专利名称：家用多功能节水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种节水装置。特别涉及-一种低成本、智能化、整体设计结构简单，实
用性强，功能丰富，贴近生活的家用多功能节水装置。
背景技术：
当今社会，由于水资源紧张,而人类需求量却与日俱增，水资源消耗巨大。而这其 中地球可利用水资源少，只是其中一方面原因，更重要的原因则是人类的环保节水意识不 强。包括工厂、学校、家庭等都经常发生浪费水资源的现象。而相对来说,生活用水的浪费 又是我们最关心的问题，虽然人们现在的环保节水意识已经提高了很多，但有许多地方依 然造成了浪费。 以水龙头为例，开启时，必定会因个人差异导致手的力度各不相同，水的流速或大 或小,大了就会不经意间浪费水资源,再加上现在家庭中一般使用的水表装置功能简单,读 数也比较麻烦，实际流水量较大,这就造成了不必要的水资源浪费。所以，我们根据用户的 实际需要设计了--款家用多功能节水装置，本装置最大的特点就是根据用户不同的使用情 况，设置了相应的水流速，这样就可以减少因水流速过快而造成的浪费。 当前国家提倡节能环保，作为一个水资源缺乏的国家,淡水资源的利用变得尤为 重要，试想如果大部分的用户使用了我们的节水装置,这样不仅对用户来说可以减少不必 要的开支，国家也会因此受益,符合可持续发展的战略目标，因此我们的产品应当具有较强 的市场竞争力，能够被大多数用户所接受。 如此看来，开发集红外线感应和键盘控制两种模式选择，水流速传感器和红外线 传感器于一体的节水装置，具有较强的市场竞争力，为此我们设计了这款家用多功能节水 装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出了一种低成本、智能化、整体设计结构简单， 实用性强，功能丰富,贴近生活的家用多功能节水装置 本发明所采用的技术方案是一种家用多功能节水装置，包括有单片机主控电路 (l),还设置有用于测量水流速度的水流速传感器模块(2)，用于控制家用多功能节水装 置的工作方式是采用红外线传感器模块(3)，用于显示工作参数的液晶显示模块(4)，用于 设置工作参数的键盘控制模块(5)，用于设置工作模式的模式选择开关模块(8)，用于显示 工作状态的状态指示灯模块(9)和用于执行设定工作状态并可以限制水龙头模块(7)流速 的步进电机控制模块(6)。 所述的水流速传感器模块(2)包括有霍尔传感器(21)和磁性叶轮(22),磁性叶 轮安装于水管的内部，水的流动推动磁性叶轮(22)旋转，产生变化的磁场，并且磁性叶轮 (22)旋转随着水流速的快慢而变化，从而改变磁场变化频率，霍尔传感器(21)将变化的磁 场信号转换为电脉冲信号，经过整形后传送给单片机主控电路a)
所述的红外线传感器模块(3)包括有-一个红外线发射管(31)和 一个红外线接收 管(32)，将红外线发射管(31)和一个红外线接收管(32)安装于水龙头模块(7)的....匕方，当 工作用户将手置于水龙头模块(7)的下方和由下方远离水龙头模块(7)时,红外线接收管 (32)就会把采集到的电平变化的信号传递给单片机(l),单片机(1)再控制步进电机控制 模块(6)，步进电机驱动节流阀工作，来实现水龙头模块(7)供水控制，工作用户手置于红 外线传感器模块(3)的作用范围时，水龙头模块(7)按照设定的流量出水，工作用户手远离 红外线传感器模块(3)的作用范围时,水龙头模块(7)时停止出水。 所述的键盘控制模块(5)包括有流速增加键、流速减少键和复位键，用户可以参 考水流速传感器模块(2)测得的流速并根据需求按动流速增加键或流速减少键自行调节 流速值，在特殊的情况F按动复位键完全关闭水流通道，液晶显示模块(4)可以把当前的 流速值和流量值进行显示。 所述的模式选择开关模块(8)可以实现红外传感工作状态和自由用水工作状态 的转换，当处在红外传感工作状态时,主要由红外线传感器模块(3)进行状态检测，实现即 开即停的效果，达到用户短时间的用水和节水的目的；当处于自由用水工作状态时，出水的 时间完全由用户自行掌握,按照预先设定的出水速度进行工作，可以使用户最大限度的控 制水量，达到节水的目的；所述的工作状态指示灯模块(9)具有人性化的特色，完全是从用 户角度出发，可以使用户很清晰及时地了解现在装置的工作状态，方便用户的控制,有效地 避免用户的错误操作。 所述的步进电机控制模块(6)包括有步进电动机及其驱动器，步进电机控制模块 (6)接收单片机主控电路(1)发出的控制脉冲，驱动器根据脉冲的特性，使步进电机动作， 步进电机旋转带动水龙头模块(7)的节水阀门，使节水阀门开大或縮小，实现调节水流的 作用。 在详细的分析水源损失的原因及用户合理需求的基础上，本发明将各种功能按需 组合，使用单片机进行合理控制，结构简单，成本低，节水效果好；该系统工作模式多样化， 功能富有人性化，用户使用更加方便，最大限度的减少了水源的人为损失；
