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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品采用防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥與便攜式集中控制儀相結(jié)合的方案，防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥由外殼、水流發(fā)電機(jī)、自鎖電磁閥、充電電池、控制電路板、進(jìn)水口管、出水口管、連接管等構(gòu)成，能夠自動(dòng)識(shí)別因忘記關(guān)閥、水龍頭損壞、管道漏水導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，自動(dòng)關(guān)閉閥門并同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息；便攜式集中控制儀能監(jiān)控防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)，并且可以方便地對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。
- 詳細(xì)介紹：
- 防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥作品說(shuō)明書 1.產(chǎn)品背景 1.1缺水成為世界性的難題 全球水資源中，陸地淡水僅占6％，其余94％為海洋水。而在陸地淡水中，又有77.2％分布在南北極，22.4％分布在很難開發(fā)的地下深處，僅有0.4％的淡水可供人類維持生命。 淡水資源的分布極不均衡，導(dǎo)致一些國(guó)家和地區(qū)嚴(yán)重缺水。如非洲扎伊爾河的水量占整個(gè)大陸再生水量的30％，但該河主要流經(jīng)人口稀少的地區(qū)，一些人口眾多的地區(qū)嚴(yán)重缺水。再如美洲的亞馬孫河，其徑流量占南美總徑流量的60％，但它也沒(méi)有流經(jīng)人口密集的地區(qū)，其豐富的水資源無(wú)法被充分利用。按地區(qū)分布，巴西、俄羅斯、加拿大、中國(guó)、美國(guó)、印度尼西亞、印度、哥倫比亞和剛果等9個(gè)國(guó)家的淡水資源占了世界淡水資源的60%。約占世界人口總數(shù)40%的80個(gè)國(guó)家和地區(qū)約15億人口淡水不足，其中26個(gè)國(guó)家約3億人極度缺水。更可怕的是，預(yù)計(jì)到2025年，世界上將會(huì)有30億人面臨缺水，40個(gè)國(guó)家和地區(qū)淡水嚴(yán)重不足。 我國(guó)屬于缺水國(guó)之列，人均淡水資源僅為世界人均量的1／4，居世界第109位。中國(guó)已被列入全世界人均水資源13個(gè)貧水國(guó)家之一。而且分布不均，大量淡水資源集中在南方，北方淡水資源只有南方水資源的1／4。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)600多個(gè)城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更為嚴(yán)重。目前我國(guó)城市供水以地表水或地下水為主，或者兩種水源混合使用，有些城市因地下水過(guò)度開采，造成地下水位下降，有的城市形成了幾百平方公里的大漏斗，使海水倒灌數(shù)十公里。由于工業(yè)廢水的肆意排放，導(dǎo)致80％以上的地表水、地下水被污染。 專家們警告：“20年后中國(guó)將找不到可飲用的水資源”。美國(guó)民間有影響的智囊機(jī)構(gòu)——世界觀察研究所發(fā)表的一份報(bào)告中稱：“由于中國(guó)城市地區(qū)和工業(yè)地區(qū)對(duì)水需求量迅速增大，中國(guó)將長(zhǎng)期陷入缺水狀況。”中國(guó)的黃河在過(guò)去的10多年以前年年斷流，其中1997年斷流226天。流經(jīng)中國(guó)一些人口稠密集地區(qū)的淮河去年也斷流了90天。根據(jù)衛(wèi)星拍攝的照片，數(shù)百個(gè)湖泊正在干涸，一些地方性的河流也在消失。目前全國(guó)600多座城市中，有300多座城市缺水，其中嚴(yán)重缺水的有108個(gè)。其中北京市的人均占有水量為全世界人均占有水量的1／13，連一些干旱的阿拉伯國(guó)家都不如。由于缺水，對(duì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。 1.2供水故障引發(fā)鄰里糾紛 由于停水忘記關(guān)閥門，或者管道漏水，以及用水裝置損壞導(dǎo)致的長(zhǎng)流水，引發(fā)的房屋滲漏水事件比比皆是，為此對(duì)簿公堂的的案件與日俱增。 2010年，浙江朱先生家住3樓，發(fā)現(xiàn)女兒房間的地板常出現(xiàn)水漬，起初他也沒(méi)放在心上，可是情況越來(lái)越糟。為了搞清楚這些水究竟是哪來(lái)的，朱先生從4樓一直查到6樓，原來(lái)，住6樓的李先生家水管破裂，水就順著墻壁一直往下灌，積水到了朱先生住的3樓，由于不能再往下灌，就從墻壁滲了出來(lái)，還順著墻腳蔓延開來(lái)。朱先生為此找到6樓住戶李先生協(xié)商未果，樓上樓下互不相讓，堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)。朱先生堅(jiān)持認(rèn)為被水浸泡的地板和墻紙不能再使用，而且積水已經(jīng)滲透的幾面墻，必須更換墻紙。李先生堅(jiān)持只更換地板，墻紙因?yàn)闆](méi)有變色，還可以修復(fù)使用，不同意整壁更換。 雙方協(xié)商不成。朱先生就聘請(qǐng)律師，準(zhǔn)備起訴李先生。李先生也毫不示弱，準(zhǔn)備好了打官司。原本關(guān)系尚可的兩家人從此反目。 湖南李小姐于2008年買了某小區(qū)一套兩居室的房屋。2009年五一的時(shí)候，李小姐舉家出游，回到家時(shí)才發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生間水管沒(méi)有關(guān)嚴(yán)，水已經(jīng)把家里的幾個(gè)房間都淹了，水還漏到樓下住戶張先生家，對(duì)客廳的木地板也造成了損壞；因此，張先生希望李小姐能對(duì)其損失給予一定的賠償，并希望以后不要再發(fā)生類似事件。張先生多次與李小姐就此事協(xié)商不成，一怒之下以李小姐侵犯其相鄰權(quán)為由將李小姐告上法庭，要求李小姐賠償其受到的損失。 寧夏新聞網(wǎng)曾經(jīng)報(bào)導(dǎo)過(guò)居住在銀川市民生城市花園5號(hào)樓的許女士，家里的暖氣半夜漏水，淹了樓下住戶家。許女士與樓下住戶商量賠付一事時(shí)，被樓下住戶打傷。 諸如此例，不勝枚舉，都不利于和諧社會(huì)的構(gòu)建。 1.3現(xiàn)有節(jié)水設(shè)備的現(xiàn)狀 目前在節(jié)水產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，節(jié)水設(shè)備、器具研制、生產(chǎn)、銷售、推廣、服務(wù)從無(wú)到有，從小到大，正逐漸形成規(guī)模，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 市場(chǎng)上常見(jiàn)的節(jié)水裝置，特別是有防長(zhǎng)流水的裝置有感應(yīng)水龍頭、延時(shí)閥、磁控停水自鎖閥、家用節(jié)水水箱、廁所節(jié)水器、節(jié)水花灑、空氣膨化淋浴節(jié)水閥、智能節(jié)水閥、節(jié)水灌溉設(shè)備等。下面列舉幾個(gè)產(chǎn)品的功能和缺點(diǎn)。 1.3.1感應(yīng)水龍頭 感應(yīng)水龍頭常用于公共場(chǎng)所的洗手盆上以及大小便的感應(yīng)沖洗廁所上，具有“人在感應(yīng)出水、人走延時(shí)關(guān)水”的功能其特點(diǎn)體現(xiàn)在（1）自動(dòng)感應(yīng),微電腦全自動(dòng)智能控制，按時(shí)沖洗，無(wú)人不沖，避免細(xì)菌交叉感染;（2）數(shù)碼調(diào)整,調(diào)整程序參數(shù)只需幾秒鐘，適用各種場(chǎng)合;（3）高可靠性,微電腦控制技術(shù)，任何情況下程序絕不丟失，系統(tǒng)按工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使用壽命可達(dá)八年以上;（4）適用各種惡劣環(huán)境,無(wú)論是夏季的高溫，還是零下十幾度的嚴(yán)寒，產(chǎn)品均能正常工作。 