一种基于人体检测的离散式回水装置、系统及其控制方法与流程

本发明属于电子技术领域，具体是涉及一种基于人体检测的离散式回水装置、控制系统及其控制方法。

背景技术：

社会进步和经济发展带来了人们生活水平的提高，各类热水器进入了千家万户，为人们洗浴等使用热水提供了方便。但热水器安装之处与浴室、洗漱间等出水点距离较远，当用户开启热水龙头时，出水口要先将该出水点至热水器热水管道内已冷却的水排放完，需要等待几分钟甚至十几分钟后才有热水。这就浪费了宝贵的水资源和等待的时间，热水使用极为不便。为了解决上述问题，迫切需要人们不断发明新技术、新工艺、新装置。目前市场上现有技术可划分为有回水管道和无回水管道的回水装置两类。一是有回水管道，例如专利号为CN201220099270.9的技术方案，就是从热水管的最远段再接回一条水管到热水器的下方，回来的这条水管就是我们常说的回水管。一般会把止回阀安装在回水管和冷水管的连接处，回水系统工作时，冷水管道内的供水主要就是通过回水管来提供了，这样的话即使回水系统工作时间如果稍长一些，也不用还害怕热水管道内的热水跑到冷水管道内了，这样洗手盆那里用冷水的时候也不会出来热水了。但是有回水管的回水系统存在明显的缺点：1、安装回水管要增加大量的管道材料；2、安装回水管工程比较复杂；3、为保持热水管道内热水常在，要不断通过回水管将热水管内的冷水泵压到热水器加热，能源耗费较大；4、费用较大，难以在大众家庭推广使用。二是没有回水管的回水系统例如专利号为200620110153.2的技术方案，其优点为：1、节省大量回水管材料；2、节省安装回水管工程费用与工时；3、便于在大众家庭推广使用。但没有回水管的回水系统的缺点如下：1、一般情况下，安装时都是把止回阀安装在距离热水器最远端洗手盆下方的热水管和冷水管的连接处，这样的话如果机器稍微工作时间长一点的话就会造成，我们在使用最远端洗手盆冷水的时候，也会放出一些热水。2、要反复启动回水装置消耗能源。3、等待热水的时间较长。4、连接到回水主水路的冷热水支线的回水不易(依据有关理论，支线热水管内冷却水很难通过主线回水流速带回热水器)。

目前几种控制回水方式和不足之处：1、不管有无用水需求，根据温度设定值不断的反复的回水加热，在大量不用热水的时段势必浪费很多能源。2、要用热水时现将龙头开启几秒再关上，使得管道内水流波动开关信号启动回水装置开动，然后等几分钟乃至十几分钟才有热水。3、配置手持遥控器，在遥控器上按下预热键，开启回水装置，等一段时间再去用热水。4、预先设置回水装置运行时间段预热回水，例如早、中、晚三个时段即开即用热水，但在其他时间就不能保证及时使用热水，控制方式比较呆板。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于人体检测的离散式回水装置、系统及其控制方法，可有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响，提高了回水效率，缩短了回水时间。

本发明的技术方案如下：一种基于人体检测的离散式回水装置，包括热水器、连接于热水器箱体的热水管和冷水管、分别与所述热水管和冷水管相连接的水龙头以及连接于热水管上的回水增压泵，所述热水管与冷水管间设有常闭电磁阀，所述热水管和冷水管通过所述常闭电磁阀连通，所述热水管与水龙头的连接处和冷水管与水龙头的连接处分别设有常开电磁阀；