图1是；家用多功能节水装置的结构框图 图2是；家用多功能节水装置的工作流程图 图3是；AT89S52主控MCU及其主要接口电路图 图4是；键盘控制模块和模式选择开关模块的电路图 图5是；测水流速传感器模块的电路图 图6是；液晶显示模块的电路图 图7是；红外线传感器模块的电路图 图8是；步进电机控制模块的电路图 其中 1 :单片机主控电路 2 :水流速传感器模块 3 :红外线传感器模块 4 :液晶显示模块 5 :键盘控制模块 6 :步进电机控制模块
7 :水龙头模块 9 :状态指示灯模块 21 :霍尔传感器 31 :红外线发射管
8 :模式选择开关模块
22 :磁性叶轮
32 :红外线接收管
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种防盗门锁做出详细说明。 如图1所示，所述的水流速传感器模块(2)包括有霍尔传感器(21)和磁性叶轮 (22)，磁性叶轮安装于水管的内部,用于检测管道内水的流速；所述的红外线传感器模块 (3)包括有一个红外线发射管(31)和一个红外线接收管(32)。 如图3所示，AT89S52主控MCU及其主要接口电路图主要由状态指示模块(LED1为 键盘控制模式指示灯，LED2为红外线感应模式指示灯，LED1和LED2分别接一个1千欧的电 阻Rl和R2，在分别接到7和8引脚上)，晶振电路模块，复位电路模块， 一个具有9个引脚 的10千欧的排阻Pl (1引脚接VCC， 2-9引脚分别接AT89S52芯片的39-32引脚)，以及外部 存储模块(主要由AT24C16和两个10千欧的电阻R3和R4组成，VSS引脚和A0， Al， A2， WP 引脚分别接地，SDA和SCL引脚分别接AT89S52芯片的28和27引脚，主要用于累计用水量 的数据)组成。 如图4所示,键盘控制模块和模式选择开关模块的电路图由两行三列的一个矩阵 键盘组成，行线接口 P2. 0与P2. 1分别与AT89S52芯片的21与22引脚相连，列线接口 P2. 2、 P2. 3和P2. 4分别与AT89S52芯片的23， 24， 25引脚相连。Sl为装置的开启和关闭按键，S2 和S3为装置的模式选择开关键，S2为键盘控制模式选择键，S3为红外线感应模式选择键, S4、S5、S6分别为装置的水流速增加键、水流速减少键和复位键。S2按下，LEI)l亮；S3按下， LED2亮。S4、S5、 S6控制步进电机的运动状态，进而控制水龙头的出水速度。
如图5所示，经过综合考虑各种因素，本设计采用变磁阻式的霍尔传感器流量测 量仪(UNG3040)，叶轮的旋转引起霍尔元件磁阻的周期性变化，霍尔元件输出与流量有关的 电脉冲信号，经前置放大器放大并整形送入单片机(通过INTO引脚)输入端计数，工作简 单可靠。通过测量霍尔集成传感器的输出脉冲的个数即可得到流速的大小，通过液晶显示 器显示出来，再利用流速_截面积法计算得到一次所用的水流量，也由液晶显示器显示出 来，并且数据自动存储,便于用户统计，电路。 如图7所示，是红外线传感器模块的电路图，由红外线发射管(IF)和红外线接受 管(IR),两个定值电阻R5和R6,--个可变电阻器R7，以及一个数字比较器LM339组成。红 外线发射管(IF)正极接VCC，负极通过定值电阻R5接地；红外线接受管(IR)反接，负极接 VCC,正极通过定值电阻R6接地。可变电阻器R7a端接VCC, b端接地，可变端c接LM339的"+ "，LM339的"-"接在红外线接受管(IR)与定值电阻R6之间，lm339的输出端接在AT89S52芯片的6引脚上。通过检测该引脚的电平高低来控制水龙头的出水与否。
