流体信息显示装置及其控制方法，以及水路设备与流程

1.本发明涉及信息显示技术领域，特别涉及一种流体信息显示装置及其控制方法，以及水路设备。


背景技术：

2.传统的显示装置需要电力来驱动数码管显示温度等信息，因水力发电机发电功率有限，导致显示信息有限。也即，因发电量有限，数码管显示效果较差，如果想显示效果好，需要水管里的水压足够且需要很大的水量来驱动发电机，比较费水，一般的家用水压难以满足通过水力发电机驱动数码管来显示信息。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种流体信息显示装置，旨在提供一种低耗能的流体信息显示装置，使得在低水压环境下也能使用该流体信息显示装置，提高该流体信息显示装置的普适性。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种流体信息显示装置，所述流体信息显示装置包括发电机，用于安装于所述流体管，所述发电机包括驱动件和发电结构，所述驱动件设于所述流体管内，用以由流体管内的流体带动所述驱动件驱动所述发电结构将所述动能转化为电能；
5.显示装置，所述显示装置包括液晶显示屏和设于所述液晶显示屏背面的背光源，所述液晶显示屏和所述背光源电性连接所述发电机；
6.其中，所述背光源为led灯珠。
7.可选地，所述流体信息显示装置包括温度传感器和控制器，所述控制器与所述温度传感器和所述背光源均电性连接，所述温度传感器用以检测所述流体的温度信息，所述控制器根据所述温度信息控制所述led灯珠。
8.可选地，所述led灯珠的数量为至少两个，所述控制器与至少两个所述led灯珠均电连接，以根据所述温度信息控制其中一所述led灯珠开启。
9.可选地，至少两个所述led灯珠中的两者均为红色led灯珠，至少一所述红色led灯珠的外围包覆第一转换罩，用以将所述红光转换为白光，至少另一所述红色led灯珠的外围包覆第二转换罩，用以将所述红光转换为橙光。
10.可选地，至少一所述led灯珠为橙色led灯珠，至少另一所述led灯珠为白色led灯珠。
11.可选地，所述液晶显示屏与所述led灯珠之间设有散光片，所述散光片上设有图形结构层。
12.可选地，所述流体信息显示装置还包括流量检测单元，所述流量检测单元电性连接所述发电机和所述控制器，用以检测所述流体的流量信息，所述控制器控制所述液晶显示屏显示所述流量信息。
13.可选地，所述发电机的输出端设有整流滤波组件，所述液晶显示屏和所述背光源电性连接所述整流滤波组件；
14.和/或，所述流体信息显示装置还包括水质检测传感器，所述水质检测传感器电性连接所述发电机和控制器，用以检测水质，并通过所述液晶显示屏显示水质。
15.可选地，流体信息显示装置的控制方法，检测流体温度信息；
16.当所述流体的温度小于预设温度时，所述温度传感器的信号电路触发至少一所述led灯珠发光使所述lcd显示装置显示白色光源信息；
17.当所述流体的温度大于预设温度时，所述信号电路触发至少另一所述led灯珠发光使所述lcd显示装置显示橙色光源信息。
18.本技术还提供一种水路设备，所述水路设备包括所述的流体信息显示装置。
19.本发明技术方案涉及一种流体信息显示装置，流体信息显示装置包括发电机和lcd显示装置，发电机由流体带动，提供电源，发电机用于安装于流体管，发电机包括驱动件和发电结构，驱动件设于流体管内，用以由流体管内的流体带动驱动件驱动发电结构将动能转化为电能；显示装置包括液晶显示屏和设于液晶显示屏背面的背光源，液晶显示屏和背光源电性连接发电机；其中，背光源为led灯珠，led灯珠的功耗很小，使得发电机能够带动led灯珠发光，光源射入液晶显示屏显示图像，使得小流量环境下也能应用该流体信息显示装置，提高该流体信息显示装置应用的普适性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1为本发明一种流体信息显示装置的结构示意图；
22.图2为本发明一种压电发电的结构示意图；
23.图3为本发明一种流体流量检测单元的结构示意图；