所述常开电磁阀用于在用水点的热水管和冷水管通过常闭电磁阀连通时关闭；

所述回水增压泵用于将停留在热水管内的冷却水通过打开的常闭电磁阀将其压入冷水管中。

可选地，所述水龙头的近端设置有检测人体的红外探头以及用于传输信号的无线通信模块，所述常闭电磁阀与热水管的连接处设置有温度传感器；

所述红外探头用于采集附近人体信号并发送至所述无线通信模块；

所述常闭电磁阀用于当接收到人体信号时打开，使热水管和冷水管连通；

所述温度传感器用于检测所述热水管的温度，当热水管温度达到设定值时即关断所述常闭电磁阀；

可选地，所述433M无线通信模块的工作频率设置为433M或315M，其工作电压范围为3至12V。

可选地，所述热水管在所述回水增压泵的输出端至少包括一个分支热水管，所述冷水管至少包括一个分支冷水管，所述分支热水管和分支冷水管共同连接至分支水龙头，所述分支热水管与所述分支冷水管间设置有分支常闭电磁阀，所述分支水龙头与分支热水管的连接处和所述分支水龙头与分支冷水管的连接处分别设有分支常开电磁阀，所述分支水龙头的上侧或两侧的任意位置设置有用于检测人体的分支红外探头以及用于传输信号的分支无线通信模块，所述分支常闭电磁阀与热水管的连接处设置有分支温度传感器。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于人体检测的离散式回水装置能使得无论水龙头安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，通过任意用水点的检测到的人体信号快速启动回水增压泵对该用水点进行有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响，提高了回水效率，缩短了回水时间。本发明的离散式控制回水装置价位低、功能强、运行可靠，容易对现有热水系统进行加装改造。

第二方面，本发明提供了一种基于人体检测的回水系统，包括工业级MCU1、回水增压泵驱动电路、热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路、无线通信模块、温度设定装置以及至少一个带有无线通信模块的红外探头、至少一个温度传感器、至少一个工业级MCU2；

所述热水管控制阀驱动电路用于开启或关闭热水管常开电磁阀；

所述冷水管控制阀驱动电路用于开启或关闭冷水管常开电磁阀；

所述回水控制阀驱动电路用于关闭或开启常闭电磁阀；

所述带有无线通信模块的红外探头设置于各用水点水龙头上侧或两侧的任意位置，用于采集各用水点的人体信号并通过无线模块发送至所述工业级MCU2；

所述温度传感器与工业级MCU2连接，其用于将采集到的热水管的水温的数值发送至工业级MCU2；

所述温度设定装置与工业级MCU1连接，其用于人机交互时，人工设定各用水点的热水温度设定值；

所述工业级MCU1和所述工业级MCU2分别连接有无线通信模块，其用于将所述工业级MCU2接收到的人体信号以及温度到达设定值的信号通过无线传输至工业级MCU1；

所述工业级MCU1与所述回水增压泵驱动电路连接，其用于当接收到MCU2发送的人体信号时，即控制启动回水增压泵运行，直至有人体信号的用水点热水温度达到设定温度后控制停止回水增压泵；

所述工业级MCU2分别与热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路连接；其用于当所述带有无线通信模块的红外探头采集到所述用水点的人体信号时，分别控制热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀关闭并控制常闭电磁阀开启，直至所述用水点热水温度达到设定温度后分别控制热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀开启并控制常闭电磁阀关闭。

可选地，所述带有通信模块的红外探头与通信模块的设置距离不大于10米。

可选地，所述工业级MCU2包括信号接收/发送模块、温度判断模块、电磁阀控制模块以及扬声器控制模块；

所述温度判断模块用于判断各用水点的热水管水温是否达到温度设定值；

所述信号接收/发送模块用于发送红外检测到的人体信号和水温达到温度设定值的信号，以及接收工业级MCU1发送的温度设定值；

所述电磁阀控制模块用于给热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路分别提供启停信号。

所述扬声器控制模块用于有人体信号的所述用水点的温度值达到设定值后控制各用水点的扬声器发出提示音。

可选地，所述工业级MCU1包括信号接收/发送模块、温度设定模块、回水增压泵控制模块；

所述信号接收/发送模块用于接收所述工业级MCU2发送的红外检测人体信号和用水点的热水温度达到设定值的提示信号，向各用水点的MCU2发送温度设定值；

所述温度设定模块用于存储或变更人工设定用水点的热水温度设定值；

所述回水增压泵控制模块用于给回水增压泵驱动电路提供启停信号。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统采用多个工业级MCU2、一个MCU1与无线通信模块作为核心控制元件，工业级MCU1与工业级MCU2分别实时控制回水增压泵的启停以及各用水点的电磁阀开闭。本发明使得水龙头无论安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响，提高了回水效率，缩短了回水时间。

