太陽能熱水器上水管路智能控制報警器的製作方法

2023-09-09 23:15:35

專利名稱：太陽能熱水器上水管路智能控制報警器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種供水系統上水管路控制報警裝置，特別涉及一種裝有浮球閥的太陽能 熱水器上水管路控制報警裝置或用於不配有浮球閥的太陽能熱水器的上水管路監控或報警，用 於解決上水管路因老化、寒冷所造成的管道破裂所引起的跑水、漏水問題。
背景技術：
太陽能熱水器由於節能、環保、使用方便，現己被人們廣泛W於採暖和提供熱水，深受歡 迎。但在使用過程中人們發現，由於太陽能熱水器通常是尚定放置在建築物(樓房)的上面， 上下水管道總有部分是露在外面的(或上面有一些保護層)，極易受到曝曬或嚴寒的侵蝕，使這 部分管道老化或凍裂，造成跑水、漏水問題。特別是充滿水的上水管道，由於水有反膨脹現象， 在寒冷的冬季，很容易將上水管道脹裂，造成上水管道跑水、漏水；此外，配有浮球閥的太陽 能，在長期使用過程中，浮球閥也有可能出現故障，引發跑水、漏水問題。
家用太陽能常用人工供水和自動供水兩種供水方式。自動供水方式是在水箱進水口加裝一
種浮球控制閥，當水加滿時自動關閉閥門，不需人:i:值守，給使W者帶來不少方便。但是，就 是這種供水方式，如果是在長期不用的情況下，上水管道出現破裂，跑水、漏水很難發現，極 易造成浪費。
發明內容
技術問題本實用新型的目的是設計一種太W能熱水器上水管路智能控制報警器，用於解 決因管路老化、受凍等引起的上水管路破裂故障而造成的跑、漏水問題。它能夠根據太陽能熱 水器的容量自動控制上水，並且在上水管路破裂時，能夠及時發出報警或及時自動關閉上水閥 門(電磁閥)，從而避免跑水、漏水等造成的浪費現象發生。
技術方案本實用新型的太陽能熱水器上水管路智能控制報警器包括安裝在上水管路上的 水流傳感器、單片機控制系統、報警裝置、電磁閥；單片機控制系統的採樣信號輸入端接水流 傳感器的脈衝信號輸出端，採集由水流傳感器得到的水流傳感信號；單片機控制系統的報警信 號輸出端接報警裝置，由單片機控制系統發出的報警信號驅動報警裝置；單片機控制系統的控 制信號輸出端接電磁閥，由單片機控制系統發出的控制信號控制電磁閥的開關；水流傳感器、 電磁閥串聯安裝在室內上水管路上，構成上水管路的一部分，水流傳感器與電磁閥之間用連接 管道連接。如圖6所示，水流傳感器由渦輪及其安裝在渦輪上的磁鋼、殼體以及安裝在殼體外側的霍 爾器件，管道連接埠等構成。
如圖7所示，單片計算機控制系統由單片計算機Atmel 89c2051及其外圍電路構成，單片 計算機的外圍電路完成上電復位、手動復位、白動報警，由計數分頻器CD4060及其外圍的器 件構成單片機的復位電路和休眠喚醒電路能夠配合水流傳感器實現單片機的自動喚醒功能。
電磁閥選用常開型電磁閥，用於配有浮球閥的太陽能熱水器時，電磁陶作為輔助裝置，用 於在管道發生破裂跑水時，自動關閉上水；而在用於未配有浮球陶的太卩ll能熱水器時，可實現 自動上水控制。
由安裝在上水管路上的水流傳感器、單片機控制系統、報警裝置、電磁閥等組成。主要適 用於配有浮球閥的太陽能熱水器(方式l)或不配有浮球閥的太陽能熱水器(方式2),完成對 太陽能熱水器上水管路智能控制、監控及報警。它能夠在上水管路發生破裂、跑水等故障時及 時關閉電磁閥或發出報警信號，直到故障排除，避免跑水所造成的浪費。
水流傳感器由渦輪及其安裝在渦輪上的磁鋼、殼體以及安裝在殼體外側的霍爾器件構成。 水流傳感器安裝在室內上水管路上，構成上水管路的一部分。單片計算機控制系統由A加d 89C2051及其外圍電路構成，單片機的外圍電路完成上電復位、手動復位、S動報警，並且水 流傳感器通過喚醒電路實現單片機的自動喚醒功能。選用常開型電磁閥，用於配有浮球閥的太 陽能熱水器(方式l)時，電磁閥作為輔助裝置，用亍在管道發生破裂跑水時，自動關閉上水， 而在用於未配有浮球閥的太陽能熱水器(方式2)時，實現fi動上水控制。