感應(yīng)水龍頭的缺點(diǎn)是需要布置電源線，安裝較麻煩，具有220V漏電的安全隱患，出水必須有感應(yīng)體存在，大大限制了其應(yīng)用范圍，不能代替家庭普通水龍頭，不能識(shí)別管道漏水獲水龍頭損壞所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象并及時(shí)關(guān)閥。 1.3.2 延時(shí)閥 目前市面上延時(shí)閥形式多種，按控制方式主要分為電磁腳踏延時(shí)閥、按鈕延時(shí)閥、自閉式延時(shí)閥等；按結(jié)構(gòu)分三通、二位三通、四通、二位四通等；按安裝方式分暗裝和明裝。 延時(shí)沖水閥由主閥、控制閥構(gòu)成，主閥由閥體、閥座、閥芯，位于閥體內(nèi)的缸體、活塞、活塞回位彈簧構(gòu)成，控制閥由按鈕、閥套、閥芯、按鈕回位彈簧構(gòu)成。主閥缸體注水室通過(guò)控制閥與主閥閥腔相通，氣室有氣孔與外界相通。注水室通過(guò)閥芯桿上的泄水孔道與主閥出水口連通。具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，適于洗手間、廁所洗手、沖水使用，特別是適用于家庭廁所沖水使用。 其缺點(diǎn)在于延時(shí)時(shí)間固定，調(diào)整不方便，限制了其應(yīng)用范圍，不能代替現(xiàn)有閥，同時(shí)不能識(shí)別管道漏水獲水龍頭損壞所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象并及時(shí)關(guān)閥，不能有效防止長(zhǎng)流水所導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)與相應(yīng)的鄰里糾紛事件發(fā)生。 1.3.3磁控停水自鎖閥 公告號(hào)CN201517652U的專利“磁控停水自鎖閥”（20092026975 3.7）屬機(jī)械閥，由連接管、閥蓋、密封墊、隔離片、磁套、拉桿、過(guò)水孔、錐形體、浮筒、鍍鋅鐵塊、控制管、磁鐵構(gòu)成。控制管和連接管正交且相通。浮筒的底部與鍍鋅鐵快的上端以螺紋結(jié)合。浮筒和鍍鋅鐵塊構(gòu)成的圓筒體處于控制管內(nèi)并與控制管成動(dòng)配合關(guān)系。閥蓋的地面的中部有一根拉桿，拉桿的低端有一個(gè)錐形體。拉桿處于過(guò)水孔中?？刂乒艿牡投送獗谂c圓筒形的磁套以螺紋結(jié)合，磁鐵處于磁套內(nèi)?？杀苊庖蛴脩舸蜷_水龍頭發(fā)現(xiàn)停水后忘記將水龍頭關(guān)閉，從而導(dǎo)致自來(lái)水的大量流失的情況發(fā)生。 采用水的壓力浮力磁力相互作用的原理，能解決因?yàn)橥Ｋ涥P(guān)閥造成浪費(fèi)水的問(wèn)題，但是不能解決有水時(shí)沒(méi)關(guān)龍頭以及因?yàn)楣艿缆┧?、水龍頭損壞而浪費(fèi)水資源的問(wèn)題。 因此，在不改變現(xiàn)有家庭用水裝置的前提下，設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)識(shí)別因忘記關(guān)水龍頭、或因管道漏水、或因用水裝置損壞所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，并及時(shí)關(guān)閉水閥，避免水資源的浪費(fèi)，避免因?yàn)榱魉吐┧鶎?dǎo)致的鄰里糾紛，符合 “兩型”社會(huì)建設(shè)要求，有助于和諧社會(huì)的建設(shè)。 2.作品介紹 2.1作品概述 在不改變現(xiàn)有家庭用水裝置的前提下，加裝該產(chǎn)品，能自動(dòng)識(shí)別正常用水還是因用戶忘記關(guān)水龍頭所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象；能自動(dòng)識(shí)別管道漏水或用水裝置損壞所導(dǎo)致的“長(zhǎng)流”或者是“微漏”現(xiàn)象，并及時(shí)關(guān)閉水閥。作品樣品如圖2.1所示。 圖2.1 樣品實(shí)物圖 2.1.1作品創(chuàng)新點(diǎn) （1）智能電子與機(jī)械閥相結(jié)合。 將微處理器技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能充電技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、LCD顯示技術(shù)等應(yīng)用于機(jī)械水閥的智能控制; （2）采用流量檢測(cè)和模糊算法相結(jié)合的長(zhǎng)流水智能識(shí)別方法。 微處理器通過(guò)流量監(jiān)測(cè)模塊獲取水閥水流量值，將水流量值周期性存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)單元中，同時(shí)比對(duì)存儲(chǔ)器中的用水流量值，如果發(fā)現(xiàn)水流量維持在某一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，并維持時(shí)間超過(guò)某一設(shè)定值M（M的值由經(jīng)驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)表以及用戶的平均用水記錄數(shù)據(jù)表來(lái)動(dòng)態(tài)決定）關(guān)閉閥門，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)； （3）自供電技術(shù)，利用水流發(fā)電機(jī)發(fā)電并存儲(chǔ)電能給系統(tǒng)供電。 電源由水流發(fā)電機(jī)、橋式整流單元、穩(wěn)壓?jiǎn)卧?、充電單元、防反向放電單元、電池電量監(jiān)測(cè)單元、充電電池構(gòu)成。當(dāng)水流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能到達(dá)控制電路板時(shí)，就經(jīng)橋式整流單元轉(zhuǎn)變直流脈動(dòng)電能，經(jīng)穩(wěn)壓?jiǎn)卧D(zhuǎn)化為較平穩(wěn)的直流電能，直流電能再經(jīng)充電部分，以恒流、恒壓、涓流三種方式中的一種進(jìn)行充電，防反向放電單元當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓較低時(shí)，低于充電電池電壓時(shí)，防止充電電池對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行反向放電；電池電量監(jiān)測(cè)單元的作用是監(jiān)測(cè)電池的電量及電池的工作狀態(tài)，由微控制器模塊決定采用恒流、恒壓、涓流三種方式中的哪種進(jìn)行充電，有利于提高充電電池的使用壽命。有利于提高閥的用電安全性，同時(shí)便于安裝； （4）水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓作為水流流量檢測(cè)信號(hào)。 發(fā)電機(jī)發(fā)電的電壓大小可表示通過(guò)水閥的水流量，將流量數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，可便于微控制器分析判斷是否處在長(zhǎng)流水狀態(tài)，可省去流量傳感器部分，減少了體積，降低了成本； （5）便攜式集中控制儀監(jiān)控閥的工作狀態(tài)。 便攜式集中控制儀由顯示屏、開閥鍵、關(guān)閥鍵、特殊用水鍵構(gòu)成， 顯示屏可查看和改變防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)。一個(gè)便攜式集中控制器，通過(guò)無(wú)線學(xué)習(xí)功能控制多個(gè)防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥。 