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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于流量的自動(dòng)報(bào)警開(kāi)關(guān)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 普通水表存在的最大缺陷是當(dāng)用戶忘記關(guān)閉用水設(shè)備或管道出現(xiàn)大量漏水時(shí)無(wú)法及時(shí)做出反應(yīng)，造成國(guó)家資源和用戶財(cái)產(chǎn)的損失。本設(shè)計(jì)增加了自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)的功能，在一定程度上解決了上述問(wèn)題。該設(shè)備有兩部分組成：一、自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)，利用微電子技術(shù)、傳感技術(shù)，根據(jù)流量變化辨別是否處于正常用水狀態(tài)；二、報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，根據(jù)感應(yīng)器信號(hào)，在漏水狀態(tài)下自動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉閥門(mén)，完成節(jié)水目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、設(shè)計(jì)方案 1．加裝傳感器 由于在普通水表上直接加裝球閥和傳感器需要特殊工藝，由于能力所限，我們決定將研究對(duì)象轉(zhuǎn)化為對(duì)智能水表的改造。為達(dá)到實(shí)驗(yàn)初衷，我們決定放棄智能水表的計(jì)費(fèi)功能，直接利用其自帶傳感器達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 2．判斷傳感器信號(hào) 由于是水表基礎(chǔ)上改裝，所以我們第一步就是判斷其傳感器輸出信號(hào)情況。借助萬(wàn)用表，示波器和空氣泵等儀器，測(cè)出每當(dāng)通過(guò)流量達(dá)到100L時(shí)，即水表表盤(pán)第三個(gè)指針(分度值為0.01立方米的指針)轉(zhuǎn)完一圈時(shí)，傳感器輸出一個(gè)高電平脈沖信號(hào)。 3．智能邏輯判斷 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制核心，即通過(guò)在與外部傳感器接口及外部控制電路連接的單片機(jī)編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序使其達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。在可能出現(xiàn)漏水時(shí)發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)蜂鳴器并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)關(guān)閉球閥。我們假定用戶連續(xù)一小時(shí)以上不間斷用水為不正常使用狀態(tài)（即用戶忘記關(guān)閉用水器具或管道出現(xiàn)破裂）具體邏輯判斷過(guò)程如下： <1>設(shè)定單片機(jī)每10分鐘對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行一次處理（假定流量0.2L/s時(shí)10分鐘內(nèi)傳感器生成的1個(gè)上升沿為參照）。 <2>每10分鐘內(nèi)產(chǎn)生的上升沿個(gè)數(shù)不小于1個(gè)時(shí)記為有效并累加連續(xù)有效次數(shù)，當(dāng)連續(xù)有效次數(shù)累計(jì)為6次時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)控制電機(jī)關(guān)閉閥門(mén)。 <3>若10分鐘內(nèi)產(chǎn)生的上升沿個(gè)數(shù)小于1個(gè)，對(duì)連續(xù)有效次數(shù)清零，進(jìn)入下次邏輯判斷。 4．關(guān)閉閥門(mén)并報(bào)警 單片機(jī)的輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并使蜂鳴器工作。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置放大扭矩帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)關(guān)閉。當(dāng)懸臂觸碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 5．復(fù)位 當(dāng)用戶重新啟用水表時(shí)，按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，開(kāi)啟閥門(mén)。 二、理論設(shè)計(jì)計(jì)算 我們?cè)O(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何判定家庭用戶的用水為非正常使用狀態(tài)（漏損），家庭常用水器具的水嘴的給水當(dāng)量均在1左右，故采取其對(duì)應(yīng)的流量0.2L/S作為我們的實(shí)際參考值。我們定義用戶管網(wǎng)以上述流量連續(xù)運(yùn)行1小時(shí)為非正常使用狀態(tài)。 當(dāng)水表通過(guò)的流量為100L時(shí)，傳感器產(chǎn)生一次信號(hào)，他包含一個(gè)上升沿。0.2×60×10=120L，所以我們?cè)O(shè)定單片機(jī)沒(méi)十分鐘對(duì)采集的信號(hào)作一次判斷，信號(hào)的上升沿個(gè)數(shù)滿足不小于1個(gè)時(shí)，即視為本次有效并連續(xù)累加有效次數(shù)。 三、性能分析 采用光耦作為主要輸入器件，由于其本身的電氣隔離性能，使得外部干擾信號(hào)不會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，提高了抗干擾能力；同時(shí)拓寬了外界電阻的輸入范圍，增加了對(duì)輸入接口的通用性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制核心，即通過(guò)在單片機(jī)與外部傳感器接口及外部電路控制電路的連接，編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序使其達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。在流量計(jì)上加裝傳感器，感知流量變化并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過(guò)智能邏輯電路判斷，在可能出現(xiàn)漏液、漏氣情況下報(bào)警并關(guān)閉閥門(mén)，減少能源損失，達(dá)到安全、節(jié)能的目的。 