我的節(jié)能減排冬季防凍水管系統(tǒng)

1、目錄作品內(nèi)容簡(jiǎn)介1背景及其意義11.1背景11.2意義22 關(guān)于設(shè)計(jì)方案以及工作原理22.1 設(shè)計(jì)組成部分22.2 系統(tǒng)電路及其工作原理42.3 電磁繼電器自動(dòng)控制電磁閥62.4 電路的復(fù)位53 設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題以及解決的辦法53.1 考慮的問(wèn)題53.2 解決的方法54 節(jié)能分析64.1 成本預(yù)算74.2 實(shí)用分析65 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用65.1 創(chuàng)新點(diǎn)75.2 推廣及其應(yīng)用76 結(jié)論7參考文獻(xiàn)7冬季智能水管防凍節(jié)水節(jié)電裝置設(shè)計(jì)者:段寬指導(dǎo)老師：（理工大學(xué)科技學(xué)院焦作 454000）摘要：通過(guò)可知冬至過(guò)后，氣溫驟降，滴水成冰，、家庭普遍存在水管頻發(fā)爆裂，許多居民采用細(xì)水長(zhǎng)流或采用大功率電熱帶等等這些使

2、得嚴(yán)重浪費(fèi)水資源、電資源。針對(duì)這一問(wèn)題而采取了冬季智能排空管道收集水的節(jié)電節(jié)能裝置，該裝置的使用可以很好地解決水管凍裂、用水難等一系列的問(wèn)題，此裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用，在原有水管布局基礎(chǔ)上加以改裝，成本低廉，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值。：智能管道防凍節(jié)水節(jié)電方便 實(shí)用價(jià)值作品內(nèi)容簡(jiǎn)介冬季智能水管防凍節(jié)水節(jié)電裝置是以解決以往防凍水管采取的細(xì)水長(zhǎng)流，大功率電熱帶或水管凍裂后未及時(shí)修理而造成大量水資源的電資源浪費(fèi)為主要目的。此作品主要是由市面上的 51 單片機(jī)、四個(gè)電磁閥、DS18B20 溫度傳感器、12864 液晶、集理圖 1）。等零件組成的（看冬季智能水管防凍節(jié)水節(jié)電裝置原此裝置集水氣交換箱和集于一

3、體，水氣交換箱由進(jìn)水排氣，集是用來(lái)收集水管中的置留的水。通過(guò) AT89S52 控制電磁閥以及排空閥的開(kāi)關(guān)以及適時(shí)控制集水位，通過(guò)水氣交換箱和幾個(gè)電磁閥來(lái)完成水管水流和空氣交換達(dá)到水管排空并收集管內(nèi)的水源為的目的。該系統(tǒng)成熟穩(wěn)定，防凍節(jié)水節(jié)電效果顯著，對(duì)水管冰凍吃水難用水難的家庭無(wú)疑是雪中送炭。聯(lián)系人：段寬：EMALL：1背景及其意義1.1背景水是生命之源，供水管道是家庭和企業(yè)最基礎(chǔ)的設(shè)施，隨著人口的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，不管家庭企還是業(yè)種種原因造成不同情況，現(xiàn)在常用水管防凍措施存在很多缺陷。如：一，以往水管防凍是在水管內(nèi)部加大功率電熱帶，這樣直接導(dǎo)致大量電資源浪費(fèi)。二，冬季氣溫驟降，室外水

4、管一旦凍裂，一般不會(huì)得到及時(shí)修理，大量的水資源嚴(yán)重浪費(fèi)至少也在幾百元。三，冬季居民普遍反映用水難，水管效果甚微，一旦管道被凍，左鄰右舍借水用水非常麻煩。況且用熱水融化，用火烤等等許多不便以及安全隱患也都油然而生。由此可見(jiàn)，水電資源利用最大化不僅給予用戶(hù)方便而且也是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。通過(guò)理論的分析和實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了智能水管防凍的節(jié)水節(jié)電裝置，主要針對(duì)農(nóng)村家庭小戶(hù)不在擔(dān)心冬季用水難的問(wèn)題。1.2意義本裝置解決了以往管道內(nèi)加電熱帶防凍那種極大浪費(fèi)資源的現(xiàn)象和冬季農(nóng)村家庭用戶(hù)不在為吃水難而困擾的問(wèn)題。也解決了冬季水管一旦結(jié)冰，家庭小戶(hù)用熱水融化，用火烤等等的不便措施以及安全隱患。同時(shí)也解決了夏