2.1.2 作品的特點(diǎn) 本作品采用防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥與便攜式集中控制儀相結(jié)合，該閥能夠自動(dòng)識(shí)別“長(zhǎng)流水”還是正常用水狀態(tài)，并判斷是否關(guān)閉閥門并發(fā)出報(bào)警信息。便攜式集中控制儀能監(jiān)控閥的工作狀態(tài)，并可對(duì)閥的工作狀態(tài)方便設(shè)置。具有如下功能和特點(diǎn)： （1）防長(zhǎng)流水。能自動(dòng)識(shí)別因?yàn)橥涥P(guān)水龍頭所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，并及時(shí)關(guān)閉水閥，防止水資源浪費(fèi)。 （2）防微漏。 能自動(dòng)識(shí)別因?yàn)橛盟b置損壞以及管道漏水所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，并及時(shí)關(guān)閉水閥。 （3）智能。具有自動(dòng)識(shí)別、故障報(bào)警、狀態(tài)自動(dòng)切換、無(wú)線遙控與儀表自控制相結(jié)合,便于將閥的工作狀態(tài)以及水路故障情況及時(shí)上報(bào)，同時(shí)便于在故障排除后重啟水閥； （4）節(jié)能。通過(guò)自鎖型電磁閥控制水的通斷，由于自鎖型電磁閥中的自鎖結(jié)構(gòu)可以利用永久磁石的磁力來(lái)維持這種運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，所以在維持狀態(tài)時(shí)不需要通電，比起需要長(zhǎng)時(shí)間通電運(yùn)轉(zhuǎn)的一般電磁閥來(lái)講，具有明顯的節(jié)能效果； （5）體積小。發(fā)電的電壓大小可表示通過(guò)水閥的水流量，將流量數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，可便于微控制器分析判斷是否處在長(zhǎng)流水狀態(tài)，可省去流量傳感器部分，減少了體積，降低了成本； （6）安裝方便。 通過(guò)水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電通過(guò)電源模塊存儲(chǔ)在電池上給系統(tǒng)供電，解決了系統(tǒng)的供電安裝問(wèn)題和安全問(wèn)題； 圖2.2 結(jié)構(gòu)分解圖 2.2參數(shù) 1) 工作電壓 DC2.8-4.5V 2) 最大工作壓力 0.8 MPa 3) 工作壓力 0～0.8 Mpa 4) 測(cè)試壓力 0.8 MPa 5) 溫度范圍 0～80°C 6) 允許最大環(huán)境溫度 80°C 7) 存儲(chǔ)溫度 -25～45°C 8) 靜態(tài)工作電流 ≤8uA(VDD=3.6V) 9) 設(shè)計(jì)壽命 ≥6年 10) 精度等級(jí) 2級(jí) 11) 壓力損失 ≤0.1mpa（Qmax） 2.3作品結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥與便攜式集中控制儀相結(jié)合的方案，控制閥由1外殼、2水流發(fā)電機(jī)、3自鎖電磁閥、4充電電池、5控制電路板、6自來(lái)水進(jìn)水口管、7自來(lái)水出水口管、連接管構(gòu)成 (如圖2.2、2.3所示)。 圖2.3 閥剖視圖 2.4操作介紹 基于微處理器的防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)改進(jìn)，安裝簡(jiǎn)單、智能程度高、操作簡(jiǎn)便。 （1）安裝。該閥可以水表一起合裝在一起，進(jìn)出水口與自來(lái)水管相接即可，不需另占空間，不需外接電源線。 （2）開閥。按閥體上或便攜式集中控制儀上的開閥鍵，即可打開閥門進(jìn)入用水狀態(tài)。 （3）關(guān)閥。按閥體上或便攜式集中控制儀上的關(guān)閥鍵，即可打開閥門進(jìn)入斷水報(bào)警狀態(tài)。 （4）特殊用水。當(dāng)需要進(jìn)行特殊用水時(shí)，比方說(shuō)給金魚缸加水、洗車、大掃除，用水量較大時(shí)，可設(shè)置閥進(jìn)入特殊用水裝態(tài)，可按閥儀表上的特殊用水按鍵或便攜式集中控制儀上的特殊用水按鍵閥可進(jìn)入特殊用水狀態(tài)，當(dāng)特殊用水時(shí)間到后，閥自動(dòng)進(jìn)入正常用水狀態(tài)。 便攜式集中控制遙控器如圖2.4所示。 圖2.4 遙控器實(shí)物圖 3.作品技術(shù)可行性分析 3.1作品設(shè)計(jì)方案 本閥采用防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥與便攜式集中控制儀相結(jié)合，能夠自動(dòng)識(shí)別因?yàn)橥涥P(guān)閥、水龍頭損壞、管道漏水導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，并自動(dòng)關(guān)閉閥門同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，便攜式集中控制儀能監(jiān)控閥的工作狀態(tài)，并且可以方便地對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。 如圖2.3所示，防長(zhǎng)流自關(guān)斷自動(dòng)控制水閥由外殼1、水流發(fā)電機(jī)2、自鎖電磁閥3、充電電池4、控制電路板5、自來(lái)水進(jìn)水口管6、自來(lái)水出水口管7、連接管8、水流發(fā)電機(jī)葉輪9、水流發(fā)電機(jī)線圈10、水流發(fā)電機(jī)導(dǎo)線11、自鎖電磁閥導(dǎo)線12構(gòu)成。其中進(jìn)水口管6與水流發(fā)電機(jī)2相連，水流發(fā)電機(jī)2通過(guò)連接管8與自鎖電磁閥3連接,自鎖電磁閥3與出水口管7相連；水流發(fā)電機(jī)3通過(guò)兩根導(dǎo)線與控制電路板5相連接，控制電路板5通過(guò)兩根導(dǎo)線與充電電池4連接，控制電路板5通過(guò)兩根導(dǎo)線與自鎖電磁閥3連接。 具體工作工程：當(dāng)自來(lái)水經(jīng)進(jìn)水口管7流經(jīng)水流發(fā)電機(jī)2時(shí)，水流發(fā)電機(jī)2的葉輪9隨水流轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪9帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，在水流發(fā)電機(jī)線圈10上輸出對(duì)應(yīng)的電能，電能通過(guò)水流發(fā)電機(jī)導(dǎo)線11送到控制電路板5，控制電路板5將電能存儲(chǔ)在充電電池4中給整個(gè)系統(tǒng)供電，同時(shí)控制電路板5將發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成微處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)作為水流量的采樣數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)跟蹤水流情況，并根據(jù)水流情況以及設(shè)定的判斷規(guī)律（相對(duì)恒定的水流量維持超過(guò)某一相對(duì)時(shí)間M，就判斷為故障長(zhǎng)流水，M的值與經(jīng)驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)表以及用戶的平均用水記錄數(shù)據(jù)表來(lái)動(dòng)態(tài)決定）進(jìn)而判斷是否為故障原因?qū)е碌拈L(zhǎng)流水，如果為故障原因?qū)е碌拈L(zhǎng)流水，控制電路板5通過(guò)自鎖電磁閥導(dǎo)線12控制自鎖電磁閥3關(guān)閉。 