基本信息
- 项目名称：
- 基于流量的自动报警开关
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 普通水表存在的最大缺陷是当用户忘记关闭用水设备或管道出现大量漏水时无法及时做出反应，造成国家资源和用户财产的损失。本设计增加了自动报警和自动关闭阀门的功能，在一定程度上解决了上述问题。该设备有两部分组成：一、自动感应系统，利用微电子技术、传感技术，根据流量变化辨别是否处于正常用水状态；二、报警并自动关闭系统，根据感应器信号，在漏水状态下自动报警并关闭阀门，完成节水目的。
- 详细介绍：
- 一、设计方案 1．加装传感器 由于在普通水表上直接加装球阀和传感器需要特殊工艺，由于能力所限，我们决定将研究对象转化为对智能水表的改造。为达到实验初衷，我们决定放弃智能水表的计费功能，直接利用其自带传感器达到实验目的。 2．判断传感器信号 由于是水表基础上改装，所以我们第一步就是判断其传感器输出信号情况。借助万用表，示波器和空气泵等仪器，测出每当通过流量达到100L时，即水表表盘第三个指针(分度值为0.01立方米的指针)转完一圈时，传感器输出一个高电平脉冲信号。 3．智能逻辑判断 本设计采用单片机作为控制核心，即通过在与外部传感器接口及外部控制电路连接的单片机编写相应的控制程序使其达到设计预期。在可能出现漏水时发出信号，触发蜂鸣器并驱动电动机关闭球阀。我们假定用户连续一小时以上不间断用水为不正常使用状态（即用户忘记关闭用水器具或管道出现破裂）具体逻辑判断过程如下： <1>设定单片机每10分钟对采集的信号进行一次处理（假定流量0.2L/s时10分钟内传感器生成的1个上升沿为参照）。 <2>每10分钟内产生的上升沿个数不小于1个时记为有效并累加连续有效次数，当连续有效次数累计为6次时，单片机输出信号控制电机关闭阀门。 <3>若10分钟内产生的上升沿个数小于1个，对连续有效次数清零，进入下次逻辑判断。 4．关闭阀门并报警 单片机的输出信号控制电动机逆时针转动，并使蜂鸣器工作。电动机通过减速装置放大扭矩带动球阀旋转关闭。当悬臂触碰到行程开关时，电动机停转。 5．复位 当用户重新启用水表时，按下复位开关，电动机反转，开启阀门。 二、理论设计计算 我们设计的重点是如何判定家庭用户的用水为非正常使用状态（漏损），家庭常用水器具的水嘴的给水当量均在1左右，故采取其对应的流量0.2L/S作为我们的实际参考值。我们定义用户管网以上述流量连续运行1小时为非正常使用状态。 当水表通过的流量为100L时，传感器产生一次信号，他包含一个上升沿。0.2×60×10=120L，所以我们设定单片机没十分钟对采集的信号作一次判断，信号的上升沿个数满足不小于1个时，即视为本次有效并连续累加有效次数。 三、性能分析 采用光耦作为主要输入器件，由于其本身的电气隔离性能，使得外部干扰信号不会影响单片机的正常工作，提高了抗干扰能力；同时拓宽了外界电阻的输入范围，增加了对输入接口的通用性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计采用单片机作为控制核心，即通过在单片机与外部传感器接口及外部电路控制电路的连接，编写相应的控制程序使其达到设计预期。在流量计上加装传感器，感知流量变化并产生对应的脉冲信号，通过智能逻辑电路判断，在可能出现漏液、漏气情况下报警并关闭阀门，减少能源损失，达到安全、节能的目的。 创新点： 易于在普通水表等流量计上加工改造，便于推广； 参数易于修改，可以满足不同用户的要求； 普遍适用于有流量输入、输出的设备系统； 可以与已有的智能水表等流量计兼容。 技术关键： 流量自动感应系统； 报警并自动关闭系统。 主要技术指标： 一、自动感应系统，利用现代微电子技术、现代传感技术，根据流量变化辨别是否处于正常状态。 二、报警并自动关闭系统，根据感应器信号，在漏液、漏气状态下自动报警并关闭阀门，实现安全、节能目的。 本设计方案以普通水表为例，其主要技术指标是如何判定家庭用户的用水为非正常使用状态（漏损），家庭常用水器具的水嘴的给水当量均在1.0左右，故采取其对应的流量0.2L/S作为实际参考值。定义用户管网以上述流量连续运行1小时为非正常使用状态。当水表通过的流量为100L时，传感器产生一次信号，包含一个上升沿。0.2L/s×10min×60s/min=120L，所以设定单片机没十分钟对采集的信号作一次判断，信号的上升沿个数满足不小于1个时，即视为本次有效并连续累加有效次数。
科学性、先进性
- 本设计有操作和控制简便，易于加工改造，满足不同用户对用水量的要求，可以实现与已有的智能水表兼容，便于推广等优点。与普通水表相比，改进后的作品可以有效地减少因管道漏损而造成的资源浪费和财产损失，响应国家节能减排的号召。 本设计原理是采用单片机作为控制核心，即通过在单片机与外部传感器接口及外部电路控制电路的连接编写相应的控制程序使其达到设计预期。在可能出现漏水时发出信号，触发蜂鸣器并控制电动机关闭球阀。我们假定用户连续一小时以上不间断用水为不正常使用状态，单片机的输出信号控制电动机逆时针转动，并使蜂鸣器工作。电动机通过减速装置放大扭矩带动球阀旋转关闭。当悬臂触碰到行程开关时，电动机停转；当用户重新启用水表时，按下复位开关，电动机反转，开启阀门。该设备有两部分组成：一、自动感应系统，利用现代微电子技术、现代传感技术，根据流量变化辨别是否处于正常用水状态。二、报警并自动关闭系统，根据感应器信号，在漏水状态下自动报警并关闭阀门，完成节水目的。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片，录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本设计第一步就是判断其传感器输出信号情况。测出每当通过流量达到100L时，即水表表盘第三个指针(分度值为0.01立方米的指针)转完一圈时，传感器输出一个高电平脉冲信号。本设计采用单片机作为控制核心，即通过在单片机与外部传感器接口及外部电路控制电路的连接，编写相应的控制程序使其达到设计预期。在可能出现漏水时发出信号，触发蜂鸣器并控制电动机关闭球阀。我们假定用户连续一小时以上不间断用水为不正常使用状态。单片机的输出信号控制电动机逆时针转动，并使蜂鸣器工作。电动机通过减速装置放大扭矩带动球阀旋转关闭。当悬臂触碰到行程开关时，电动机停转。当用户重新启用水表时，按下复位开关，电动机反转，开启阀门。在普通水表上直接加装球阀和传感器需要特殊工艺，由于条件所限，我们决定将研究对象转化为对智能水表的改造，为达到实验初衷，我们决定直接利用智能水表自带传感器达到设计预期，改进后的水表在成本上比普通水表增加约70元，相对智能水表而言比较容易普及，同时又保留了与智能水表兼容的潜力，有很大的发展空间。
同类课题研究水平概述
- 无