第三方面，本发明提供了一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的控制方法，其步骤如下：

步骤S1：当带有无线通信模块的红外探头采集到任意用水点的人体信号时，工业级MCU2分别控制关闭热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀，开启常闭电磁阀，同时通过无线传输人体信号给工业级MCU1，工业级MCU1接收到人体信号后立即控制启动回水增压泵运行；

步骤S2：温度传感器采集热水管当前热水温度数值，传送至工业级MCU2,并判断其是否达到温度设定值；若结果为是则进入步骤S3，若结果为否则继续判断；

步骤S3：工业级MCU2将温度已达到设定值的判断结果通过无线传输发送到工业级MCU1，工业级MCU2分别控制开启热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀，关闭常闭电磁阀，同时工业级MCU1控制停止回水增压泵运行；

步骤S4：工业级MCU2的扬声器控制模块向该用水点的扬声器发送信号使扬声器发出提示音告知用户可以使用热水。

可选地，所述步骤S2中：所述工业级MCU2执行判断指令的间隔为500毫秒，当收到热水温度达到设定值的结果后，立即将其发送至MCU1启动后续流程。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的控制方法，启用了工业级MCU对任意用水点电磁阀的逻辑控制，使得无论水龙头安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响，提高了回水效率，缩短了回水时间。本发明的离散式控制回水装置价位低、功能强、运行可靠，容易对现有热水系统进行加装改造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明实施例一所提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例二所提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的系统模块图；

图3示出了本发明实施例二所提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的工业级MCU1的模块构成图；

图4示出了本发明实施例二所提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的工业级MCU2的模块构成图；

图5示出了本发明实施例三所提供的一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的控制方法的流程图。

附图标记：1-热水器；2-回水增压泵；3-温度传感器；4-常闭电磁阀；5-热水管常开电磁阀；6-水龙头；7-冷水管常开电磁阀；8-红外探头；9-分支热水管常开电磁阀；10-分支水龙头；11-分支红外探头；12-分支冷水管常开电磁阀；13-分支常闭电磁阀；14-分支温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

参见图1所示，实施例一提供了一种基于人体检测的离散式回水装置，包括热水器1、连接于热水器箱体的热水管和冷水管、分别与所述热水管和冷水管相连接的水龙头6以及连接于热水管上的回水增压泵2，所述热水管与冷水管间设有常闭电磁阀4，所述热水管和冷水管通过所述常闭电磁阀4连通，所述热水管与水龙头6的连接处和冷水管与水龙头6的连接处分别设有热水管常开电磁阀5和冷水管常开电磁阀7；

所述热水管常开电磁阀5及冷水管常开电磁阀7用于在用水点的热水管和冷水管通过常闭电磁阀4连通时关闭；

所述回水增压泵2用于将停留在热水管内的冷却水通过打开的常闭电磁阀4将其压入冷水管中。

本装置在实际使用中，在每一个用水点附近安装用于检测人体信号的红外探头，可提前3至5秒内检测到可能使用热水的人体信号，并依据此信号立即启动回水装置工作。

本实施例中，所述水龙头6的上侧设置有检测人体的红外探头8以及用于传输信号的无线通信模块，所述常闭电磁阀4与热水管的连接处设置有温度传感器3；

所述红外探头8用于采集附近人体信号并发送至所述无线通信模块；

所述常闭电磁阀4用于当接收到人体信号时打开，使热水管和冷水管连通；

所述温度传感器2用于检测所述热水管的温度，当热水管温度达到设定值时即关断所述常闭电磁阀4；

本实施例中，所述无线通信模块的工作频率设置为433M，其工作电压设置为12V。此时无线通信模块的空旷地传输距离可至700至800米，确保回水装置各个控制电路和红外探头间的信号实时传送。