3.2作品的控制電路板設(shè)計(jì) 3.2.1控制電路系統(tǒng) 防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的控制電路板5由微控制器模塊25、電源模塊26、自鎖電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊27、按鍵模塊28、指示模塊29、無(wú)線發(fā)射模塊30、無(wú)線接收模塊31、故障報(bào)警模塊32、流量監(jiān)測(cè)模塊33、存儲(chǔ)模塊34、時(shí)鐘模塊35構(gòu)成。防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥能根據(jù)水流發(fā)電機(jī)2發(fā)電電壓的大小，通過(guò)流量監(jiān)測(cè)模塊33，微處理器模塊25獲取水閥水流量值，將水流量值周期性存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊34存儲(chǔ)單元中，同時(shí)比對(duì)存儲(chǔ)器中的用水流量值，如果發(fā)現(xiàn)水流量維持在某一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，并維持時(shí)間超過(guò)某一設(shè)定值M（M的值由經(jīng)驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)表以及用戶的平均用水記錄數(shù)據(jù)表來(lái)動(dòng)態(tài)決定），判斷為因?yàn)橥涥P(guān)閥或者閥損壞以及管道漏水導(dǎo)致的長(zhǎng)流水現(xiàn)象，微控制器關(guān)閉水閥，發(fā)出報(bào)警指示，同時(shí)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送報(bào)警指令給便攜式集中控制器，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，等待故障排除。（如圖3.1所示） 圖3.1 系統(tǒng)控制框圖 3.2.2控制電路圖 1、PCB印制電路板圖(如圖3.2所示) 圖3.2 系統(tǒng)控制電路板 2、電路原理圖（如圖3.3） 圖3.3 系統(tǒng)電路圖 3.2.3 控制電路板電源模塊（如圖3.4所示） 圖3.4電源模塊框圖 電源模塊26如圖3.4所示，防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的電源模塊由橋式整流單元36、穩(wěn)壓?jiǎn)卧?7、充電單元38、防反向放電單元39、電池電量監(jiān)測(cè)單元40構(gòu)成。工作過(guò)程描述如下：當(dāng)水流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的交流電能到達(dá)控制電路板5時(shí)，就經(jīng)電源模塊26的橋式整流單元36轉(zhuǎn)變直流脈動(dòng)電能，經(jīng)穩(wěn)壓?jiǎn)卧?7轉(zhuǎn)化為較平穩(wěn)的直流電能，直流電能再經(jīng)38充電部分，以恒流、恒壓、涓流三種方式中的一種進(jìn)行充電，防反向放電單元39的作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓較低時(shí)，低于充電電池4電壓時(shí)，防止充電電池4對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行反向放電；電池電量監(jiān)測(cè)單元40的作用是監(jiān)測(cè)電池的電量及電池的工作狀態(tài)，由微控制器模塊25決定采用恒流、恒壓、涓流三種方式中的哪種進(jìn)行充電，有利于提高充電電池4的使用壽命。 3.2.4控制電路板流量監(jiān)測(cè)模塊 流量監(jiān)測(cè)模塊33，由AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，其作用是將代表流量大小的水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓這一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微控制器模塊25能識(shí)別、存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)，便于系統(tǒng)跟蹤用戶用水情況，并根據(jù)用戶用水情況與設(shè)定的判斷規(guī)律判斷是否為因忘記關(guān)閥等故障造成等長(zhǎng)流水現(xiàn)象。 3.2.5控制電路板自鎖電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊 自鎖電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊27，由晶體管構(gòu)成的開關(guān)電路構(gòu)成，通過(guò)微處理器控制不同的晶體管導(dǎo)通與截止，形成正向或者反向的電流通路，控制自鎖電磁閥的自鎖機(jī)構(gòu)改變并維持電磁閥的狀態(tài)，從而到達(dá)節(jié)能省電的目的。 3.2.6控制電路板存儲(chǔ)模塊 存儲(chǔ)模塊34，由E2PROM存儲(chǔ)器與相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成，微控制器模塊25控制E2PROM存儲(chǔ)器的寫入與讀取，存儲(chǔ)模塊34中保存三類數(shù)據(jù)，一是常規(guī)用水模式數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)查得出普通用戶的用水情況數(shù)據(jù)，二是用戶的平均用水?dāng)?shù)據(jù)表，一分鐘為單位記錄用戶近期的實(shí)際用水?dāng)?shù)據(jù)的平均值，三是用戶實(shí)際，周期性記錄用戶的實(shí)時(shí)用水?dāng)?shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)三個(gè)表格數(shù)據(jù)的比對(duì)，微控制器能判斷出是否為長(zhǎng)流水狀態(tài)。 3.2.7控制電路板故障報(bào)警模塊 故障報(bào)警模塊32，由蜂鳴器及相關(guān)電路構(gòu)成，其作用為當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)因?yàn)橥涥P(guān)閥或其他原因造成的長(zhǎng)流水情況時(shí)關(guān)閉閥門并發(fā)出100hz音頻報(bào)警信號(hào)。 3.2.8控制電路板時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘模塊35，由時(shí)鐘芯片及相關(guān)的電路構(gòu)成，其作用為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的系統(tǒng)時(shí)間，便于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步處理。 3.2.9控制電路板無(wú)線發(fā)射、接收模塊 無(wú)線發(fā)射模塊30、無(wú)線接收模塊31，由編解碼信息的的無(wú)線發(fā)射模塊及相關(guān)電路構(gòu)成，無(wú)線發(fā)射模塊作用為將防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的報(bào)警信息發(fā)送給便攜式控制器，便攜式集中控制器便可識(shí)別故障閥的位置以及故障時(shí)間等信息；無(wú)線接收模塊可接受來(lái)自便攜式控制器的信息，通過(guò)發(fā)送規(guī)定命令字，便攜式集中控制器可控制防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的狀態(tài)以及撤銷報(bào)警燈功能。 3.2.10控制電路板指示模塊 指示模塊29，由紅、綠、黃色三個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，紅燈亮為電源指示，只亮綠燈為正常工作狀態(tài)指示，只亮黃燈為故障狀態(tài)指示，綠燈、黃燈同時(shí)亮為特殊用水狀態(tài)。