5、季農(nóng)村一旦緊急停電，水泵停止工作無(wú)水吃的困擾，提高的水電資源的利用，使資源利用更大化，智能的裝置也讓用戶(hù)方便無(wú)憂。2 關(guān)于設(shè)計(jì)方案以及工作原理2.1 設(shè)計(jì)組成部分此作品的設(shè)計(jì)方案主要是由市面上的 51 單片機(jī)、四個(gè)電磁閥、DS18B20 溫度傳感器、12864 液晶、集，水汽交換箱等零件組成的。2.2 系統(tǒng)電路及其工作原理。（圖圖 3）見(jiàn)智能防凍水管系統(tǒng)工作原理圖 1，智能防凍水管裝置電路圖 2，實(shí)物圖 1 智能防凍水管系統(tǒng)工作原理【1】管道處于暢通狀態(tài)下家用室內(nèi)出水口 10，和室外出水口 11 供日常用水，出水口 9 為緊急出水口（電磁閥 1 處于常閉狀態(tài)，電磁閥 6 處于常開(kāi)狀態(tài)）同時(shí)由溫

6、度傳感器 12 檢測(cè)管道水內(nèi)溫度，并且把讀出的溫度顯示至 12864 液晶屏幕上，單片機(jī)檢測(cè)溫度的高低以便控制電磁閥的閉合控制管內(nèi)的水是否排空防凍?！?】當(dāng)溫度傳感器 12 檢測(cè)到溫度低于設(shè)定溫度 0 攝氏度時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)的溫度信號(hào)控制電磁閥 6 閉合，電磁閥 1 打開(kāi)（電磁閥 1,4 處于常閉狀態(tài)）。水由1 口進(jìn)入水氣交換箱，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)候氣壓閥 2 打開(kāi)，電磁閥 1，6 關(guān)閉，電磁閥 5 打開(kāi)，氣體由氣壓閥 2 進(jìn)入管道進(jìn)行排空，管道內(nèi)的水排入室內(nèi)集?！?】當(dāng)水氣交換箱 13 內(nèi)氣壓小于設(shè)定值時(shí)，電磁閥 3，4 打開(kāi)將水（排氣孔 8 一直處于開(kāi)啟狀態(tài)）。至集【4】當(dāng)集9 室內(nèi)使用。

7、14 內(nèi)浮球開(kāi)關(guān) 15 檢測(cè)到水位時(shí)，電磁閥 6 關(guān)閉，應(yīng)急出水口圖 2智能水管防凍裝置電路原理圖圖 3 智能防凍水管裝置實(shí)物圖2.3 電磁繼電器自動(dòng)控制電磁閥該系統(tǒng)采用常開(kāi)型電磁繼電器和常閉型電磁閥。通過(guò) PNP 型三極管將電磁繼電器與 AT89S52 單片機(jī)的 P3 口相連，電磁閥與 12V 直流電壓采用并聯(lián)方式連接，電磁閥與電磁繼電器采用串聯(lián)方式連接。通過(guò)控制繼電器的打開(kāi)與閉合，來(lái)控制單一并聯(lián)電路的斷開(kāi)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不磁閥的控制。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到相應(yīng)水位的變化時(shí)，通過(guò)單片機(jī)賦給 P3 口相應(yīng)的高低電平來(lái)控制各并聯(lián)支路的斷開(kāi)和閉合，從而達(dá)到控制系統(tǒng)中各個(gè)電磁閥的來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉來(lái)控制水管的。2

8、.4 電路的復(fù)位電路中設(shè)有復(fù)位按鈕，當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，程序跑飛時(shí)，系統(tǒng)不能按照原來(lái)的程序運(yùn)行時(shí)，按一下復(fù)位按鍵電路中的程序就會(huì)回到最初的狀態(tài)，保證程序的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題以及解決的辦法考慮到的問(wèn)題（1）管道內(nèi)排空時(shí)的壓強(qiáng)必須在水管、電磁閥、的承受范圍之內(nèi)。（2）集的體積必須大于管道內(nèi)儲(chǔ)水的體積。電磁閥發(fā)熱問(wèn)題，由于電流比較大，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)有發(fā)熱，所以要考慮降溫問(wèn)題。講操作盒放置干燥地方以防短路等問(wèn)題3.2 解決的方法正常工作的電流、電壓及功率在實(shí)驗(yàn)的階段，由于電流過(guò)大會(huì)造成許多問(wèn)題，比如閥門(mén)失去控制；元器件發(fā)熱；燒壞、元器件；電路不能正常工作等等。通過(guò)查閱資料，更換元器件，調(diào)試程序，

9、改動(dòng)硬件設(shè)計(jì)，使用過(guò)流保護(hù)電路等方法來(lái)解決這些問(wèn)題。管道不要用劣質(zhì)產(chǎn)品，安裝時(shí)不要出現(xiàn)松動(dòng)漏氣。閥門(mén)的反應(yīng)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于閥門(mén)有一定的反應(yīng)時(shí)間，理論上可以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用時(shí)總是不能與之吻合，于是通過(guò)不斷地調(diào)試程序,如用定時(shí)器，調(diào)整延時(shí)等；改動(dòng)硬件，比如改用繼電器控制等方法來(lái)解決閥門(mén)的反應(yīng)時(shí)間問(wèn)題。電器元件發(fā)熱的問(wèn)題：通過(guò)減小電流，串接電阻，同時(shí)對(duì)容易發(fā)熱的三極管改用場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)解決這一問(wèn)題。測(cè)量精確度：在用 DS18B20 測(cè)量水溫時(shí)， DS18B20 測(cè)量的數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)存在誤差。對(duì)此，通過(guò)修改來(lái)彌補(bǔ)誤差的產(chǎn)生。節(jié)能分析成本預(yù)算（見(jiàn)下表 1）表 1零部件價(jià)格參考表器件名稱(chēng)器件型號(hào)參

