我的节能减排冬季防冻水管系统

1、目录作品内容简介1背景及其意义11.1背景11.2意义22 关于设计方案以及工作原理22.1 设计组成部分22.2 系统电路及其工作原理42.3 电磁继电器自动控制电磁阀62.4 电路的复位53 设计考虑的问题以及解决的办法53.1 考虑的问题53.2 解决的方法54 节能分析64.1 成本预算74.2 实用分析65 创新点及应用65.1 创新点75.2 推广及其应用76 结论7参考文献7冬季智能水管防冻节水节电装置设计者:段宽指导老师：（理工大学科技学院焦作 454000）摘要：通过可知冬至过后，气温骤降，滴水成冰，、家庭普遍存在水管频发爆裂，许多居民采用细水长流或采用大功率电热带等等这些使

2、得严重浪费水资源、电资源。针对这一问题而采取了冬季智能排空管道收集水的节电节能装置，该装置的使用可以很好地解决水管冻裂、用水难等一系列的问题，此装置设计简单，实用，在原有水管布局基础上加以改装，成本低廉，具有很强的市场推广应用价值。：智能管道防冻节水节电方便 实用价值作品内容简介冬季智能水管防冻节水节电装置是以解决以往防冻水管采取的细水长流，大功率电热带或水管冻裂后未及时修理而造成大量水资源的电资源浪费为主要目的。此作品主要是由市面上的 51 单片机、四个电磁阀、DS18B20 温度传感器、12864 液晶、集理图 1）。等零件组成的（看冬季智能水管防冻节水节电装置原此装置集水气交换箱和集于一

3、体，水气交换箱由进水排气，集是用来收集水管中的置留的水。通过 AT89S52 控制电磁阀以及排空阀的开关以及适时控制集水位，通过水气交换箱和几个电磁阀来完成水管水流和空气交换达到水管排空并收集管内的水源为的目的。该系统成熟稳定，防冻节水节电效果显著，对水管冰冻吃水难用水难的家庭无疑是雪中送炭。联系人：段宽：EMALL：1背景及其意义1.1背景水是生命之源，供水管道是家庭和企业最基础的设施，随着人口的不断增长和经济的迅猛发展，不管家庭企还是业种种原因造成不同情况，现在常用水管防冻措施存在很多缺陷。如：一，以往水管防冻是在水管内部加大功率电热带，这样直接导致大量电资源浪费。二，冬季气温骤降，室外水

4、管一旦冻裂，一般不会得到及时修理，大量的水资源严重浪费至少也在几百元。三，冬季居民普遍反映用水难，水管效果甚微，一旦管道被冻，左邻右舍借水用水非常麻烦。况且用热水融化，用火烤等等许多不便以及安全隐患也都油然而生。由此可见，水电资源利用最大化不仅给予用户方便而且也是促进国民经济发展的必然选择。通过理论的分析和实验，设计出了智能水管防冻的节水节电装置，主要针对农村家庭小户不在担心冬季用水难的问题。1.2意义本装置解决了以往管道内加电热带防冻那种极大浪费资源的现象和冬季农村家庭用户不在为吃水难而困扰的问题。也解决了冬季水管一旦结冰，家庭小户用热水融化，用火烤等等的不便措施以及安全隐患。同时也解决了夏

5、季农村一旦紧急停电，水泵停止工作无水吃的困扰，提高的水电资源的利用，使资源利用更大化，智能的装置也让用户方便无忧。2 关于设计方案以及工作原理2.1 设计组成部分此作品的设计方案主要是由市面上的 51 单片机、四个电磁阀、DS18B20 温度传感器、12864 液晶、集，水汽交换箱等零件组成的。2.2 系统电路及其工作原理。（图图 3）见智能防冻水管系统工作原理图 1，智能防冻水管装置电路图 2，实物图 1 智能防冻水管系统工作原理【1】管道处于畅通状态下家用室内出水口 10，和室外出水口 11 供日常用水，出水口 9 为紧急出水口（电磁阀 1 处于常闭状态，电磁阀 6 处于常开状态）同时由温

6、度传感器 12 检测管道水内温度，并且把读出的温度显示至 12864 液晶屏幕上，单片机检测温度的高低以便控制电磁阀的闭合控制管内的水是否排空防冻。【2】当温度传感器 12 检测到温度低于设定温度 0 摄氏度时，单片机检测的温度信号控制电磁阀 6 闭合，电磁阀 1 打开（电磁阀 1,4 处于常闭状态）。水由1 口进入水气交换箱，当压力达到一定程度时候气压阀 2 打开，电磁阀 1，6 关闭，电磁阀 5 打开，气体由气压阀 2 进入管道进行排空，管道内的水排入室内集。【3】当水气交换箱 13 内气压小于设定值时，电磁阀 3，4 打开将水（排气孔 8 一直处于开启状态）。至集【4】当集9 室内使用。