三個(gè)燈均具有省電節(jié)能切換功能，及在正常工作并且沒(méi)有按鍵調(diào)節(jié)或外部無(wú)線指令控制的狀態(tài)維持1分鐘，三燈均熄滅。 3.2.11控制電路板按鍵模塊 按鍵模塊28，由開閥按鍵、關(guān)閥按鍵、特殊用水按鍵，當(dāng)按下開閥按鍵時(shí)，防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥打開閥門進(jìn)入正常工作狀態(tài)，當(dāng)按下關(guān)閥按鍵時(shí)，自關(guān)斷自動(dòng)控制閥打開閥門進(jìn)入故障報(bào)警狀態(tài)，當(dāng)按下 特殊用水按鍵時(shí)，自關(guān)斷自動(dòng)控制閥打開閥門進(jìn)入特殊用水狀態(tài)，當(dāng)特殊用水時(shí)間到的時(shí)候，自關(guān)斷自動(dòng)控制閥自動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 3.2.12 便攜式集中控制器 便攜式集中控制器，由顯示屏、開閥鍵、關(guān)閥鍵、特殊用水鍵構(gòu)成， 顯示屏可查看防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)，可通過(guò)開閥鍵、關(guān)閥鍵、特殊用水鍵設(shè)置與改變相應(yīng)的防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)。一個(gè)便攜式集中控制器，通過(guò)無(wú)線學(xué)習(xí)功能控制多個(gè)防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥。防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的按鍵輸入與指示模塊由電源指示燈、正常狀態(tài)燈、報(bào)警狀態(tài)燈、開閥鍵、關(guān)閥鍵、特殊用水鍵組成，能指示防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)，能設(shè)置修改防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)。 3.3作品的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖（圖3.5所示） 圖3.5 控制系統(tǒng)程序流程圖 3.3.2 顯示模塊程序流程設(shè)計(jì) 采用1602液晶模塊，其驅(qū)動(dòng)程序框圖設(shè)計(jì)（如圖3.6所示） 圖3.6 1602程序流程圖 3.3.3實(shí)時(shí)1302時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)流程（如圖3.7所示） 圖3.7 1302程序流程圖 3.3.4 存儲(chǔ)器24c04系列程序設(shè)計(jì)流程（如圖3.8所示） 圖3.8 24C04程序流程圖 3.3.5 A/D轉(zhuǎn)換TLC549程序設(shè)計(jì)流程（如圖3.9所示） 圖3.9 AD程序流程圖 3.4 用戶用水?dāng)?shù)據(jù)調(diào)研結(jié)果及分析 為了了解用戶用水習(xí)慣以及常見(jiàn)的用水?dāng)?shù)量，便于作品“防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥”的程序中的長(zhǎng)流水的判斷方法的制定，特對(duì)用戶用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研與實(shí)測(cè)。 家庭用水主要有3大塊，包括衛(wèi)浴用水、洗衣用水和廚房用水，其中衛(wèi)浴和洗衣占到約2/3。此外，滲漏浪費(fèi)比較嚴(yán)重，約占14％。 3.4.1 家庭常用用水容器容積調(diào)查（如表3.1所示） 表 3.1 序號(hào) 名稱 容量范圍 1 普通杯 0.4-0.8L 2 保溫杯 0.3-0.5L 3 暖水瓶 1.5-3 4 電飯鍋 2-6L 5 洗漱盆 5-9L 6 馬桶箱 3-6L 7 臉 盆 10-15L 8 飲水機(jī) 15L 9 水 桶 20-30L 10 洗衣機(jī) 50-80L 11 浴 缸 230-320L 12 熱水器 50-100L 13 水 壺 4-6L 3.4.2 一般用水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（如表3.2所示） 表3.2 序號(hào) 項(xiàng)目 一般用水范圍（單位：升） 平均用水時(shí)間 1 洗臉 5~8 0.5~0.8min 2 刷牙 0.8~1.2 0.08~0.12min 3 洗餐具 20~24 2~2.4min 4 洗手 1~3 0.1~0.3min 5 洗菜 18~23 1.8~2.3min 6 沖廁所 3~6 0.3~0.6min 7 燒開水 8~10 0.8~1min 8 做飯 10~15 1~1.5min 9 洗衣服 40~130 4~13min 10 洗腳 6~10 0.6~1min 11 洗頭 10~15 1~1.5min 12 沐浴 60~280 6~28min 13 洗杯子 2~3 0.2~0.3min 3.4.3 特殊用水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（如表3.3所示） 表3.3 序號(hào) 項(xiàng) 目 一般用水范圍（單位：升） 平均用水時(shí)間 1 洗 車 40~200 4~20min 2 搞衛(wèi)生 20~100 2~10min 3 洗水果 1.5~3 0.15~0.3min 4 洗 鞋 10~20 1~2min 5 洗被子 150~200 15~20min 根據(jù)實(shí)際測(cè)量4分管自來(lái)水的水龍頭水流速度0-20升/分鐘，按照流量V=流速u*時(shí)間t的計(jì)算公式得知 t=V/u，以最大速度的1/3估算，家庭一般用水連續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為沐浴時(shí)間42分鐘（以打開水龍頭不關(guān)斷，直至用完280升水）。 3.5作品主要器件分析 3.5.1水流發(fā)電機(jī) （1）作用：采用電感式水流發(fā)電機(jī)SL-AC50V（如圖3.10所示），當(dāng)自來(lái)水經(jīng)過(guò)水流發(fā)電機(jī)時(shí)，水流發(fā)電機(jī)發(fā)電，在本產(chǎn)品中水流發(fā)電機(jī)有兩個(gè)作用，一是通過(guò)電源模塊的整流、穩(wěn)壓、充電電路給充電電池充電，從而實(shí)現(xiàn)便捷安裝，二是通過(guò)電源模塊的整流、穩(wěn)壓、分壓電路，可得到同比于水流流量的發(fā)電電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換器后送微處理器，微處理器能及時(shí)獲取流經(jīng)系統(tǒng)的水流情況，不用另外安裝水流傳感器，節(jié)約了系統(tǒng)成本，減少了產(chǎn)品的體積。 圖3.10 水流發(fā)電機(jī) （2）水流發(fā)電機(jī)參數(shù)： 最大工作壓力 0.8 MPa 工作壓力 0～0.8 Mpa 測(cè)試壓力 0.8 MPa 溫度范圍 0～80°C 允許最大環(huán)境溫度 80°C 存儲(chǔ)溫度 -25～45°C 外殼材料 POM 安裝方式 小孔為進(jìn)水口。 