器中。由此控制器测出液面与传感器之间的距离h与上一次所测距离h进行比较。如果h小于h，则意味着液面不断上升，电磁阀继续出水；如果h等于h，则意味着液面不再上升，水已经接满了，此时控制电磁阀关闭出水。重新返回到键值扫描程序继续扫描，如此重复上述过程。

在液体落入容器中液面上升的时候，液面会出现涟漪，这就导致控制器测得的距离不是单调减小的，是波动地减少。会出现后一时刻测得的距离大于前一时刻测得的距离这种情况，这样去执行程序就会出现错误。

本实施例采用多次测量求平均值的方法来消除液面涟漪所引起的干扰。即在一段时间内测量n次超声波传感器与液面之间的距离xi，把这些距离加在一起，减去最大值xmax和最小值xmin，再取平均值。用公式表达如下：

技术特征：

1.一种智能节水器，其特征在于，包括分别与控制器连接的电磁阀和超声波传感器，所述超声波传感器安装于液面上方，所述超声波传感器产生的声波朝向液面，水源通过所述电磁阀置流出。

2.根据权利要求1所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的控制器为单片机。

3.根据权利要求2所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的单片机为at89s52单片机。

4.根据权利要求2所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的单片机连接时钟电路和复位电路。

5.根据权利要求1所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的超声波传感器与控制器之间通过信号调理及转换电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的电磁阀与控制器之间通过驱动电路连接，所述的驱动电路包括继电器。

7.根据权利要求1所述的一种智能节水器，其特征在于，所述超声波传感器产生的超声波垂直于液面。

8.根据权利要求1所述的一种智能节水器，其特征在于，所述的控制器连接启动按钮。

9.一种利用权利要求1-8任一所述智能节水器的节水方法，其特征在于，该方法包括：

步骤s1：电磁阀打开，超声波传感器发射超声波至液面，液面反射的超声波经超声波传感器传递至控制器；

步骤s2：控制器计算超声波传感器至液面距离，若本次计算的距离与上一次计算的距离不同，则电磁阀保持打开，否则，电磁阀关闭。

10.根据权利要求9所述的一种节水方法，其特征在于，控制器计算超声波传感器至液面距离过程中，采用多次测量求平均值的方法消除液面涟漪所引起的干扰。

技术总结
本发明涉及一种智能节水器及节水方法，包括分别与控制器连接的电磁阀和超声波传感器，所述超声波传感器安装于液面上方，所述超声波传感器产生的声波朝向液面，水源通过所述电磁阀置流出；节水方法包括：电磁阀打开，超声波传感器发射超声波至液面，液面反射的超声波经超声波传感器传递至控制器；控制器计算超声波传感器至液面距离，若本次计算的距离与上一次计算的距离不同，则电磁阀保持打开，否则，电磁阀关闭。与现有技术相比，提高人的时间利用率，节约用水。

技术研发人员：郭强;时志鹏;任晨辉;李俊文
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2020.06.30
技术公布日：2020.11.10