所採用的單片機為Atmel89c2051，由CD4060及其外圍的電阻R7、 R8、 R9、 Rll、 Rbe， 發光二極體LEDl, 二極體V2，電容C1， 二極體D1、 D2構成了單片機的復位電路和休眠喚 醒電路。上電時，CD4060的第7腳(Q4)輸出為低屯平，經電阻R9、 Rbe使得NPN三極體 V2處於截止狀態，電源VCC經電阻R7，電容Cl在電阻Rl 1上形成一個寬度火於IOms的正 脈衝，經二極體D1傳到單片機的1腳(RST),使單片機復位，進入正常運行程序。單片機在 程序運行過程中，周期性地通過P.7(第19腳)給CD4060的第12腳(RESET)輸入正脈衝信 號，使CD4060的計數器各級輸出"0"，即保持第7腳為低電平，三極體V2處於截止狀態。電 阻Rl串接發光二極體LED1作為單片機P1.7的上拉電阻，同時P1.7在低電平時也為LED1提 供驅動電流，驅動電流的大小受電阻R1的限制，由於單片機的口線可以提供20mA的灌電流， 所以電阻R1可以選100Q—400Q，滿足LED1正常發光要求。LED1常亮表示單片機處亍休 眠狀態，閃亮表示單片機處於監控狀態。霍爾元件(A1141) (1-3)的第3腳輸出的脈衝信號分 兩路， 一路直接輸入CD4060的第11腳(外部脈衝輸入腳Zl)用作CD4060的計數脈衝信號， 另一路經電阻R5、 NPN 二極體VI送入單片機的第6腳(P3.2〃AT0 )，單片機的/ATO中斷 響應程序對該脈衝信號進行計數，並作為太陽能熱水器上水量的計量依據。當上水量達到設定 值時，單片機的P1.6輸出低電平使V3導通，吸合繼電器，關閉上水電磁閥，單片機的P3.7驅 動發光二極體LED2常亮，表示水已上滿，且已經停.i卜.上水。如果沒有電磁閥，自動關閉上水由浮球閥完成。當單片機判斷水已上滿，而水流傳感器仍有計數脈衝輸出，則P1.2輸出高電平觸發蜂鳴器發聲，P3.7驅動發光二極體LED2閃爍，表示上水管路出現故障，需要人工排除故障。在正常情況下，水上滿後，太陽能水箱上的浮球閥會Q動關閉，上水停止，單片機在檢測到上水已經停止時，置P1.7為低電平，使CD4060處丁正常計數狀態(由於水流傳感器在上水停止時不輸出計數脈衝，實際上CD4060此時處於無數可計狀態)，這時LED1常亮，單片機同時發出休眠(Idle)指令，進入休眠狀態。單片機在休眠狀態情況下，如果閃為用水，致使太陽能水箱水位降低，這時浮球閥在重力作用下自動打開，上水開始，霍爾器件(Halll)(-3)輸出脈衝信號，使CD4060計數，這時CD4060的第7腳(Q4)就會出現方波信號，在方波信號的高電平期間，三極體V2導通，使電容a放電，而在方波信號的低電平期間，二極體V2截止，電源通過電阻R7， R11給電容C1充電，同時在電阻Rll上產生一個正脈衝，通過二極體Dl到達單片機的復位端，使單片機復位，喚醒單片機，使單片機處於監控狀態。如果採用如圖l所示的方式l，即在上水管道上裝有電磁閥，且由亍某種原因(如，管道破裂故障或管道沒有浮球閥要靠人工上水的情況)自動關閉了電磁閥，則可通過手動喚醒按鍵S1人工喚醒單片機，同時打開電磁閥門，實現人工上水，自動監控。
上水量的設定值存儲在外部E"PROM (24C01)中，初始設定值為"OFFFFFFFFH"，表示首次使用，需要進行學習，計算水箱容量，經過學習後，設定值不同T初始設定值，表示非首次使用，且該設定值作為判斷上水管路正常與否的依據。
有益效果本實用新型的太陽能熱水器上水管路智能控制報警器，包括連接在上水管路中的"水流傳感器"，連接在供水管道中的"電磁閥門"以及連接在傳感器和電磁閥門之間的"單片機控制系統"，還包括用於報警的聲響裝置，如喇叭、音樂集成電路等。
1、 連接在上水管路中的水流傳感器由固定有磁鋼的渦輪和殼體組成。殼體的外側固定有霍爾器件，殼體構成管道的一部分。在上水時，由於水的流動帶動渦輪旋轉，從而固定在渦輪上的磁鋼也跟著旋轉。當磁鋼轉到霍爾器件對應位置時，霍爾器件產生脈衝。所產生的脈衝既代表上水開始或正在上水，也可用於對上水量的計量。也就是說該傳感器即可用作水流傳感器，也可用作流量傳感器，從而與單片機配合可對上水量進行計量。