水流發(fā)電機(jī)運(yùn)行測(cè)試參數(shù)如表3.4所示 表3.4 水 壓 流 量 短路電流 空載電壓 負(fù)載200歐 姆后電壓 0.05MPA 4.8L AC10mA AC10V 24V 0.1 MPA 6.3L AC10mA AC15V 31V 0.2 MPA 8L AC10mA AC20V 39V 0.3 MPA 9.3L AC10mA AC24V 45V 0.4 MPA 10.5L AC10mA AC28V 52V 3.5.2 脈沖保持電磁閥 圖3.11 脈沖電磁閥 本作品采用通過(guò)自鎖型電磁閥（如圖3.11所示）控制水的通斷，由于自鎖型電磁閥中的自鎖結(jié)構(gòu)可以利用永久磁石的磁力來(lái)維持這種運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，所以在維持狀態(tài)時(shí)不需要通電，比起需要長(zhǎng)時(shí)間通電運(yùn)轉(zhuǎn)的一般電磁閥來(lái)講，具有較大的節(jié)能效果，工作參數(shù)如表3.5所示； 額定電壓 控制方式 工作壓力 介質(zhì)溫度 使用壽命 3.6V-9V 脈 沖 0.02-0.8MPa 0℃-110℃ ≥15萬(wàn)次 表3、5 脈沖電磁閥特點(diǎn)： （1）獨(dú)特的疏導(dǎo)式過(guò)濾器方式，過(guò)濾網(wǎng)免清洗，雜質(zhì)自動(dòng)排出 （2）穩(wěn)定可靠，使用壽命大于50萬(wàn)次 （3）可用于智能感應(yīng)潔具、節(jié)水設(shè)備、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、太陽(yáng)能熱水器及工農(nóng)業(yè)自動(dòng)水控制設(shè)備中 （4）斷電自動(dòng)關(guān)閉，起動(dòng)性能好 （5）工作壓力范圍大：0.02Mpa-0.8Mpa 3.5.3 stc單片機(jī) 該單片機(jī)屬于STC系類新型增強(qiáng)型單片機(jī)（如圖3.12所示），功能強(qiáng)大。高速，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051 內(nèi)核，速度比普通8051快8-12倍；寬電壓：5.5-3.3V，2.2-3.6V;增加第二復(fù)位功能（高可靠復(fù)位，可調(diào)整復(fù)位門檻電壓，頻率<12MHz時(shí)，無(wú)需此功能）；增加外不掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時(shí)無(wú)需操作EEPROM；低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，（可任意一個(gè)中斷喚醒）掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠(yuǎn)程喚醒；工作頻率：0-35MHz,相當(dāng)于普通8051：0-420MHz；時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置；8/16/20/32/40/48/52/60/62K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上；1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上；ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無(wú)需編程器/仿真器。 圖3.12 STC單片機(jī) 8通道，10位該素ADC，速度可達(dá)25萬(wàn)次/秒，2路PCA還可當(dāng)2路D/A使用；2通道捕獲/比較單元（PWA/PCA/CCP），也可以用來(lái)在實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器或2個(gè)外部中斷（支持上升沿/下降沿中斷）；4個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1，2路PCA實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器；可編程時(shí)鐘輸出功能,T0在P3.4輸出時(shí)鐘，T1在P3.5輸出時(shí)鐘，BRT在P1.0輸出時(shí)鐘；硬件看門狗(WDT）；高速SPI串行通信端口；全雙工異步串行（UART），兼容8051的串口；先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；通用I/O口（36/40/44），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/0口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均達(dá)到20mA，但是整個(gè)芯片最大不得超過(guò)100mA；復(fù)位腳，燒錄程序時(shí)如設(shè)置I/O口，可當(dāng)I/O口使用；EX_LVD是外部低壓檢測(cè)中斷/比較器；不用的I/O口，浮空即可；使用LQFP48/PDIP48封裝是，最大有44個(gè)I/O口；使用LQFP44封裝時(shí)，最多有40個(gè)I/O口；使用PDIP40封裝時(shí)，做多有36個(gè)I/0口。 3.6產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略 3.6.1、技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略 產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略為三步走，第一步為設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)置基本功能產(chǎn)品；第二步為設(shè)計(jì)自適應(yīng)調(diào)整的產(chǎn)品；第三步為設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程通訊與控制功能的產(chǎn)品； 預(yù)設(shè)置基本功能產(chǎn)品的功能有：1）發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自供電；2）發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓表示水流流量；3）蜂鳴器報(bào)警功能；4）led指示功能；5)按鍵設(shè)置功能；6）特殊用水功能；7）開閥、關(guān)閥功能。 自適應(yīng)調(diào)整產(chǎn)品在預(yù)設(shè)置基本功能產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加的功能有：1）智能記憶系統(tǒng)的用水?dāng)?shù)據(jù)；2）智能獲取系統(tǒng)的平均用水?dāng)?shù)據(jù)；3）智能獲取系統(tǒng)的最高用水?dāng)?shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間段；4）自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的長(zhǎng)流水判斷算法；5）無(wú)線信號(hào)發(fā)送和接受功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的無(wú)線開關(guān)閥設(shè)置等做操作。 遠(yuǎn)程通訊與控制功能產(chǎn)品在第二代產(chǎn)品的基礎(chǔ)擴(kuò)展了1）遠(yuǎn)程通訊功能，方便產(chǎn)品的集中管理與控制；2）系統(tǒng)自檢功能；3）系統(tǒng)故障自動(dòng)上報(bào)功能；4）系統(tǒng)故障自動(dòng)修復(fù)功能；5）閥門聯(lián)網(wǎng)群控功能等。 3.6.2 市場(chǎng)開發(fā)戰(zhàn)略 本產(chǎn)品的應(yīng)用對(duì)象有家庭、學(xué)校、工廠、市政辦公樓、公共場(chǎng)所等。 產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)格型號(hào)的發(fā)展戰(zhàn)略，與常規(guī)水龍頭結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)水龍頭對(duì)應(yīng)安裝一個(gè)防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥；代替現(xiàn)有機(jī)械水閥，實(shí)現(xiàn)水閥的智能控制集中管理；實(shí)現(xiàn)水閥按口徑設(shè)計(jì)有用于家庭的4分管系列自動(dòng)控制閥、外線安裝的6分管口徑的自動(dòng)控制閥等。 