用水设施水资源意外浪费的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于节水技术领域，涉及一种用水设施水资源意外浪费的控制系统，还涉 及用水设施水资源意外浪费的控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着人口的增长，我国的水资源十分缺乏，但是存在的水资源浪费现象却 十分严重，尤其是城市用水中的跑、冒、滴、漏现象较为严重。智能节水装置以其能有效节约 水资源的特点受到人们的青睐，已成为一项具有发展前景和影响力的技术产品。然而现有 的节水装置都是对单个用水设施进行节水，缺乏对整个用水系统的整体控制，且需要外接 电源供电，在意外停电时无法起到节水效果，此外，现有的节水装置采用的元器件较多，导 致结构较为复杂、生产成本较高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种用水设施水资源意外浪费的控制系统，解决了现有节水 装置在外部停电状态下无法节水、结构较为复杂、生产成本较高的问题。
[0004] 本发明的另一目的是提供用水设施水资源意外浪费的控制方法，基于自来水总管 道内的压力、流量，解决了用水设施环境中人不在现场时，水资源意外浪费的问题，并能判 断出用水设施具体的损坏情况。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，用水设施水资源意外浪费的控制系统，包括单片机， 单片机分别连接有电磁截水阀、测量与发电装置、键盘、储能电池及信号反馈模块，信号反 馈模块连接有区域监控平台，测量与发电装置依次连接有电源转换控制器、储能电池，储能 电池还与信号反馈模块连接，测量与发电装置、电磁截水阀均位于水管中，电磁截水阀上设 有复位开关，复位开关位于水管的外部，单片机还外接有信号灯，信号灯包括故障指示灯和 正常指示灯。
[0006] 本发明的特点还在于，
[0007] 其中测量与发电装置包括水轮发电机，水轮发电机上设有水流传感器和压力表， 水轮发电机与电源转换控制器连接，水流传感器、压力表同时与单片机连接。
[0008] 其中储能电池上设有电量指示灯和辅助充电接口。
[0009] 其中单片机选用的型号为MSP430F6638。
[0010] 其中电源转换控制器的信号为TL494。
[0011] 本发明所采用的另一技术方案是，用水设施水资源意外浪费的控制方法，采用上 述用水设施水资源意外浪费的控制系统，具体按照以下步骤进行实施：
[0012] 步骤1，通过键盘向单片机中输入用水设施所在环境一年内正常用水总流量Qy，正 常用水水压匕、固定用水高峰时间段t。、用水设施在一年各天内的变化系数Kf，统计用水设 施环境中水龙头数量a和马桶的数量b ;
[0013] 步骤2,根据步骤1输入的参数计算用水设施所在水管的最大平均秒流量Qs;
[0014] 步骤3,利用单片机对水流传感器测得水管中的秒流量Q1及压力表中的P i进行采 集；
[0015] 步骤4,利用步骤1输入的正常用水水压P。、步骤2、步骤3得到的结果计算水资源 浪费系数η ;
[0016] 步骤5,在固定用水高峰时间段t。内，计算用水波动比率系数r ;
[0017] 步骤6,以步骤4得到的水资源浪费系数n、步骤5得到的用水波动比率系数r为 依据，利用单片机判断用水设施是否意外浪费水，若判断出用水设施存在浪费水的情况，单 片机采取相应措施控制水资源浪费。
[0018] 本发明另一技术方案的特点还在于，
[0019] 其中步骤2的具体过程为，
[0020] 针对高校内的用水设施，计算水管中的最大平均秒流量Qs的公式如下：
[0021] Qs= Kf · Qy/(86400X365) (L/s) (1);
[0022] 其中，Qy为用水设施所在环境一年内用水总流量，Kf为用水设施在一年各天内的 变化系数，365为一年天数，86400为一天秒数。
[0023] 其中，步骤4的具体过程为，
[0024] 计算水资源浪费系数η的公式如下：
[0026] 其中步骤5的具体过程为，
[0027] 在固定用水高峰时间段t。，若在时间段t内水资源浪费系数η不在规定范围n< 1 内，则说明用水设施的用水量存在波动，用水波动比率系数r的计算公式如下：
[0028] r = t/t〇 (3)。
[0029] 本发明的有益效果是，通过测量自来水管内水流量判断用水装置的坏损情况，简 化节水装置构造的复杂度，易于安装，降低了生产成本；利用水流进行自发电，在外部停电 条件下装置依然正常工作；本发明中的检测系统能够对厕所中的意外浪费的水进行检测并 通过信号反馈模块传递给监控平台，通过监控平台显示的信息对水资源意外浪费的情况及 时处理，起到了很好的节水效果。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明中用水设施水资源意外浪费的控制系统的结构示意图。