2、 單片機系統用於接收"水流傳感器"發出的脈衝信號，並判斷"開始上水"、"連續上水"、"停止上水"等不同情況。正常情況下，在連續上水狀態下對上水量進行計量，當上水量達到
或少於設定量(與太陽能容積相對應)時，若單片機系統一段時間內持續檢測不到"水流傳感器"發出的脈衝信號，說明上水已經停止，這時單片機發出休眠指令，單片機便自動進入休眠狀態，達到節電的目的；當上水量超過設定量時，而單片機檢測到仍然在繼續上水時，說明上水管路上有跑水現象發生，單片機發出關閉連接在上水管道中的電磁閥指令，關閉電磁閥門，並發出"聲、光"報警信號，直到故障排除，以免造成跑水浪費。
3、 單片機系統的休眠喚醒由水流傳感器輸出的脈衝信號驅動喚醒電路自動完成。當單片機系統處於休眠狀態時，水流傳感器輸出的脈衝信號，經喚醒電路使單片機復位，從而使單片機進入"監測和控制狀態"。

圖1太陽能熱水器上水管路智能控制報警器系統組成(方式1)，
圖2太陽能熱水器上水管路智能控制報警器系統組成(方式2)，
圖3太陽能熱水器上水管路智能控制報警器單片機系統框圖，
圖4 Atmel 89c2051管腳圖，
圖5 CD4060管腳圖，
圖6水流傳感器的結構示意圖，
圖7太陽能熱水器上水管路智能控制報警器單片機控制系統原理圖，具體實施方式
本實用新型如圖1所示(方式1)，它由水流傳感器1、單片機控制系統2、報警裝置3、電磁閥4、上水管路5組成。適用於配有浮球閥的太陽能熱水器或不配有浮球閥的太陽能熱水器的上水管路監控或報警。若太陽能熱水器配有浮球閥，正常情況下電磁閥只起到輔助作用，這時可採用方式2 (如圖2所示)，即可省去電磁閥。
所述的實用新型中的水流傳感器1,如圖6所示，它由渦輪1-1及其安裝在渦輪上的磁鋼1-2、殼體以及安裝在殼體外側的霍爾器件l-3、管接頭l-4等構成。
當水在殼體中流動時，渦輪1-1旋轉，因渦輪1-1的某個葉片上固定有磁鋼1-2,當該磁鋼1-2到達霍爾器件1-3對應位置時，霍爾器件1-3發出脈衝信號，該脈衝信號不僅代表上水管路正在上水，每一個脈衝信號還代表有一定量的水從水流傳感器流出，岡此，利用該水流傳感器不僅可以檢測上水管路的上水狀態，也可以配合單片機對上水量進行計量。
所述實用新型中，實施系統圖如圖l、圖2所示，其中的單片機控制系統2的原理圖如圖7所示。下面結合原理圖7對本實用新型的工作原理進行詳細說明。圖7中所用到的單片機為Atoel89c2051,其管腳分布圖如圖4所示，CD4060是14級二進位計數分頻器，其管腳分布圖如圖5所示。由CD4060及其外圍的電阻R7、 R8、 R9、 Rll、 Rbe,發光二極體LED1，三極體V2,電容C1， 二極體D1、 D2構成了單片機的復位電路和休眠喚醒電路。上電時，CD4060的第7腳(Q4)輸出為低電平，經電阻R9、 Rbe使得NPN三極體V2處於截止狀態，電源VCC經電阻R7，電容C1在電阻Rll上形成一個寬度大於10ms的正脈衝，經二極體Dl傳到單片機的l腳(RST),使單片機復位，進入正常運行程序。單片機在程序運行過程中，周期性地通過P1.7(第19腳)給CD4060的第12腳(RESET)輸入正脈衝信號，使CD4060的計數器各級輸出"0"，即保持第7腳為低電平，二極體V2處於截止狀態。電阻R1串接發光二極體LED1作為單片機P1.7的上拉電阻，同時P1.7在低電平時也為LED1提供驅動電流，驅動電流的大小受Rl的限制，由於單片機的口線可以提供20mA的灌電流，所以電阻Rl可以選100Q—40Q ，滿足LED1正常發光要求,LED1常亮表示單片機處於休眠狀態，閃亮表示單片機處於監控狀態。霍爾元件1-3 (AU41)的第3腳輸出的脈衝信號分兩路， 一路直接輸入CD4060的第U腳(外部脈衝輸入腳ZI)用作CD4060的計數脈衝信號，另一路經電阻R5、 NPN三極體VI送入單片機的第6腳(P3.2//wro)，單片機的/ivro中斷響應程序對該脈衝信號進行計數，並作為太陽