先推廣能代替現(xiàn)有機(jī)械閥的基本功能自動(dòng)控制閥，采用低價(jià)保質(zhì)的營(yíng)銷策略，發(fā)展高端產(chǎn)品，采用高價(jià)高品質(zhì)品牌管理策略。 4.市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè) 由于市場(chǎng)上沒(méi)有同類產(chǎn)品，在市場(chǎng)分析與產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)的過(guò)程中，采用相關(guān)產(chǎn)品分析與預(yù)測(cè)法。防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的目標(biāo)市場(chǎng)有兩個(gè)，一是與現(xiàn)有水龍頭一比一配套使用，使現(xiàn)有水龍頭具有防長(zhǎng)流水功能，二是代替現(xiàn)有水閥閥門，使水閥閥門具有防長(zhǎng)流水功能，便于集中管理。故選取水龍頭與水閥閥門作為產(chǎn)品的市場(chǎng)分析對(duì)象。 4.1市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 4.1.1 水龍頭市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 全國(guó)生產(chǎn)水龍頭的企業(yè)已達(dá)到1500余家，年銷售額在100億元左右，出口額每年以20%的速度增加。通過(guò)十余年的努力，國(guó)內(nèi)五金龍頭業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)展，生產(chǎn)能力迅速提高。目前，市場(chǎng)上各類中低檔產(chǎn)品是琳瑯滿目，造型也豐富多彩。 目前國(guó)產(chǎn)水龍頭在中高端市場(chǎng)中所占份額僅20%左右，在低端市場(chǎng)的占有率約60%以上。 4.1.2 水閥閥門市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)已進(jìn)入WTO，全球每年需求閥門約300萬(wàn)噸?，F(xiàn)在約有3000家的大小閥門廠，其中溫州600家，鄭州近200多家，上海150多家，遼寧250家，江蘇、福建各200余家，盡管良莠不齊，但產(chǎn)品品種已達(dá)3000多個(gè)型號(hào)，近3萬(wàn)個(gè)規(guī)格。其市場(chǎng)規(guī)模如圖4.1所示 圖4.1 水閥 4.2 相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)狀 4.2.1感應(yīng)水龍頭 隨著衛(wèi)浴潔具的不斷更新?lián)Q代，感應(yīng)潔具已經(jīng)慢慢走進(jìn)人們的視線，其人性化的設(shè)計(jì)總給人瀟灑自如、心曠神怡的切身感受。在寫字樓、酒店、醫(yī)院、學(xué)校等公共場(chǎng)所已習(xí)慣性的使用感應(yīng)水龍頭。但是在家裝方面，感應(yīng)水龍頭并沒(méi)有得到普及。 4.2.2延時(shí)閥 目前市面上延時(shí)閥形式多種，按控制方式主要分為電磁（紅外感應(yīng)）延時(shí)閥、氣動(dòng)延時(shí)閥、腳踏延時(shí)閥、按鈕延時(shí)閥、自閉式延時(shí)閥等；按結(jié)構(gòu)分三通、二位三通、四通、二位四通等；按安裝方式分暗裝和明裝。 延時(shí)沖水閥由主閥、控制閥構(gòu)成，主閥由閥體、閥座、閥芯，位于閥體內(nèi)的缸體、活塞、活塞回位彈簧構(gòu)成，控制閥由按鈕、閥套、閥芯、按鈕回位彈簧構(gòu)成。主閥缸體注水室通過(guò)控制閥與主閥閥腔相通，氣室有氣孔與外界相通。注水室通過(guò)閥芯桿上的泄水孔道與主閥出水口連通。具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，適于洗手間、廁所洗手、沖水使用，特別是適用于家庭廁所沖水使用。常見(jiàn)型號(hào)、公司以及參考價(jià)格如表4.1所示。 表4.1 序號(hào) 產(chǎn)品型號(hào) 公司 價(jià)格（元） 1 RF-Y01 上海同勵(lì)貿(mào)易有限公司 45 2 RF-Y11 70 3 RF-Y02 65 4 RF-Y12 85 5 SA94-5201 嘉柏萊衛(wèi)浴實(shí)業(yè)有限公司 98 6 SA93-5101 98 7 SA93-5216 158 8 SA94-5210 78 9 SA149-5221 110 10 SA150-5219 130 11 SA149-5220 102 12 SA150-5218 176 13 SA149-5222 110 14 SA93-5102 88 15 HH－72106 輝煌水暖集團(tuán)有限公司 120 16 HH－72102 66 17 HH－72104 84 18 HH－72105 84 19 HH－72103 78 20 DN25 興昌五金水暖機(jī)電經(jīng)營(yíng)部 25 21 DN20 20 22 A87871C 箭牌衛(wèi)浴有限公司 230 4.2.3節(jié)水水箱 據(jù)了解，在居民生活中，馬桶的用水量占到日常用水總量的40%-50%，我國(guó)原來(lái)多采用9升以上的便器，不僅用水量大，跑漏水現(xiàn)象也十分嚴(yán)重，每年因此浪費(fèi)的水資源達(dá)10億立方米。目前我國(guó)強(qiáng)制執(zhí)行的節(jié)水馬桶標(biāo)準(zhǔn)為6升洗凈，今年1月由建委等八部門聯(lián)合成立的北京市節(jié)水型生活用水器具聯(lián)席會(huì)議發(fā)布了《北京市節(jié)水型生活用水器具推廣工作實(shí)施方案》，要求各部門發(fā)揮合力，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和推進(jìn)節(jié)水型生活用水器具推廣工作，并提出了今年年底前基本實(shí)現(xiàn)非節(jié)水型用水器具退出市場(chǎng)的工作目標(biāo)。而早在十多年前，6升標(biāo)準(zhǔn)的馬桶在美國(guó)就被明確立法，現(xiàn)在4.8升標(biāo)準(zhǔn)的馬桶正逐漸被推行和應(yīng)用，并有可能成為新的節(jié)水馬桶標(biāo)準(zhǔn)。水箱的常見(jiàn)型號(hào)、公司以及參考價(jià)格如表4.2所示。 表4.2 序號(hào) 型號(hào) 公司 價(jià)格（元） 1 博蒙001 博蒙陶瓷有限公司 150 2 博蒙013 160 3 炫彩系列 輝源實(shí)業(yè)有限公司 139 4 小博士 歐派衛(wèi)浴國(guó)際有限公司 209 5 小天使 208 6 小超人 129 7 9501 九牧集團(tuán) 148 8 9503 138 9 9504 118 10 1003 馬科波羅衛(wèi)浴實(shí)業(yè)有限公司 189 11 1002 178 12 1001 150 4.3 產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè) 由于水龍頭、水閥的的需求量非常大大，年銷售額在200億元左右，且每年以20%的速度增加。以逐步與水龍頭配套使用和取代現(xiàn)有水閥的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)本產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)大，市場(chǎng)前景廣闊。
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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)
