基于水量感應器原理的新型水龍頭結構設計及原理研究

摘 要：結合傳感器技術原理，利用水流量傳感器裝置，通過對比已有水流量傳感器優缺點，選擇合適的傳感器，研究并設計一種具有節能、自閉、定量出水的水龍頭。該水龍頭實現了水流量的監控與信息傳送功能，能夠根據人們自身的需求，自動停水關閉，對日益緊張的水資源起到了節約具有重要意義。

關鍵詞：新型水龍頭；結構設計；原理

在人們生活中水龍頭使用極其普遍，其對于保護水資源，提高人們生活質量起著非常關鍵的作用，所以對于水龍頭，特別是節水水龍頭的研究一直都比較熱門，目前國內外對其研究主要集中在以下幾個方面：（1）基于流體力學原理的停水自閉水龍頭；（2）基于紅外線感應原理的自動感應水龍頭；（3）基于杠桿液壓原理的自動開關水龍頭；（4）基于電磁閥原理的磁控自動水龍頭。

目前已有的節能定量自閉水龍頭主要是利用機械工程原理，在閥體上下功夫。或通過齒輪嚙合、回旋轉裝置自動實現關閉水龍頭功能，或利用活塞彈簧裝置根據水壓的大小控制水龍頭開合，而當前一種技術含量較高，通過紅外線反射原理控制水龍頭出水的產品在市場上已經投入使用。但前面三種水龍頭的設計都不具備自動定量出液的功能。基于此，我們這次設計的水龍頭將研究方向重點放在了定量出液自閉的功能上，在網頁上搜索，目前極少有這樣的設計方案，其中有一種是將水龍頭體、閥桿杠桿（或液壓原理或電磁閥）和定量容器組成在一起，利用閥球彈力裝置實現該功能，該方法成本不高，但是其可靠性還有待提高。另一種是把注射器原理運用到了水龍頭設計中來，使用自來水要拉動水龍頭上的注射器泵，多少高度對應釋放的水量。通過拉動手柄高低來選擇你想用多少水。這設計頗具創新，但是由于注射器容量有限，且用刻度線進行定量不太方便簡潔，我們這次設計將在這方面進行改進。

基于我們對生活細節的觀察與思考，其模型與功能設想都極具創造性與實用性。而且將水流量傳感器應用于水龍頭裝置也是別具匠心的。如果我們設計的產品能達到既定功能，人們將不再需要使用量水器具進行準確取水，不再需要擔心忘關水龍頭帶來的后果，能大大方便人們的生活，更為重要的是，它的設計還對日益緊張的水資源起到了節約的功能。

文章設計并研制基于水流量感應器原理的檔位可調節自閉水龍頭。具有停水自閉功能，能夠根據人們自身的需求，旋轉表盤旋鈕，方便快速的進行用水量的設置，當達到所設值，水龍頭將自動關閉。

通過項目設計產品的研發與推廣應用，實現節約水資源和方便人們生活的目的。本項目設計產品具有智能、省心、節水等特點，人們不僅可以輕松定位用水量，方便計量，還能在接水過程中，放心離去，既省心，又節約水資源。

1 新型水龍頭結構設計

1.1 水流量傳感器的設計與選定

水流量傳感器裝置目前在家用熱水器上已經實現了水流量的監控與信息傳送功能，但是如何在空間相對小的水龍頭里實現水流體計量是我們研究的重點。

結合傳感器技術課程，對比已有水流量傳感器優缺點，選擇合適的傳感器；研究傳感器在水龍頭里面的安裝方法和位置，完成傳感器安裝。

1.2 手動旋轉式水量開關表盤設計與安裝

該表盤上設有各種不同規格刻度，利用齒輪、彈簧、凸輪等，結合杠桿原理，即可設計出一個表盤，表內彈簧存儲的勢能為一個輸入信號。設計、選定并安裝表盤。

1.3 控制反饋系統的設計

定量出水的水龍頭其實是一個反饋裝置。流量計負責監控水流量，當水龍頭流過的水量到達手動設置的值時，控制反饋系統控制水龍頭執行自動關閉功能。

實現該功能擬借助單片機及閥球彈力裝置等來實現。該部分選擇合適的單片機和電路模式，對數據存儲、信號轉換等進行編程，構建控制運算模塊，實現自動關閉功能。

2 新型水龍頭結構設計方案

（1）研究過程設計及前期準備：查閱文獻，設計研制方案，確定研究對象和步驟；

（2）水龍頭主體設計：通過CAD模擬制圖，將水龍頭主體三維模型繪制出來；

（3）水流量傳感器的安裝與調試：結合水龍頭的形狀、尺寸大小及工作特性，對已有的傳感器如熱水器水流量傳感器進行改裝調整，還可以參考家用水表流量計原理，進一步優化。同時對比機械傳動原理，擇優選定；

（4）手動旋轉式水量開關表盤安裝與調試：咨詢相關老師或技術人員，對市面上已有表盤進行實地考察調研，基于表盤須與傳感器進行對接，所以還需對購置的表盤進行改造升級；

（5）節能定量自閉水龍頭的安裝工作：將傳感器、表盤等裝入水龍頭主體；

（6）對產品的試驗與改造：看其能否實現預定功能，并對其穩定性實用性進行評估進一步改造，如圖1所示。

圖1 結構設計方案

3 新型水龍頭結構設計關鍵問題

現在需要解決的最突出的問題是：控制反饋系統的設計，即如何將表盤設定值作為發出信號傳到水流量傳感器上，當到達指定水流量上限，水流量傳感器如何將該信號傳出，使水龍頭開關自動實現關閉功能，表盤清零。

4 結束語

通過文章研究，掌握了水龍頭主體構造和其工作原理，用CAD設計出了模型。利用水流量傳感器、表盤控制器的理論知識，結合水龍工作特性，對比其優缺點，選擇最佳組合方案，研制了一種新型水龍頭。該水龍頭實現了水流量的監控與信息傳送功能，能夠根據人們自身的需求，自動停水關閉，對日益緊張的水資源起到了節約具有重要意義。

參考文獻

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