24.图4为本发明一种流体流量的测量方法的示意图；
25.图5为本发明另一种压电发电的结构示意图。
26.附图标号说明：
27.标号名称标号名称100流体信息显示装置33背光源10发电机40集流结构11线路41溢流口20压电发电元件42溢流盖21弹片43弹性件211压板50流体管212弹簧60转动轮22压电元件61叶片30显示装置62轴
31液晶显示屏
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28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.传统显示装置需要电池或者市电来供电。使用电池污染严重，不环保，且需要周期性充电，市电具有一定的安全隐患。传统的显示装置需要电力驱动数码管来显示温度等信息，数码管耗电量大，采用水力发电机供电时，因水力发电机发电功率有限，导致显示信息有限，显示亮度较低。如果想显示效果好，需要水管里的水压足够且需要很大的水量来驱动发电机，比较费水，且用户家水压不一定都能满足。
34.液晶显示屏(lcd)具有耗电量低的特点，不同于诸如等离子体显示面板(pdp)、场发射显示器(fed)等的发射显示器，液晶显示屏(lcd)是不能通过它们自身发光的非发射显示器，并且因此需要来自lcd的外部的入射光来显示图像。
35.为了提高流体信息显示装置应用的普适性，使得在市政供水管道正常的水流量情况下能驱动发电机发电供显示装置显示水流信息。当然本技术的流体信息显示装置所应有的流体不限于水流，其他流体在满足情况下也能应用。
36.如图1所示，本技术提供一种流体信息显示装置100，包括发电机10和lcd显示装置30，发电机10由流体带动，提供电源，也即，发电机10包括驱动件和发电结构，驱动件设于流体管内，用以由流体管内的流体带动驱动件驱动发电结构将动能转化为电能；lcd显示装置30包括液晶显示屏31和设于液晶显示屏31背面的背光源33，液晶显示屏31和背光源33电性连接发电机10；其中，背光源33为led灯珠，led灯珠的功耗很小，使得发电机能够带动led灯
珠发光，光源射入液晶显示屏31显示图像，使得小流量环境下也能应用该流体信息显示装置100，提高该流体信息显示装置100应用的普适性。
37.可以理解的是，发电结构包括压电发电结构和/或电磁感应发电结构，如图2所示，为压电发电结构的示意图，转动轮60设于水流管50，流体带动转动轮60的叶片61转动，叶片61与轴62连接，叶片转动时，轴62也转动，压电发电元件20围设于转动轮60，且其上设有压电元件22和弹片21，当叶片61转动至弹片21时挤压弹片21，弹片21挤压压电元件22实现发电。
38.可以理解的是在电磁感应发电结构中，图2中的结构也能用于电磁感应发电结构，在轴62上设置能够相互切割磁感线的感应线圈和磁铁，利用感应线圈切割磁感线产生感应电流，可以通过转动轮60设带动轴62转动，轴6带动感应线圈运动切割磁感线，将机械能转化为电能。也即，可以实现转动轮60转动同时实现压电发电结构和电磁感应发电结构同时发电，提高动能的利用效率。
39.压电发电的原理是对压电材料施加压力，压电材料形变而产生电位差压。例如，一种压电发电装置，压电材料具有正压电效应和逆压电效应，其正压电效应是将机械能转换为电能，该压电发电装置，包括基板和固定在基板上的压电陶瓷片，压电陶瓷片的上方还设有一端与基板固定地压板，压板的下表面上固设有压块，压块对应于压电陶瓷片的中部，压块随压板的上下运动间歇地施加载荷于压电陶瓷片上，产生电流。
40.可以理解的是，为了使背光源功耗小，led灯珠可以为一个，且，为了避免一个led灯珠造成的光源发散不均匀的问题，在液晶显示屏31和背光源33之间可以设置散光片，用以将单个led灯珠发射的光源进行扩散，使led灯珠发射的光均匀的照射在液晶显示屏31上。
41.还可以理解的是，红、绿、蓝三种颜色中相同电流下红光耗电最少，绿光蓝光基本相同，主要是红光的vf值只有2v，而绿蓝光为3v，所以如果是330ma电流，红光只有2/3w，绿蓝光为1w。也即，红色led灯珠相比其他颜色的led灯珠耗能更低，因此可优先选用红色led灯珠，来进一步降低功耗。