- 發(fā)明目的：其用途在于能解決因忘記關(guān)水閥或者水龍頭損壞以及管道漏水所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水問(wèn)題。 基本思路：采用防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥與便攜式集中控制儀相結(jié)合的方案；便攜式集中控制儀能監(jiān)控防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的工作狀態(tài)，并且可以方便地對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。 創(chuàng) 新 點(diǎn)： 1.智能電子與機(jī)械閥相結(jié)合 2.采用流量檢測(cè)和模糊算法相結(jié)合的長(zhǎng)流水智能識(shí)別方法 3.自供電技術(shù)，利用水流發(fā)電機(jī)發(fā)電并存儲(chǔ)電能給系統(tǒng)供電 4.水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓作為水流流量檢測(cè)信號(hào) 5.便攜式集中控制儀監(jiān)控閥的工作狀態(tài) 技術(shù)關(guān)鍵： 1.研發(fā)基于微處理的智能控制電路板； 2.研發(fā)具有保護(hù)裝置的自動(dòng)鋰電池充電裝置； 3.設(shè)計(jì)一種長(zhǎng)流水自動(dòng)識(shí)別算法。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.工作電壓 DC2.8-4.5V 2.最大工作壓力 0.8 Mpa 3.工作壓力 0～0.8 Mpa 4.測(cè)試壓力 0.8 Mpa 5.溫度范圍 0～80℃ 6.允許最大環(huán)境溫度 80℃ 7.存儲(chǔ)溫度 -25～45℃ 8.靜態(tài)工作電流 ≤8uA(VDD=3.6V) 9.設(shè)計(jì)壽命 ≥6年 10.精度等級(jí) 2級(jí) 11.壓力損失 ≤0.1Mpa（Qmax）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品具有如下突出實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步： 1.通過(guò)水流發(fā)電機(jī)發(fā)電，電源模塊存儲(chǔ)在電池上給系統(tǒng)供電，解決了系統(tǒng)的供電安裝和安全問(wèn)題； 2.發(fā)電的電壓大小可表示通過(guò)水閥的水流量，將流量數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，可便于微控制器分析判斷是否處在長(zhǎng)流水狀態(tài)，可省去流量傳感器部分，減少了體積，降低了成本； 3.通過(guò)自鎖型電磁閥控制水的通斷，由于自鎖型電磁閥中的自鎖結(jié)構(gòu)可以利用永久磁石的磁力來(lái)維持這種運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，所以在維持狀態(tài)時(shí)不需要通電，與需要長(zhǎng)時(shí)間通電運(yùn)轉(zhuǎn)的一般電磁閥相比，具有明顯的節(jié)能效果； 4.系統(tǒng)采用無(wú)線發(fā)送接收模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊，便于將閥的工作狀態(tài)以及水路故障情況及時(shí)上報(bào)，同時(shí)便于在故障排除后重啟水閥； 5.通過(guò)檢測(cè)水流發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓的大小，獲取水流流量，跟蹤水流量情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水流流量穩(wěn)定并達(dá)到一定時(shí)間，微處理器可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的判斷方法判斷是否為長(zhǎng)流狀態(tài)，達(dá)到智能控制的目的。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、提出專利申請(qǐng)：申報(bào)號(hào)201120069054.5，申報(bào)日期 2011年3月16日； 2、2011年5月15-21日, 應(yīng)邀參展在省國(guó)際會(huì)展中心舉行的2011年全省科技活動(dòng)周暨第四屆科技博覽會(huì)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- √實(shí)物、產(chǎn)品 √現(xiàn)場(chǎng)演示 √樣品
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)
- 使用說(shuō)明：安裝簡(jiǎn)單、智能程度高、操作簡(jiǎn)便。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1.防長(zhǎng)流水。2.防微漏。 3.智能。4.節(jié)能。5.體積小。6.安裝方便。 適用范圍：家庭、學(xué)校、工廠、辦公場(chǎng)所、公共場(chǎng)所等。 前景說(shuō)明： 發(fā)明一種在不改變現(xiàn)有水龍頭、潔具等用水裝置的前提下，能解決因?yàn)橥涥P(guān)水龍頭或者用水裝置損壞以及管道漏水所導(dǎo)致的長(zhǎng)流問(wèn)題的閥勢(shì)在必行。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 由于市場(chǎng)上沒(méi)有完全相同產(chǎn)品，在市場(chǎng)分析與產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)的過(guò)程中，采用相關(guān)產(chǎn)品分析與預(yù)測(cè)法。防長(zhǎng)流水自關(guān)斷自動(dòng)控制閥的目標(biāo)市場(chǎng)有兩個(gè)，一是與現(xiàn)有常規(guī)水龍頭一比一配套使用，使水龍頭具有防長(zhǎng)流水功能，二是代替現(xiàn)有水閥閥門，使水閥閥門具有防長(zhǎng)流水功能，便于集中管理。故選取水龍頭與水閥閥門作為產(chǎn)品的市場(chǎng)分析對(duì)象。水龍頭、水閥的的需求量非常大大，年銷售額在200億元左右，且每年以20%的速度增加。以逐步與水龍頭配套使用和取代現(xiàn)有水閥的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)本產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)大，市場(chǎng)前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 目前市場(chǎng)上，解決水龍頭長(zhǎng)流水問(wèn)題的相關(guān)產(chǎn)品有感應(yīng)開關(guān)、延時(shí)開關(guān)、磁控停水自鎖閥等。現(xiàn)有的感應(yīng)開關(guān)，有應(yīng)用在公共場(chǎng)所的全自動(dòng)洗手器、紅外感應(yīng)小便沖洗器、紅外感應(yīng)大便沖洗器等，可做到“人到水流”、“人走水?！?。該系列閥能解決忘記關(guān)閥所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水問(wèn)題，但是用水時(shí)必須有感應(yīng)體存在才能開閥出水，所有應(yīng)用范圍有限，而且對(duì)于管道漏水、水龍頭損壞的情況不能自動(dòng)關(guān)斷水閥?，F(xiàn)有的延時(shí)水閥，應(yīng)用在廁所沖洗的潔具上，具有沖洗方便，節(jié)水效果明顯，但是因?yàn)闆_水時(shí)間固定，應(yīng)用范圍有限，也不能解決因?yàn)楣艿缆┧?、水龍頭損壞所導(dǎo)致的長(zhǎng)流水問(wèn)題。公告號(hào)CN201517652U的專利“磁控停水自鎖閥”（200920269753.7）屬機(jī)械閥，采用水的壓力浮力磁力相互作用的原理，能解決因?yàn)橥Ｋ涥P(guān)閥造成浪費(fèi)水的問(wèn)題，但是不能解決有水時(shí)沒(méi)關(guān)龍頭以及因?yàn)楣艿缆┧?、水龍頭損壞而浪費(fèi)水資源的問(wèn)題。本產(chǎn)品能在不改變現(xiàn)有水龍頭、潔具等用水裝置的前提下，圓滿地解決上述產(chǎn)品的不足。
