一種停水自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)電控裝置的設(shè)計(jì)

2013-09-05 彭建貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院

　　本文介紹了一個(gè)在停水情況下能自動(dòng)關(guān)閉供水總閥的電控裝置。該裝置主要由水壓傳感器、電磁閥、繼電器、蓄電池和水管連接件等組成;具有工作穩(wěn)定、可靠性高、功耗小、成本低、裝配工藝簡(jiǎn)單、安裝方便、適用范圍廣等特點(diǎn);能有效避免水管“跑水”造成的水資源浪費(fèi)和家庭財(cái)產(chǎn)損失;獲得了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)：200320115361.8。

　　日常生活中停水是一種很普遍的情況，尤其在水資源缺乏地區(qū)或城市，或高層建筑的水壓不足時(shí)，停水更是一種經(jīng)常發(fā)生的事情。然而，就是因?yàn)檫@么一件平常而又司空見(jiàn)慣的事情，往往會(huì)因?yàn)橐粫r(shí)的疏忽，一方面造成水資源浪費(fèi)，甚至使自己或周?chē)従拥募彝ヘ?cái)產(chǎn)遭受重大的損失;另一方面可能造成鄰居之間不必要的糾紛。這里所謂的“疏忽”指的是：用戶(hù)在打開(kāi)水龍頭發(fā)現(xiàn)停水后，常常會(huì)出現(xiàn)未及時(shí)關(guān)閉水龍頭就離開(kāi)了家;一旦中途來(lái)水時(shí)，由于家中無(wú)人，自來(lái)水就會(huì)白白地浪費(fèi)掉，即通常所說(shuō)的“跑水”現(xiàn)象。如果屋內(nèi)的排水系統(tǒng)不完善或出現(xiàn)問(wèn)題的話，后果將不堪設(shè)想。本文介紹的就是一種可以有效避免由于這種“疏忽”造成損失的電控裝置。

1、設(shè)計(jì)思路

　　在水龍頭和進(jìn)水管之間接上一電控裝置，裝置中通過(guò)水壓傳感器對(duì)自來(lái)水管道內(nèi)水壓進(jìn)行檢測(cè)，然后根據(jù)水壓的高低來(lái)控制裝置內(nèi)電磁閥閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉——水壓正常時(shí)表明自來(lái)水管道系統(tǒng)供水正常，沒(méi)有停水，電磁閥閥門(mén)開(kāi)啟;無(wú)水壓或非常低時(shí)表明已停水，電磁閥閥門(mén)關(guān)閉，切斷管道向水龍頭供水的通道，并顯示停水信息。如果停水后再來(lái)水時(shí)，裝置中的電磁閥閥門(mén)將一直保持關(guān)閉狀態(tài)直到人為操控裝置上的按鈕發(fā)出“解除關(guān)閉狀態(tài)”指令為止。當(dāng)然要能夠向裝置發(fā)出“解除關(guān)閉狀態(tài)”指令的話，一定是有人回家了，這樣也就避免了由于所謂的“疏忽”可能造成的損失。該裝置一般作水表前總閥使用。

2、裝置的組成、結(jié)構(gòu)及安裝位置

　　裝置主要由：水壓傳感器、電磁閥、繼電器、指示燈、蜂鳴器、按鈕開(kāi)關(guān)、蓄電池、水管連接件及外殼等部件組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和安裝位置如圖1所示。裝置中“水壓傳感器”用于對(duì)水管內(nèi)水壓進(jìn)行檢測(cè)，以確定是否停水;“控制按鈕”用于控制電磁閥的動(dòng)作;“顯示”用于有水、停水的指示;“電磁閥”用于在停水時(shí)切斷進(jìn)水口與水龍頭之間的水通道，以確保中途來(lái)水時(shí)，在沒(méi)有人通過(guò)“控制按鈕”解除電磁閥閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)的情況下始終保持阻斷進(jìn)水口的水流向水龍頭，起到防止“跑水”的作用;“控制單元”根據(jù)水壓和控制按鈕的動(dòng)作情況向電磁閥發(fā)出動(dòng)作指令，并向“顯示及報(bào)警”電路送出相應(yīng)的顯示或報(bào)警信息;蓄電池為整個(gè)裝置提供電源。

圖1 組成、結(jié)構(gòu)及安裝位置圖

3、電氣控制電路及工作原理

　　本裝置的電氣控制電路原理圖如下圖2所示。圖2中E為12V蓄電池，KY1為水壓開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸點(diǎn)，KY2為水壓開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)，K1為總電源開(kāi)關(guān)，K2為來(lái)水打開(kāi)電磁閥閥門(mén)按鈕開(kāi)關(guān)，K3為電磁閥閥門(mén)“開(kāi)/閉”控制開(kāi)關(guān)，JF為12V直流電磁閥(常開(kāi)型)，J為12V直流繼電器，J11、J12為12V繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)，R1、R2為1K限流電阻，D1、D2為發(fā)光二極管。