本实施例中，所述热水管在所述回水增压泵2的输出端至少包括一个分支热水管，所述冷水管至少包括一个分支冷水管，所述分支热水管和分支冷水管共同连接至分支水龙头，所述分支热水管与所述分支冷水管间设置有分支常闭电磁阀13，所述分支水龙头10与分支热水管的连接处和所述分支水龙头10与分支冷水管的连接处分别设有分支热水管常开电磁阀9和分支冷水管常开电磁阀12，所述分支水龙头10的上侧设置有用于检测人体的分支红外探头11以及用于传输信号的分支无线通信模块，所述分支常闭电磁阀13与热水管的连接处设置有分支温度传感器14。

本发明实施例主要用于使得无论水龙头安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，通过任意用水点的检测到的人体信号快速启动回水增压泵对该用水点进行有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响，提高了回水效率，缩短了回水时间。本发明的离散式控制回水装置价位低、功能强、运行可靠，容易对现有热水系统进行加装改造。

参见图1至图4所示，实施例二提供了一种基于人体检测的离散式回水装置的系统，包括工业级MCU1、回水增压泵驱动电路、热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路、无线通信模块、温度设定装置以及至少一个带有无线通信模块的红外探头、至少一个温度传感器、至少一个工业级MCU2；

所述热水管控制阀驱动电路用于开启或关闭热水管常开电磁阀5以及分支热水管常开电磁阀9；

所述冷水管控制阀驱动电路用于开启或关闭冷水管常开电磁阀7以及分支冷水管常开电磁阀12；

所述回水控制阀驱动电路用于关闭或开启常闭电磁阀4以及分支常闭电磁阀13；

所述带有无线通信模块的红外探头设置于各用水点水龙头上侧，用于采集各用水点的人体信号并通过无线模块发送至所述工业级MCU2；

所述温度传感器与工业级MCU2连接，其用于将采集到的热水管的温度的数值发送至工业级MCU2；

所述温度设定装置与工业级MCU1连接，其用于人机交互时，人工设定各用水点的热水温度设定值；

所述工业级MCU1和所述工业级MCU2分别连接有无线通信模块，其用于将所述工业级MCU2接收到的人体信号以及温度达到设定值的信号通过无线传输至工业级MCU1；

所述工业级MCU1与所述回水增压泵驱动电路连接，其用于当接收到MCU2发送的人体信号时，即控制启动回水增压泵运行，直至有人体信号的用水点热水温度达到设定温度后控制停止回水增压泵；

所述工业级MCU2分别与热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路连接；其用于当所述带有无线通信模块的红外探头采集到任意用水点的人体信号时，分别控制热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀关闭并控制常闭电磁阀开启，直至有人体信号的用水点热水温度达到设定温度后分别控制热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀开启并控制常闭电磁阀关闭。

本实施例中，所述工业级MCU2包括信号接收/发送模块、温度判断模块、电磁阀控制模块以及扬声器控制模块；

所述温度判断模块用于判断各用水点的热水管水温是否达到温度设定值；

所述信号接收/发送模块用于接收及发送任意有人体信号的用水点的热水温度值以及接收工业级MCU1发送的温度值达到设定的提示信号；

所述电磁阀控制模块用于给热水管控制阀驱动电路、冷水管控制阀驱动电路、回水阀驱动电路分别提供启停信号。

所述扬声器控制模块用于当任意有人体信号的用水点的温度值达到设定值后控制各用水点的扬声器发出提示音。

本实施例中，所述工业级MCU1包括信号接收/发送模块、温度设定模块、回水增压泵控制模块；

所述信号接收/发送模块用于接收所述工业级MCU2发送的有人体信号和温度值达到设定的提示信号，向各用水点MCU2发送温度设定值；

所述温度设定模块用于存储或变更人工设定各用水点的热水温度设定值；

所述回水增压泵控制模块用于给回水增压泵驱动电路提供启停信号。

本实施例中，所述带有通信模块的红外探头与通信模块的设置距离为8米。

本实施例中，热水管、冷水管、分支热水管、分支冷水管的直径均为12.7mm。

本实施例中，采用超静音屏蔽式回水增压泵，支持每分钟回水流量为40升。当用水点距回水增压泵为20米时，热水管内留存的冷却水约为2.53升；则使用本实施例提供的回水增压泵时3.8秒内即可将热水管内的冷却水全部置换成热水。增压的冷却水通过打开的常闭电磁阀进入冷水管和整个自来水管连通，提高了增压安全性。任意用水点红外探头一旦检测到热水管内水温达到设定值时即关断常闭电磁阀，确保水龙头可分别正常的使用冷水和热水。