能熱水器上水量的依據。當上水量達到設定值時，單片機的P1.6輸出低電平使V3導通，吸合 繼電器，關閉上水電磁閥，P3.7驅動發光二極體LED2常亮，表示水已上滿，且已經停止上水。 如果沒有電磁閥，自動關閉上水由浮球閥完成。當單片機判斷水已上滿，而水流傳感器仍有計 數脈衝輸出，則P1.2輸出高電平觸發蜂鳴器發聲，P3.7驅動發光二極體LED2閃爍，表示上水 管路出現故障，需耍人工排除故障。在止常情況下，太卩ll能水上滿後，太HI能水箱上的浮球閥 會自動關閉，上水停止，單片機在檢測到上水已經停止時，置P1.7為低屯平，使CD4060處丁 正常計數狀態(由於水流傳感器在上水停止時不輸出計數脈衝，實際上CD4060此時處於無數 可計狀態)，這時LED1常亮，單片機同時發出休眠(Idle)指令，進入休眠狀態。單片機在休 眠狀態時，如果因為用水，致使太陽能水箱水位降低，這時浮球閥在重力作用下自動打開，上 水開始，霍爾器件l-3 (Halll)輸出脈衝信號，使CD4060計數，這時CD4060的第7腳(Q4) 就會出現方波信號，在方波信號的高電平期間，二極體V2導通，使電容C1放電，而在方波信 號的低電平期間，三極體V2截止，電源通過電阻R7、 R11給電容C充電，同時在電阻Rll 上產生一個正脈衝，通過二極體Dl到達單片機的復位端，使單片機復位，喚醒單片機，使單 片機處於監控狀態。如果採用如圖1的方式1,即在上水管道上裝有電磁閥，且由於某種原岡 (如，管道破裂故障或管道沒有浮球閥耍靠人T.上水的情況)C]動關閉了電磁閥，則可通過手 動喚醒按鍵S1人工喚醒單片機，同時打開電磁閥門，實現人工上水，fl動監控。
權利要求1、一種太陽能熱水器上水管路智能控制報警器，其特徵是該智能控制報警器包括安裝在上水管路上的水流傳感器(1)、單片機控制系統(2)、報警裝置(3)、電磁閥(4)；單片機控制系統(2)的採樣信號輸入端接水流傳感器(1)的採樣信號輸出端，採集由水流傳感器(1)得到的水流傳感信號；單片機控制系統(2)的報警信號輸出端接報警裝置(3)，由單片機控制系統(2)發出的報警信號驅動報警裝置(3)；單片機控制系統(2)的控制信號輸出端接電磁閥(4)，由單片機控制系統(2)發出的控制信號控制電磁閥(4)的開關；水流傳感器(1)、電磁閥(4)串聯安裝在室內上水管路(5)上，構成上水管路的一部分；水流傳感器(1)與電磁閥(4)之間用連接管道(6)連接。
2、 根據權利耍求l所述的太陽能熱水器上水管路智能控制報警器，其特徵是水流傳感器(1)由渦輪(1-1)及其安裝在渦輪上的磁鋼(1-2)、殼體以及安裝在殼體外側的霍爾器件(1-3) 構成。
3、 根據權利要求l所述的太陽能熱水器上水管路智能控制報警器，其特徵是單片計算機控制系統(2)由單片計算機Atmel89c2051及其外圍電路構成，單片計算機的外圍電路完成上 電復位、手動復位、自動報警；單片機在上水停止時自動進入休眠狀態，上水管路的上水，通 過上水傳感器和喚醒電路喚醒單片機，使其進入上水監控狀態。
4、 根據權利要求l所述的太陽能熱水器上水管路智能控制報警器，其特徵是電磁閥(4) 選用常開型電磁閥，用於配有浮球閥的太陽能熱水器時，電磁閥作為輔助裝置，用於在管道發 生破裂跑水時，自動關閉上水；而在用於未配有浮球閥的太陽能熱水器時，實現自動上水控制。
專利摘要太陽能熱水器上水管路智能控制報警器涉及一種裝有浮球閥的太陽能熱水器上水管路控制報警裝置或用於不配有浮球閥的太陽能熱水器的上水管路監控或報警；單片機控制系統(2)的採樣信號輸入端接水流傳感器(1)的採樣信號輸出端，採集由水流傳感器(1)得到的水流傳感信號；單片機控制系統(2)的報警信號輸出端接報警裝置(3)，由單片機控制系統(2)發出的報警信號驅動報警裝置(3)；單片機控制系統(2)的控制信號輸出端接電磁閥(4)，由單片機控制系統(2)發出的控制信號控制電磁閥(4)的開關；水流傳感器(1)、電磁閥(4)串聯安裝在室內上水管路(5)上，構成上水管路的一部分。水流傳感器(1)與電磁閥(4)之間用連接管道(6)連接。
文檔編號G01F1/20GK201434529SQ20092004567
公開日2010年3月31日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者孫長貴, 孫長銀 申請人:東南大學