[0031] 图中，1.水轮发电机，2.电磁截水阀，3.复位开关，4.键盘，5.故障指示灯，6.正 常指示灯，7.信号反馈模块，8.区域监控平台，9.辅助充电接口，10.储能电池，11.电量指 示灯，12.电源转换控制器，13.水管，14.单片机，15.水流传感器，16.压力表。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0033] 本发明用水设施水资源意外浪费的控制系统，结构如图1所示，包括设置在水管 13中的测量与发电装置、电磁截水阀2。
[0034] 测量与发电装置包括水轮发电机1，水轮发电机1上安装有压力表16和水流传感 器15,水轮发电机1的电力输送端、水流传感器15的信号传输端、压力表16的信息传输端 及电磁截水阀2的控制端均位于水管13外部，水流传感器15的信号传输端、压力表16的 信息传输端均与单片机14的信号接收端连接，单片机14的信号接收端还连接有键盘4,水 轮发电机1的电力输送端依次与电源转换控制器12、储能电池10及单片机14的电源接口 连接，储能电池10还与信号反馈模块7的信号接收端连接，信号反馈模块7的信号接收端、 电磁截水阀2的控制端同时与单片机14的信号输出端连接，单片机14的信号输出端还外 接有信号灯，信号灯包括故障指示灯5和正常指示灯6,信号反馈模块7的信号发射端与区 域监控平台8连接，电磁截水阀2的控制端设有复位开关3。
[0035] 其中电源转换控制器12与储能电池 10之间为双向连接。
[0036] 其中储能电池10上设有电量指示灯11和辅助充电接口 9。
[0037] 其中单片机14选用的型号为MSP430F6638。
[0038] 电源转换控制器12的信号为TL494。
[0039] 其中单片机14的信号输出端通过RS232与信号反馈模块7的信号接收端进行串 行通讯，信号反馈模块7的信号发射端通过Zegbee发射信号。
[0040] 其中单片机14的信号输出端发出PMff控制信号对电磁截水阀2进行控制。
[0041] 本发明用水设施水资源意外浪费的控制系统的工作原理为，测量与发电装置中的 水轮发电机1在水管13中存在水流的情况下会进行发电，水轮发电机1发电后会将电量供 给水流传感器15,同时经电源转换控制器12对电量进行转换后存储在储能电池10中，储能 电池10同时给电源转换控制器12、信号反馈模块及单片机14供电，通过键盘4对单片机14 中输入用水设施所在环境一年内正常用水总流量Qy，在单片机14中计算用水设施所在总水 管的最大平均秒流量Qs，然后再通过单片机14采集水流传感器测得的Q1，以QsA 1S依据在 单片机14中对用水设施的水资源浪费情况进行判断，单片机14的将判断结果发送给信号 反馈模块7同时单片机14控制电磁节水阀2动作，使水管13中的水不向用水设施供应，切 断用水设施的水源，，通过单片机14控制相应的指示灯（正常指示灯6、故障指示灯5)亮， 指示灯可以及时提醒水管旁边的人及时发现供水设施出现故障，以便第一时间进行处理， 若水资源出现浪费，水管13旁边没有人及时发现，信号反馈模块7将这一信号传输给区域 监控平台8,维修管理人员从区域监控平台8上发现后对用水设施及时修理，以免浪费过多 的水资源，当维修人员发现单片机14控制电磁截水阀2将水源切断是由于某时刻或某天的 实际用水量超过规定的平均正常用水量而不是用水设施存在损坏导致的意外浪费水时，可 通过复位开关3将电磁截水阀打开，使水流正常在水管13中流通。
[0042] 本发明采用上述控制系统对用水设施水资源意外浪费进行控制的方法，具体按照 以下步骤进行实施：
[0043] 步骤1，通过键盘4向单片机14中输入用水设施所在环境一年内正常用水总流量 Qy，正常用水水压匕、固定用水高峰时间段t。、用水设施在一年各天内的变化系数Kf，统计用 水设施环境中水龙头数量a和马桶的数量b ;
[0044] 步骤2,根据步骤1输入的参数计算用水设施所在水管13的最大平均秒流量Qs;
[0045] 步骤2的具体过程为，
[0046] 针对高校内的用水设施（具体的用水设施的水龙头数量a、马桶数量b可针对具体 的研究学校确定），计算水管中的最大平均秒流量Qs的公式如下：
[0047] Qs= Kf · Qy/(86400X365) (L/s) (1);
[0048] 其中，Qy为用水设施所在环境一年内用水总流量，Kf为用水设施在一年各天内的 变化系数