自制雨水供水装置

　　利用房屋的落水管收集雨水并储存起来，用于卫生间的冲洗用水，是这个制作的目标。
　　
　　l.结构
　　
　　整个装置的结构如图44(若用于菜同浇水，则只需修建水池及安装水泵，结构简单得多)。屋顶的雨水经PVC落水管引入地面排水沟，为了利用雨水，需作以下改造：
　　
　　在离地面约Im的位置锯断落水管，用相同口径的弯头、直管与落水管上端连接，将雨水经过滤器引入水箱。
　　
　　从水箱溢水口接管道至落水管下端连接．将多余雨水排人排水沟。
　　
　　贴墙竖立一段PVC管作为雨水的升压装置．将水箱中的雨水用泵注入管中，利用管中水柱高产生水压。
　　
　　从升压管底部接水管至马桶水箱，完成冲洗用水的供给。
　　
　　在水箱和升压管中分别设置水位传感器，两者的电路构成“或”的关系，以控制水泵的工作。在马桶原自来水供水管路中插入电磁阀，在有雨水供应时自动断开自来水。
　　
　　整个供水装置的电气控制由PlC单片机控制。
　　
　　2．储水箱的容积设定
　　
　　水箱的容积与当地的降雨量，两次降雨的间隔时间及家庭用水量相关。
　　
　　我国南方（如广东省）的年降雨量能够达到2000mm，平均日降雨量约5.5mm。而5.5mm的降雨量在1OOmm2的屋顶上可收集到550l(升)雨水。通常，在日降雨量超过4mm时，雨水的利用率最高，与用水量的大小无关。虽然大的容积可以提高雨水的利用率．但容积超过一定量后，利用率的提高很有限。因此最适度的水箱容积是能储存5天~8天的雨量，以上述日降雨量及屋顶面积，约需2m3—3m3的容积。据统计，家庭用水中马桶冲洗水占28%．平均每人每天约70l。如果水箱储存的水不够，则由自来水补充。
　　
　　以现在的房屋考虑，用谷歌地球(CoogleEarth)测量屋顶接水面积约35m2。以两人每日冲洗用水量1401计，每日平均雨量为1401÷35m2=4mm。水箱容积取8751，每年可有60%的雨水利用率。
　　
　　3．储水箱的选择
　　
　　水箱应为不能透过大阳光的材料，以免产生水藻。由于安装空间的限制，只有选用4001的容器，这样雨水的利用率仅为40%。
　　
　　房屋共有3根落水管，只利用了一根蓄水，另一根从顶部封闭不用，还有一根则因其流水而未加利用。估计有效接水面积约20m2。
　　
　　4．净化装置
　　
　　因落水中含有泥砂等杂质，设置了如下图所示那样一段垂直PVC管，其中填充碎石和砂，水经过之后得以净化。

　　5．升压装置
　　
　　为使雨水有一定压力，简单的方法是建小水塔，但因地形限制及从安全考虑，采用了更简单的方法。
　　
　　靠墙安装一根高5.5m的PVC管．用水泵将水箱中的水抽至管中、管中可装水43kg，利用水的重力，可得到0.5kg/cm2的水压，已能达到冲洗要求。
　　
　　水管顶部靠墙固定，固定金具的横向拉力可达25kgf，能够承受横向加速度达lg的强震。
　　
　　6．加压泵的选择
　　
　　因是间隙抽水，对流量无要求，选用最大扬程lOm的小型水泵就能满足要求。
　　
　　7．电气控制
　　
　　需要控制的是水泵、自来水补充电磁阀的驱动、水量传感器、存水量测定及记录装置（以记录两年降雨量为目的）、工作状态液晶显示等。此外，若检测到工作异常，即关断水泵电源。
　　
　　控制电路见下图。液晶显示选用16字符x2行的显示模块。
　　
　　降水量数据利用RS-232收发模块ADM3202从单片机传输给计算机，因I/O口数量不够，输入、输出兼用，由程序切换。
　　
　　水泵及自来水补充电磁阀的驱动采用双向可控硅，另设一个5v继电器，用于输出端口备用，它们的控制信号由与非门电路从PIC单片机的输出端取m。
　　
　　256kBE2PROM存储器24LC256通过IIC总线用来保存每小时储水量及水的导电率(可保存两年数据）。

　　8．水位传感器
　　
　　利用检测水的导电率来测定水位，两个检测电极分别安装在水箱和升压管中。利用按键开关SW1和SW2．可通过显示屏切换控制状态、显示内容及控制参数的变更。5v电源可由市售交流适配器提供，但适配器输出的5v一定要与交流电源线绝缘，因为电极要插入水中，必须防止水带电。电极可用φ0.9mm铜导线，表面镀锡以防腐蚀。
　　
　　导电电阻可由下式计算：

　　式中：a为电极直径，d为两平行电极间距离，L为电极长度，R为两电极间电阻，o为介质（水）的导电率。
　　
　　水位传感器由三根电极构成，相互间距lcm;其中一根电极长5cm，放置水箱底部，另两根长80cm，垂吊在水箱中f其中一根与5cm电极共用)。根据这两组电极间的电阻的比例即可测定水位。升压管中的电极，长的两根为200cm。
　　
　　9．单片机程序
　　
　　程序框图如下图。

　　
　　平行导体间电阻．是利用测定通过这个电阻使电容器(C4、C5)充放电的时间来测定，这由单片机内部的比较器和定时器来完成。南于J1和J2两套电极电路完全相同，故以其中Jl加以说明。
　　
　　电极回路的两个二极管极性相反，因而电阻不同，这样可减少传感器和控制电路间电缆的导线数．还可减少占用单片机的I/O接口数。
　　
　　当Jl端子(2)的电压从Ov变化至5v，电容c5经电极C和电极2间电阻Rw2开始充电，根据单片机RA2端的比较设定，测定电压从2.083V上升到2.813V所用时间Ts。
　　
　　在C5上电压超过2.813V时，端子(2)电压变成ov，电容经电极C和电极1间电阻RW2放电，测定电压从2.813V下降到2.083V时所用时间te。
　　
　　设二极管通过的电流为ImA时，其正向压降为0.7V。
　　
　　在电压上升时．电容上电压

　　式中C，为电容的静电容量。

　　设电容电压为Vco时电压开始下降。则

　　由于二极管的电流在ImA左右，且电压的变化范围大(2.083V~2.813V)，故误差小，这种情况下可采用下式计算：

　　(6)、(7)两式的系数略有不同，会造成程序的复杂化，可以取为相同值，且(4)、(5)两式中的1ooΩ．在水位测定时可忽略不计，因此可直接把ts/te视为水位。
　　
　　上述lOOΩ(R9)，是因为与液晶显示的Rs端共用．为防电极导线感应高电压损坏液晶模块和单片机才加入的。