10、考價(jià)格/元性能指標(biāo)AT89s52單片機(jī)工作電壓 DC5V5液體電磁閥2W025-08工作電壓 DC12V口徑 4 分 工作溫度：-510022工作壓強(qiáng)：0kgf/cm310kgf/cm3CVPC 0602氣壓閥工作壓力（0990kpa）18溫度傳感器DS18 B20工作電壓 DC5V測(cè)溫范圍:-551251312864液晶工作電壓 DC5V藍(lán)色背光 工作溫度：-208033水氣交換箱/玻璃30浮球開(kāi)關(guān)P50工作電壓 DC5V5氣體電磁閥2W16015工作電壓 DC12V工作溫度：-5100工作壓強(qiáng)：380kgf/cm310kgf/cm3集/玻璃20該配套裝置僅用 12V 的電壓即可使所有部件正

11、常工作。該配套裝置所選用的 51 單片機(jī)、12864 液晶、DS18B20 溫度傳感器、電磁閥，氣壓閥均為市面上常見(jiàn)且性?xún)r(jià)比很高的產(chǎn)品。使用這些產(chǎn)品所組成的裝置既節(jié)約資源又能達(dá)到節(jié)能減排的目的。此裝置成本僅需 200 元左右，效率高，見(jiàn)效快。另外，此設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)便易學(xué)，更容易被廣大家庭用戶(hù)所接受和認(rèn)可。4.2 實(shí)用分析安裝此裝置，經(jīng)濟(jì)分析200 元便可以解決水管在冬季生存艱難的現(xiàn)狀，智能的設(shè)備不僅可以解決水管爆裂的材料浪費(fèi)，而且間接節(jié)約了大量水資源，方便了用戶(hù)，有效以解冬季居民用水難的燃眉之急。投入安裝使用，用戶(hù)基本不需要進(jìn)行，最多隔幾年在充氣裝置損壞時(shí)候進(jìn)行維修就行了。而且運(yùn)行費(fèi)用低，冬

12、季氣溫低于某一設(shè)定值時(shí)候，管內(nèi)水量氣壓進(jìn)室內(nèi)集創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)，以供緊急使用。（1）此裝置打破了以往水管被的方便實(shí)用性。，電熱帶解凍的傳統(tǒng)方案，大大提高用戶(hù)集智能于一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)易操作，方便無(wú)憂人性化。智能排空管道，不僅防凍，而且也節(jié)約管道內(nèi)的水，而且也解決了平時(shí)生活中的緊急用水。5.2 推廣及應(yīng)用（1）據(jù)泵水管統(tǒng)計(jì)有下圖表 1 和圖 2 為我國(guó)鄉(xiāng)村居民家庭由“壓井”演變成“水”。逐步取代以前的“壓井”取水方法。下面是根據(jù)得出的近年來(lái)農(nóng)村家用水管的數(shù)量變化。年份農(nóng)村家用水管所占百分比年份農(nóng)村家用水管所占百分比51020012002200315200420：7075201020118085

13、20122013該水管防凍裝置還適用于各種農(nóng)用家居小戶(hù)，使水管的層出不窮的防凍措施終于告一段落，更加簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、節(jié)能的裝置，智能化控制的特點(diǎn)更便于廣大居民使用，具有很好的市場(chǎng)前景和極強(qiáng)的推廣價(jià)值。節(jié)省平常冬季電熱帶除凍的高昂費(fèi)用，冬季室內(nèi)管道可以不保溫或者只采取簡(jiǎn)單的保護(hù)措施，室內(nèi)室外溫差相差甚大，室外水管不用水時(shí)上下充滿(mǎn)空氣也不會(huì)被凍，這樣不僅可以防止管道被凍壞的高昂季用水減免沒(méi)必要的擔(dān)心。該系統(tǒng)設(shè)備便于加工，安裝，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。6 結(jié)論，同時(shí)也讓用戶(hù)冬，成本低廉，易于此水管防凍設(shè)計(jì)采用智能設(shè)，家用室外防凍，智能的思路為節(jié)能而生，為廣大農(nóng)村居民方便而的裝置具有很大的市場(chǎng)潛力。該產(chǎn)品可有效緩解我國(guó)農(nóng)村管道防凍種種措施的浪費(fèi)的現(xiàn)狀，成本低廉，架構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)易操作，節(jié)水節(jié)電效果明顯，前景廣