創(chuàng)新點(diǎn)： 易于在普通水表等流量計(jì)上加工改造，便于推廣； 參數(shù)易于修改，可以滿足不同用戶的要求； 普遍適用于有流量輸入、輸出的設(shè)備系統(tǒng)； 可以與已有的智能水表等流量計(jì)兼容。 技術(shù)關(guān)鍵： 流量自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)； 報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 一、自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)，根據(jù)流量變化辨別是否處于正常狀態(tài)。 二、報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，根據(jù)感應(yīng)器信號(hào)，在漏液、漏氣狀態(tài)下自動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能目的。 本設(shè)計(jì)方案以普通水表為例，其主要技術(shù)指標(biāo)是如何判定家庭用戶的用水為非正常使用狀態(tài)（漏損），家庭常用水器具的水嘴的給水當(dāng)量均在1.0左右，故采取其對(duì)應(yīng)的流量0.2L/S作為實(shí)際參考值。定義用戶管網(wǎng)以上述流量連續(xù)運(yùn)行1小時(shí)為非正常使用狀態(tài)。當(dāng)水表通過(guò)的流量為100L時(shí)，傳感器產(chǎn)生一次信號(hào)，包含一個(gè)上升沿。0.2L/s×10min×60s/min=120L，所以設(shè)定單片機(jī)沒(méi)十分鐘對(duì)采集的信號(hào)作一次判斷，信號(hào)的上升沿個(gè)數(shù)滿足不小于1個(gè)時(shí)，即視為本次有效并連續(xù)累加有效次數(shù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)有操作和控制簡(jiǎn)便，易于加工改造，滿足不同用戶對(duì)用水量的要求，可以實(shí)現(xiàn)與已有的智能水表兼容，便于推廣等優(yōu)點(diǎn)。與普通水表相比，改進(jìn)后的作品可以有效地減少因管道漏損而造成的資源浪費(fèi)和財(cái)產(chǎn)損失，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。 本設(shè)計(jì)原理是采用單片機(jī)作為控制核心，即通過(guò)在單片機(jī)與外部傳感器接口及外部電路控制電路的連接編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序使其達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。在可能出現(xiàn)漏水時(shí)發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)蜂鳴器并控制電動(dòng)機(jī)關(guān)閉球閥。我們假定用戶連續(xù)一小時(shí)以上不間斷用水為不正常使用狀態(tài)，單片機(jī)的輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并使蜂鳴器工作。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置放大扭矩帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)關(guān)閉。當(dāng)懸臂觸碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)用戶重新啟用水表時(shí)，按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，開(kāi)啟閥門(mén)。該設(shè)備有兩部分組成：一、自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)，根據(jù)流量變化辨別是否處于正常用水狀態(tài)。二、報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，根據(jù)感應(yīng)器信號(hào)，在漏水狀態(tài)下自動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉閥門(mén)，完成節(jié)水目的。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 圖片，錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本設(shè)計(jì)第一步就是判斷其傳感器輸出信號(hào)情況。測(cè)出每當(dāng)通過(guò)流量達(dá)到100L時(shí)，即水表表盤(pán)第三個(gè)指針(分度值為0.01立方米的指針)轉(zhuǎn)完一圈時(shí)，傳感器輸出一個(gè)高電平脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制核心，即通過(guò)在單片機(jī)與外部傳感器接口及外部電路控制電路的連接，編寫(xiě)相應(yīng)的控制程序使其達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。在可能出現(xiàn)漏水時(shí)發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)蜂鳴器并控制電動(dòng)機(jī)關(guān)閉球閥。我們假定用戶連續(xù)一小時(shí)以上不間斷用水為不正常使用狀態(tài)。單片機(jī)的輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并使蜂鳴器工作。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置放大扭矩帶動(dòng)球閥旋轉(zhuǎn)關(guān)閉。當(dāng)懸臂觸碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)用戶重新啟用水表時(shí)，按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，開(kāi)啟閥門(mén)。在普通水表上直接加裝球閥和傳感器需要特殊工藝，由于條件所限，我們決定將研究對(duì)象轉(zhuǎn)化為對(duì)智能水表的改造，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)初衷，我們決定直接利用智能水表自帶傳感器達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，改進(jìn)后的水表在成本上比普通水表增加約70元，相對(duì)智能水表而言比較容易普及，同時(shí)又保留了與智能水表兼容的潛力，有很大的發(fā)展空間。
同類課題研究水平概述
- 無(wú)