7、14 内浮球开关 15 检测到水位时，电磁阀 6 关闭，应急出水口图 2智能水管防冻装置电路原理图图 3 智能防冻水管装置实物图2.3 电磁继电器自动控制电磁阀该系统采用常开型电磁继电器和常闭型电磁阀。通过 PNP 型三极管将电磁继电器与 AT89S52 单片机的 P3 口相连，电磁阀与 12V 直流电压采用并联方式连接，电磁阀与电磁继电器采用串联方式连接。通过控制继电器的打开与闭合，来控制单一并联电路的断开导通，从而实现对不磁阀的控制。当单片机检测到相应水位的变化时，通过单片机赋给 P3 口相应的高低电平来控制各并联支路的断开和闭合，从而达到控制系统中各个电磁阀的来打开或关闭来控制水管的。2

8、.4 电路的复位电路中设有复位按钮，当运行过程中出现问题，程序跑飞时，系统不能按照原来的程序运行时，按一下复位按键电路中的程序就会回到最初的状态，保证程序的正常运行。设计考虑的问题以及解决的办法考虑到的问题（1）管道内排空时的压强必须在水管、电磁阀、的承受范围之内。（2）集的体积必须大于管道内储水的体积。电磁阀发热问题，由于电流比较大，时间一长就会有发热，所以要考虑降温问题。讲操作盒放置干燥地方以防短路等问题3.2 解决的方法正常工作的电流、电压及功率在实验的阶段，由于电流过大会造成许多问题，比如阀门失去控制；元器件发热；烧坏、元器件；电路不能正常工作等等。通过查阅资料，更换元器件，调试程序，

9、改动硬件设计，使用过流保护电路等方法来解决这些问题。管道不要用劣质产品，安装时不要出现松动漏气。阀门的反应时间：实验时，由于阀门有一定的反应时间，理论上可以实现的问题在实际应用时总是不能与之吻合，于是通过不断地调试程序,如用定时器，调整延时等；改动硬件，比如改用继电器控制等方法来解决阀门的反应时间问题。电器元件发热的问题：通过减小电流，串接电阻，同时对容易发热的三极管改用场效应管来解决这一问题。测量精确度：在用 DS18B20 测量水温时， DS18B20 测量的数据和实际测量的数据存在误差。对此，通过修改来弥补误差的产生。节能分析成本预算（见下表 1）表 1零部件价格参考表器件名称器件型号参

10、考价格/元性能指标AT89s52单片机工作电压 DC5V5液体电磁阀2W025-08工作电压 DC12V口径 4 分 工作温度：-510022工作压强：0kgf/cm310kgf/cm3CVPC 0602气压阀工作压力（0990kpa）18温度传感器DS18 B20工作电压 DC5V测温范围:-551251312864液晶工作电压 DC5V蓝色背光 工作温度：-208033水气交换箱/玻璃30浮球开关P50工作电压 DC5V5气体电磁阀2W16015工作电压 DC12V工作温度：-5100工作压强：380kgf/cm310kgf/cm3集/玻璃20该配套装置仅用 12V 的电压即可使所有部件正

11、常工作。该配套装置所选用的 51 单片机、12864 液晶、DS18B20 温度传感器、电磁阀，气压阀均为市面上常见且性价比很高的产品。使用这些产品所组成的装置既节约资源又能达到节能减排的目的。此装置成本仅需 200 元左右，效率高，见效快。另外，此设计操作简单，简便易学，更容易被广大家庭用户所接受和认可。4.2 实用分析安装此装置，经济分析200 元便可以解决水管在冬季生存艰难的现状，智能的设备不仅可以解决水管爆裂的材料浪费，而且间接节约了大量水资源，方便了用户，有效以解冬季居民用水难的燃眉之急。投入安装使用，用户基本不需要进行，最多隔几年在充气装置损坏时候进行维修就行了。而且运行费用低，冬

12、季气温低于某一设定值时候，管内水量气压进室内集创新点及应用创新点，以供紧急使用。（1）此装置打破了以往水管被的方便实用性。，电热带解冻的传统方案，大大提高用户集智能于一体，结构简单，简易操作，方便无忧人性化。智能排空管道，不仅防冻，而且也节约管道内的水，而且也解决了平时生活中的紧急用水。5.2 推广及应用（1）据泵水管统计有下图表 1 和图 2 为我国乡村居民家庭由“压井”演变成“水”。逐步取代以前的“压井”取水方法。下面是根据得出的近年来农村家用水管的数量变化。年份农村家用水管所占百分比年份农村家用水管所占百分比51020012002200315200420：7075201020118085

13、20122013该水管防冻装置还适用于各种农用家居小户，使水管的层出不穷的防冻措施终于告一段落，更加简便、稳定、节能的装置，智能化控制的特点更便于广大居民使用，具有很好的市场前景和极强的推广价值。节省平常冬季电热带除冻的高昂费用，冬季室内管道可以不保温或者只采取简单的保护措施，室内室外温差相差甚大，室外水管不用水时上下充满空气也不会被冻，这样不仅可以防止管道被冻坏的高昂季用水减免没必要的担心。该系统设备便于加工，安装，实现批量生产。6 结论，同时也让用户冬，成本低廉，易于此水管防冻设计采用智能设，家用室外防冻，智能的思路为节能而生，为广大农村居民方便而的装置具有很大的市场潜力。该产品可有效缓解我国农村管道防冻种种措施的浪费的现状，成本低廉，架构简单，简易操作，节水节电效果明显，前景广