如图8所示，本装置采用的是六线制四相步进电机，该电机与ULN2803连接，JP1为电机六线接口，其中JP1的第3,4引脚连接在一起与电机的公共端相连，J:P1的第1,2,5,6引脚对应步进电机的4条驱动线，这四条驱动线通过ULN2803的第14， 15， 16,17引脚后，由第2， 3， 4， 5引脚与AT89S52芯片的第2， 3， 4， 5引脚相连接。
权利要求
一种家用多功能节水装置，包括有单片机主控电路(1)，其特征在于，还设置有用于测量水流速度的水流速传感器模块(2)，用于控制家用多功能节水装置的工作方式是采用红外线传感器模块(3)，用于显示工作参数的液晶显示模块(4)，用于设置工作参数的键盘控制模块(5)，用于设置工作模式的模式选择开关模块(8)，用于显示工作状态的状态指示灯模块(9)和用于执行设定工作状态并可以限制水龙头模块(7)流速的步进电机控制模块(6)。
2. 根据权利要求1所述的家用多功能节水装置，其特征在于，所述的水流速传感器模 块(2)包括有霍尔传感器(21)和磁性叶轮(22),磁性叶轮安装于水管的内部，水的流动推 动磁性叶轮(22)旋转，产生变化的磁场，并且磁性叶轮(22)旋转随着水流速的快慢而变 化，从而改变磁场变化频率，霍尔传感器(21)将变化的磁场信号转换为电脉冲信号，经过 整形后传送给单片机主控电路(1)
3. 根据权利要求1所述的家用多功能节水装置，其特征在于，所述的红外线传感器模 块(3)包括有一个红外线发射管(31)和一个红外线接收管(32),将红外线发射管(31)和 一个红外线接收管(32)安装于水龙头模块(7)的上方，当工作用户将手置于水龙头模块 (7)的F方和由F方远离水龙头模块(7)时，红外线接收管(32)就会把采集到的电平变化 的信号传递给单片机(l),单片机(1)再控制步进电机控制模块(6),步进电机驱动节流阀 工作，来实现水龙头模块(7)供水控制，工作用户手置于红外线传感器模块(3)的作用范围 时，水龙头模块(7)按照设定的流量出水，工作用户手远离红外线传感器模块(3)的作用范 围时，水龙头模块(7)时停止出水。
4. 根据权利要求l所述的家用多功能节水装置,其特征在于，所述的键盘控制模块(5) 包括有流速增加键、流速减少键和复位键，用户可以参考水流速传感器模块(2)测得的流 速并根据需求按动流速增加键或流速减少键自行调节流速值，在特殊的情况下按动复位键 完全关闭水流通道，液晶显示模块(4)可以把当前的流速值和流量值进行显示。
5. 根据权利要求1所述的家用多功能节水装置,其特征在于,所述的模式选择开关模 块(8)可以实现红外传感工作状态和自由用水工作状态的转换，当处在红外传感工作状态 时，主要由红外线传感器模块(3)进行状态检测，实现即开即停的效果，达到用户短时间的 用水和节水的目的；当处于自由用水工作状态时，出水的时间完全由用户自行掌握，按照预 先设定的出水速度进行工作，可以使用户最大限度的控制水量,达到节水的目的；所述的工 作状态指示灯模块(9)具有人性化的特色，完全是从用户角度出发，可以使用户很清晰及 时地了解现在装置的工作状态，方便用户的控制，有效地避免用户的错误操作。
6. 根据权利要求1所述的家用多功能节水装置，其特征在于，所述的步进电机控制模 块(6)包括有步进电动机及其驱动器,步进电机控制模块(6)接收单片机主控电路(1)发 出的控制脉冲，驱动器根据脉冲的特性，使步进电机动作，步进电机旋转带动水龙头模块 (7)的节水阀门，使节水阀门开大或縮小，实现调节水流的作用。
全文摘要
本发明公开一种家用多功能节水装置，以单片机为控制核心，水流速传感器可以为单片机控制核心提供水流速度信号，水流的调节通过步进电动机带动节水阀门来实现，期望水流速通过键盘进行设置，同时数码管显示水流速的设定值和当前值；本装置具有红外感应和键盘两种启动模式，用户可以直接按启动、停止按键控制装置工作，也可通过红外线感应模式控制水龙头的出水与否；该装置功能齐全，实用性强，成本不高，使用方法简单，数字显示直观，大大减少了现在家庭用水装置引起的不便，有效地达到了节水的目的，适合推广使用。
文档编号E03C1/02GK101706649SQ20091007107
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者周悦, 孔佑迪, 高圣伟, 魏巍 申请人:天津工业大学