本发明实施例采用工业级MCU与无线通信模块作为核心控制元件，采用超静音屏蔽式回水增压泵可几乎实时控制回水增压的启停以及各用水点的电磁阀开闭。本发明实施例使得水龙头无论安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响。本系统设有的红外探头可以感应人体信号，只有当感应到人体信号时，再启动回水装置运行，提高了回水效率，缩短了回水时间。

参见图5所示，实施例三提供了一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的控制方法，其步骤如下：

步骤S1：当带有无线通信模块的红外探头采集到任意用水点的人体信号时，工业级MCU2分别控制关闭热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀，开启常闭电磁阀，同时通过无线传输人体信号给工业级MCU1，工业级MCU1接收到人体信号后立即控制启动回水增压泵运行；

步骤S2：温度传感器采集热水管当前热水温度数值，并传送至工业级MCU2,判断其是否达到设定值；若结果为是则进入步骤S3，若结果为否则继续判断；

步骤S3：工业级MCU2将温度已达到设定值的判断结果通过无线传输发送到工业级MCU1，工业级MCU2分别控制开启热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀，关闭常闭电磁阀，同时工业级MCU1控制停止回水增压泵运行；

步骤S4：工业级MCU2的扬声器控制模块向该用水点的扬声器发送信号使扬声器发出提示音告知用户可以使用热水。

本实施例中，所述步骤S2中：所述工业级MCU2执行判断指令的间隔为500毫秒，当热水温度达到设定值的结果后，立即将其发送至MCU1启动后续流程。

本实施例中，所述一种基于人体检测的离散式回水装置的系统的控制方法应用于家庭热水器的离散式回水系统。所述系统包括厨房、客卫、主卫、阳台水池4个用水点，各用水点距热水器的距离分别为3米、8米、15米、20米。

在本实施例中，热水管、冷水管、分支热水管、分支冷水管的直径均为12.7mm。

采用超静音屏蔽式回水增压泵，支持每分钟回水流量为40升。当用水点距回水增压泵为最远距离20米时，热水管内留存的冷却水约为2.53升；则3.8秒内即可将热水管内的冷却水全部置换成热水。增压的冷却水通过打开的常闭电磁阀进入冷水管和整个自来水管连通，提高了增压安全性。任意用水点红外探头一旦检测到热水管内水温达到设定值时即关断常闭电磁阀，并打开热水管常开电磁阀和冷水管常开电磁阀确保水龙头可分别正常的使用冷水和热水。本方法适用于家庭热水器的离散式回水系统的控制，当4个用水点中任意一个用水点检测到人体信号时，执行本方法的步骤S1至步骤S4，其中步骤S2的工业级MCU2的温度判断模块的判断时间间隔均为500毫秒。依据本发明实施例中红外探头的设置位置可知，其感应到人体信号并启动回水增压泵的时间可提前3至5秒，所以本发明实施例三提供的方法使各用水点的使用者可在到达用水点的3秒之内收到可以使用热水的声音提示，使用户第一时间使用热水。节省能源，极大的提高了用户使用热水的体验。

本发明实施例启用了工业级MCU对任意用水点电磁阀的逻辑控制，使得无论水龙头安装在回水主水路上还是在分支水路上都能有效回水，同时降低了其它管道内冷却水的影响。本发明实施例只有当红外探头检测到人体信号时才启动离散式回水装置进行回水，提高了回水效率，减少了能源浪费，缩短了回水时间。本发明的离散式控制回水装置价位低、功能强、运行可靠，容易对现有热水系统进行加装改造。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。