　　工作原理：

　　(1)K1閉合，給電路供電，K3置斷開(kāi)狀態(tài)。在自來(lái)水管道中有水時(shí)，必然有一定的水壓存在，此時(shí)水壓開(kāi)關(guān)中KY1閉合，KY2斷開(kāi)，D1通電發(fā)綠光以示有水，J和JF不得電，電磁閥閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，水龍頭的出水由水龍頭閥門(mén)控制，裝置處于正常供水狀態(tài)。

圖2 電氣控制電路原理圖

　　(2)停水時(shí)，水管中的水壓降得很低或消失，這將導(dǎo)致水壓開(kāi)關(guān)中KY1斷開(kāi)，D1熄滅;KY2閉合，J得電，J11和J12閉合。J11保持J持續(xù)得電，J12使JF得電和D2通電發(fā)紅光以示停水，JF得電開(kāi)始工作使電磁閥閥門(mén)關(guān)閉，切斷進(jìn)水口與水龍頭的連接通道，裝置進(jìn)入保護(hù)工作狀態(tài)。

　　(3)停水后再來(lái)水時(shí)，由于水壓升高，KY1閉合，D1通電發(fā)綠光以示有水了;同時(shí)KY2斷開(kāi)，但由于J11的自保作用使J仍然處于得電狀態(tài);J12、JF和D2仍然保持停水狀態(tài)不變。這樣即便水龍頭的閥門(mén)沒(méi)有關(guān)好，中途到來(lái)的水也會(huì)被電磁閥閥門(mén)阻擋住，而不會(huì)從水龍頭中流出來(lái)了，達(dá)到了防止“跑水”的目的。這就是本裝置防止跑水的原理。

　　(4)人回家后，打開(kāi)水龍頭發(fā)現(xiàn)沒(méi)有水時(shí)，可立刻檢查一下裝置上的D1和D2，如果D1不亮D2亮，則說(shuō)明現(xiàn)在仍處于停水狀態(tài);如果D1亮D2亮，則說(shuō)明現(xiàn)在已來(lái)水了，但此時(shí)裝置正處于保護(hù)狀態(tài)。要恢復(fù)供水，必須按動(dòng)K2，K2觸點(diǎn)斷開(kāi)(此時(shí)KY2已是斷開(kāi)的)使J失電，J11、J12斷開(kāi)，則JF失電，電磁閥閥門(mén)打開(kāi)，同時(shí)D2熄滅，解除了裝置的保護(hù)狀態(tài)使裝置回到了以上“1”所述的狀態(tài)，水龍頭便可恢復(fù)正供水。

　　(5)裝置中的K3是用來(lái)直接手動(dòng)控制電磁閥閥門(mén)“開(kāi)/閉”的，一般情況下處于斷開(kāi)狀態(tài)，電磁閥閥門(mén)的“開(kāi)/閉”受KY2和K2聯(lián)合控制。當(dāng)手動(dòng)K3閉合后，JF和D2被強(qiáng)制得電，此時(shí)無(wú)論停水與否，電磁閥閥門(mén)都被強(qiáng)制關(guān)閉，同時(shí)D2通電發(fā)紅光以示電磁閥閥門(mén)關(guān)閉，這為使用者提供了手動(dòng)關(guān)“閥門(mén)”(未停水時(shí))的功能，以便對(duì)該裝置水龍頭一側(cè)的水管管道進(jìn)行維護(hù)和維修。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　本裝置的控制電路可采用單片機(jī)控制，也可采用繼電器控制。經(jīng)分析和已有的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本裝置的特點(diǎn)和使用場(chǎng)合而言，采用繼電器控制相對(duì)單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)具有工作穩(wěn)定、可靠性高、成本低、裝配工藝簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn);特別是該裝置處于正常供水狀態(tài)下，幾乎不耗電(只有一只發(fā)光二極管點(diǎn)亮)，而停水的累計(jì)時(shí)間所占的比例很小，所以一個(gè)蓄電池可使用好幾年不用更換。從目前市場(chǎng)和應(yīng)用情況來(lái)看，還沒(méi)有一個(gè)正規(guī)的能進(jìn)入普通家庭的產(chǎn)品;如該裝置能得到推廣使用的話，無(wú)疑會(huì)給廣大使用者帶來(lái)福音，給生產(chǎn)者帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。它不僅可用作家庭供水總閥，還可用作賓館、企事業(yè)、機(jī)關(guān)等單位的非腐蝕性中壓管道流體或氣體的總閥。本裝置經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)性使用，其效果得到了充分的驗(yàn)證，并于2004年獲得了國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。