42.液晶显示屏31可以用于显示流量信息、温度信息和水质信息等，通过设置流量、温度、水质等各种传感器，使传感器电性连接液晶显示屏31，使传感器输出的信息在液晶显示屏31上显示。
43.在一实施例中，红色led灯珠与液晶显示屏31之间设有荧光片，用以将来自红色led灯珠的入射光转换为白光以将朝向液晶显示屏发射。而且，荧光片上可设有图形结构层，避免光的反射损失，以防止降低光亮度。
44.进一步地，流体信息显示装置100包括温度传感器和控制器，控制器与温度传感器和背光源均电性连接，温度传感器用以检测流体的温度信息，控制器根据温度信息控制led灯珠。
45.也即，考虑到一些应用场景中需要了解水温，因此，在流体信息显示装置100上设置温度传感器，例如，超低功耗si705x温度传感器在每秒一次采样频率下，电流消耗仅195na。可以理解的是，当温度达到一定值时，控制器控制背光源33的电路，用以根据温度信息触发led灯珠的开关。例如，在温度较高时控制器控制led灯珠连通电路，用以通过液晶显示屏31显示温度信息，避免使用者用水烫伤。
46.进一步地，led灯珠的数量为至少两个，控制器与至少两个led灯珠均电连接，以根据温度信息控制其中一led灯珠开启。
47.也即，为了延长灯珠的使用寿命，采用在不同水温范围下，控制器控制不同的led灯珠开启，避免持续使用一个led灯珠，降低使用寿命，而且，为了区别水温范围，由于不同的灯珠的其位置不同，根据液晶显示屏31上显示的灯珠的位置可以辨别温度范围。
48.同时，为了方便区别水温范围，不同的水温范围所对应的的灯珠的颜色不同，由此来判断温度是热水还是冷水。
49.进一步地，为了方便通过显示装置30所显示的信息的颜色来判断水温，至少两个led灯珠中的两者均为红色led灯珠，至少一红色led灯珠的外围包覆第一转换罩，用以将红光转换为白光，至少另一红色led灯珠的外围包覆第二转换罩，用以将红光转换为橙光。
50.也即，led灯珠的数量为至少两个，控制器分别控制至少两个led灯珠开启；控制器通过温度信息来控制不同的led灯珠连通电路，用于不同的发光颜色信息显示。
51.当流体的温度小于预设温度时，控制器根据温度传感器的信号触发至少一led灯珠发光，使lcd显示装置30显示白色光源信息；也即，lcd显示装置30显示的信息是以白色光源反馈，例如，当lcd显示装置30显示流量时，流量的数字颜色是白色。
52.当流体的温度大于预设温度时，控制器根据温度传感器的的信号触发至少另一led灯珠发光，使lcd显示装置30显示橙色光源信息，也即，lcd显示装置30显示的信息是以橙色光源反馈，例如，当lcd显示装置30显示流量时，流量的数字颜色是橙色。
53.预设温度可以是30℃、50℃、80℃、100℃。
54.至少一红色led灯珠的外围包覆第一转换罩，用以将红光转换为白光，至少另一红色led灯珠的外围包覆第二转换罩，用以将红光转换为橙光。
55.由于红色led灯珠最节能，采用红色led灯珠结合不同颜色的光罩，实现不同颜色的光源的转换。
56.当然，还可以是至少一led灯珠为橙色led灯珠，至少另一led灯珠为白色led灯珠。用以在流体的温度小于30℃时，控制器根据温度传感器的信号触发至少一led灯珠发光，使白光lcd显示装置30显示白色光源信息；流体的温度大于30℃时，控制器根据温度传感器的信号触发至少另一橙光led灯珠发光，使lcd显示装置30显示橙色光源信息。
57.进一步地，液晶显示屏与led灯珠之间设有散光片，散光片上设有图形结构层。通过在散光片上设置图形结构层，减少led灯珠经过散光片由于全反射造成的损失，在led灯珠功率等不变的情况下，提高出光度，提高器件的亮度，提高器件性能。
58.可以理解的是，液晶显示屏30的形状具体不作限定，可以是圆形，而且可以在液晶显示屏30上设置一圈发光圈，使得具有照明的作用，当在黑暗的情况下，流体运动时，发光圈发光，方便黑暗环境的照明，或者是，控制器在用户发出指令时触发发光圈发光，此时，通过流体显示装置设置的蓄电池为控制器和液晶显示屏提供电源，以方便用户在黑暗环境中准备去往设有流体显示装置的环境中时，提供照明，充分利用流体显示装置。
59.进一步地，流体信息显示装置100还包括流量检测单元，流量检测单元电性连接发电机10和控制器，用以检测流体的流量信息，控制器控制液晶显示屏显示流量信息。
60.可以理解的是，考虑到发电机10的发电量很小，应尽可能采用功耗小的装置测流量。
61.如图3所示，流量检测单元包括电气参数采集模块和信号处理模块，电气参数采集模块与信号处理模块电连接，信号处理模块与液晶显示屏31电连接，电气参数采集模块用以采集发电机10的电压信号，并信号处理模块处理后，传输到液晶显示屏31进行显示。
62.可以理解的是，发电机10设于流体管50，用以通过流体的运动通过发电机10将动能转化为电能；电气参数采集模块电性连接发电机10，用以采集发电机10产生的电压信号；信息处理模块电性连接电气参数采集模块，用以将电压信号换算成流体的流量；液晶显示屏31电性连接信息处理模块，用以将流量显示出来。
63.如此，不需要加装流量传感器，这样免去了额外的流量传感器，节省成本和安装空间。
64.考虑到家庭用的水流量较低，产生的电量有限，应尽可能采用耗电量小的设备来测量电压。
65.进一步地，电气参数采集模块包括单片机，通过单片机采样获得电压信号。单片机通过ad采样获得电压信号。本技术采用功耗小的单片机来实现电压的测量，处理过程是先用ad转换器对发电机产生的电压信号进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模拟量成正比关系运算得到对应的模拟电压值。
66.如图4所示，为流量检测单元的测量方法，由于流量与电压呈正比例关系，在其他条件一定的情况下，也即，在单一变量的情况下，则在一定流量下得到一定的电压，如此形成流量与电压的映射关系表。通过单片机得到电压值，该电压对应特定的流量，信息处理模块根据单片机反馈的电压值，查询映射关系表，得出该电压值对应的流量，并将流量信息通过液晶显示屏输出，反馈给用户。
67.建立电压信号与流量之间的映射关系表的步骤包括：通过流量测量装置获得流量；通过电压测量装置获得在流量情况下发电机产生的电压信号；接收流量与电压信号，并将流量与电压信号一一映射形成映射关系表。
68.也即，映射关系表通过实验得到，例如，在管路上安装好流体流量的测量系统，在一定的水管管径下，输出流量，通过流量测量装置获得流量信息，并通过电压测量装置获得相应流量下的电压值，重复测量多次，取平均值，得到一定流量下对应的电压值，改变流量进行测量，得到不同流量对应的电压值，得到映射关系表。当然，可通过多组流量与电压的关系拟合出流量与电压的关系曲线，信息处理模块根据单片机反馈的电压值，带进关系曲线进行换算，得到流量值。
69.进一步地，发电机10的输出端设有整流滤波组件，液晶显示屏和背光源电性连接整流滤波组件；和/或，流体信息显示装置还包括水质检测传感器，水质检测传感器电性连接发电机10和控制器，用以检测水质，并通过液晶显示屏显示水质。
70.整流就是把交流电转换为直流电的过程，滤波就是把整流后的脉动直流电变成波形比较平滑的直流电的过程。使输出的电路稳定，使整个电路运行性能稳定，长时间工作仍能保持良好的电性能，保证流量测量的稳定性和可靠性。
71.水质检测传感器电性连接发电机10，用以通过液晶显示屏31显示水质。考虑到水质检测传感器在低水压的情况下难以被发电机10驱动工作，发电机电连接有蓄电设备，蓄电设备提供水质检测传感器的用电。
72.进一步地，蓄电设备电连接电气参数采集模块、信息处理模块、液晶显示屏；和/
或，发电机电连接有蓄电设备，蓄电设备电连接电信息处理模块和液晶显示屏；和/或，发电机电连接有蓄电设备，蓄电设备电连接液晶显示屏。
73.在一些情形下，电压较低，难以驱动正常工作，此时，蓄电设备将平时的电能储蓄，应对突发的流量不足的情形。例如，正常工作时，流体管的流体流速能驱动发电机产生满足的电能，出现异常情况时，流体流量减小，不足以通过流体流量的测量系统输出流量信息，此时，平时储蓄的电能供能实现信息输出。
74.进一步地，流体信息显示装置的控制方法，包括以下步骤：检测流体温度信息；当流体的温度小于预设温度时，温度传感器的信号电路触发至少一led灯珠发光使lcd显示装置30显示白色光源信息；当流体的温度大于预设温度时，信号电路触发至少另一led灯珠发光使lcd显示装置30显示橙色光源信息。
75.进一步地，信息处理模块包括声控单元；声控单元用于接收声音信息，并经过控制系统后控制电气参数采集模块采集电压信号；增加了声控单元耗电量更高，因此，蓄电设备的存在有利于保证正常工作。
76.进一步地，蓄电设备包括充电电池，充电电池设有外部充电接口，用以连接外电路激活充电电池。由于充电电池需要激活，例如，长时间不使用充电电池不能正常充电，在充电电池设有外部充电接口，使得可通过外部电路给充电电池充电，激活充电电池。
77.还可以理解的是，通过检测电流信号，通过电压电流转换器将电流信号转化为电压信号来计算流量信息。
78.如图5所示，在一实施例中，发电机采用压电发电。发电机包括压电发电元件20和集流结构40，压电发电元件20设于流体管50，集流结构40设于压电发电元件20的外围，用于将流体汇集引导至压电发电元件。
79.在采用压电发电元件20发电的过程中，可以理解的是压电发电元件20包括若干弹片21，弹片21的一个侧面或者两个侧面上贴覆有压电元件22；流体的冲击力可带动弹片21振动，使得弹片21上一个侧面或者两个侧面上的压电元件22产生压电效应，进行发电。压电元件22包括附着在压电元件两侧导电极，导电极通过导线与整流电路连接，整流电路的两个输出线接负载。
80.由于发电过程中需要弹片21不断振动，以进行发电，为方便流体形成对弹片21的有效扰动，并提高对流体的有效利用，通过在压电发电元件20的外围设置集流结构40，将流体汇集，形成对弹片21较大的冲击力，提高发电效率。为了形成对弹片21的扰动，使弹片21不断振动，在集流结构40的侧边开溢流口41，溢流口41上设有溢流盖42，一定的冲击力将溢流盖42推开，使流体溢流出去，此时水流的冲击弹片21的力量减弱，有助于弹片21复位，由于源源不断的水流朝向集流结构40运动，使得弹片21不断振动，以进行发电。并且，在流体管50中，流体最终需要引导出去，通过该溢流口41方便将流体引导出去。可以理解的是集流结构40为喇叭状的结构，以方便流体的汇集。
81.可以理解的是弹片21包括一个压板211和与压板211连接的弹簧212，弹簧212可实现压板211的复位，例如，在流体冲击压板211时，压板211压缩弹簧212，压板211抵压压电元件22产生压电效应；在流体将溢流盖42推开，流体从溢流口41流出的过程中，水流的冲击弹片21的力量减弱，弹簧212伸长使压板211复位，溢流盖42与集流结构40通过弹性件43连接，溢流盖42可被反复的打开和关闭，可以理解的是为了实现溢流盖42自动的反复开关，弹性
件43连接压电元件22的输出端，也即弹性件43作为负载之一，并且弹性件43与输出端之间连接有时间开关，实现对弹性件43间断的通电，且弹性件43为温控弹簧，在通电后弹性件43受热发生伸长，使得通过弹性件43将溢流盖42推动至溢流口41处，如此实现溢流盖42的反复开关，实现在集流结构40处流体的分流，而使得改变流体的冲击力，实现弹片21不断振动，以进行发电。可以理解的是压电发电元件20还连接蓄电设备，弹性件43还连接蓄电设备，以保证弹性件43的工作稳定性。
82.本技术还提供一种水路设备，水路设备包括流体信息显示装置100。由于流体信息显示装置100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。可以理解的是，水路设备指的是有水流通过的设备，可利用水流的动力进行发电，并采用流体信息显示装置100获取水流的信息。
83.上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。