在节约用水的大环境下，水资源的本身不足和水源的污染已成为我国国民经济发展的一个制约因素。目前国内市面上已经存在的节水设备存在成本高，种类杂等问题。本文初步提出了更为简便、实用、可操作性强的家庭智能节水系统的初步构想，通过简单的设备组装，实现了分析水质、中水回流等多重功能。产品操作方便，性价比高，能够达到较好的节水目的，可实现节能减排的效果。1系统介绍1.1系统布局简介家庭智能节水系统是一款实用经济型节水系统，由一套智能操作系统及其控制下的传感器、过滤器以及储水和抽水装置构成。安装时，在楼房主体完工后或者在铺设地基前，将中水回流系统安装至卫生间地板上或者地基位置。其中，水质监测以及分流示意图、中水回流主要管道设计如图1、图2所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.02.054.F001图1水质监测以及分流图10.3969/j.issn.2096-1936.2021.02.054.F002图2中水回流主要管道设计示意图由图可知，中水回用装置的工作原理，由热水器出来的冷水或日常的生活用水，通过洗手池的排水管道经过感应器A装置，排水管道分为两支，分别带有开关K1和K2，经过A传感器的水质监测：如果是不符合标准的水，K2自动闭合，水会流入下水道；如果符合标准，K1闭合，水通过与K2相连的管道流入埋于地下的贮水箱。贮水箱配备水泵和水位监测传感器B，为马桶水箱提供用水，当贮水箱的水满时，A装置K2开关自动闭合停止储水，其余时刻K2处于自动打开，自动持续的储水；储水箱的水位在水泵吃水线上时，马桶水箱处的进水管道处的开关K3闭合；马桶水箱处的水位监测装置C监测到水箱水位不足时自动抽水，贮水箱的水位下降到水泵吃水线下时，马桶与自来水的水管通路K3将自动打开，使马桶水箱随时有水可用。1.2系统设计该系统是利用PLC设计的一个家庭用节水系统，相当于简单的中水处理系统，能收集生活中洗衣机或浴缸排放的达标的清洁水进行二次利用。该系统的主要设备包括传感器、过滤器、泵、电磁阀、推杆、按钮、阀。软件部分为：PLC和组态。家庭智能节水系统能够实现控制水流、分析水质、中水回流等，是一款能够做到全自动的水质检测→分流→回收→利用的系统。1.3PLC简介PLC是专为工业环境应用所设计的一种数字运算操作的电子系统，其内部储存程序主要依赖于可编程的储存器，可以进行逻辑运算，实现顺序控制、定时、计数以及计算操作等一系列面向用户的指令，并且可以通过数字或模拟式输入/输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是整个控制系统中的核心，应完成多系统中所有输入号的采集、所有输出单元的控制以及对外的数据交换[1]。鉴于PLC的高执行效率、较大的储存空间、模块可扩展以及编程简单，PLC在该家庭智能节水系统中可以实现光电传感器的判断、液位传感器的判断、定时水刷等功能。2产品设计2.1硬件设计2.1.1光电传感器简介光电传感器由光电元件、光源以及光学通路三个部分构成，是一以光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器把光信号转化为电信号的功能，可以实现家庭智能节水系统中出水混浊程度的分辨，为后面的操作提供依据。2.1.2过滤器过滤器通常用于输送介质管道上，可以阻挡流体介质中的杂质。当流体进过滤器时，其杂质被拦截在滤网上，无杂质的水可以从过滤器的出口流出，当过滤器需要清洗时，将可拆卸的滤筒取出，处理口重新装入即可，便于维护。2.1.3泵水泵是用来运送液体的工具。本项目通过泵将经分辨和过滤后的水送到储存水箱中。2.1.4电磁阀简介电磁阀经常作为执行器广泛应用于自动化控制系统的工业过程，能够根据电控信号自动开启或者关闭阀门，可以实现对家庭智能节水系统管道中的流体介质实施通断控制，达到控制系统温度、流量、压力等参数的目的。电磁阀可以配合不同的电路实现预期的控制，控制的精度和灵活性都能够保证。2.2软件设计（1）PLC是控制整个家庭智能节水系统中的关键，可以实现采集系统中的输入信号，控制输出单元和交换外部数据等功能。在选择PLC时，应考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通信接口及协议、带扩展模块的能力及编程软件的方便与否等多方面的因素[2]。该家庭节水项目中，应用PLC来实现光电传感器的判断、液位传感器的判断等功能。（2）组态软件又称为组态监控系统软件，是指数据采集与过程控制的专用软件，也是指在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。这些软件实际上也是一种通过灵活的组态方式，为用户提供快速构建自动控制系统监控功能和通用层次的软件工具。3产品原理3.1光电传感器的原理及应用光电传感器作为一种检测装置，由于其具有精度高、反应快、非接触、可测参数多等优点，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小，已经获得了广泛的应用。光电传感器是一种小型电子设备，可以检测其接收的光强的变化[3]。光电传感器在家庭智能节水系统中可以通过识别光照强度的变化，反映检系统出水的清洁程度，以便达到中水回用的目的。3.2液位传感器及其工作原理液位传感器是一种液位的压力传感器，利用了液位静压与液体的深度成比例的原理。其中，液位计（静压投入式液位变松器）使用了国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，可以将静压转化为电信号。通过补偿温度和修正线性等方式，可以将一般电信号转化成标准电信号。所测量的液位静压与该液体的深度成比例的原理为静压测量原理：当液位变送器投入被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式如下：P=ρ⋅g⋅H+PO （1）式中：P——变送器迎液面所受压力；ρ——被测液体密度；H——变送器投入液体的深度；g——当地重力加速度；PO——液面上大气压。3.3电磁阀的工作原理电磁阀里设有密闭的腔，通孔位于腔的不同位置与电磁阀当中的油管相连通，腔的中间称为阀体，由两块电磁铁围绕在其两面。当电磁阀表面的电磁铁的磁铁线圈通电时，阀体会移动，可以通过控制阀体的移动遮挡腔体上的排油的通孔。由于进油孔是常开的，液压油会沿着不同位置处的通孔进入对应的各个的排油管里面，再通过油的压力推动油缸的活塞，带动活塞杆，进而利用活塞杆带动机械装置的运动，整个机械运动变通过控制电磁铁的电流通断得到控制。利用这种原理，家庭智能节水系统可以通过控制电磁铁电流通断，实现系统操作达到机械运动的功能。4蓄水箱工艺蓄水箱（中水收集储存模块）主要分为家庭侧卫用和公共场所储水两类。两类蓄水箱材质均选用聚乙烯PE再生料，其抗压强度通常为0.12~0.55 N/m2。该中水收集储存模块满足家庭厕卫节省空间和节水效果好的需求，又满足公共场所对于储水箱整体性好、储水率高、施工简单和超强承压的要求。综合来说，该类型蓄水箱适用于家庭厕卫的中水回用以及公共场所储存和使用中水。5水质判断检验水质时，主要以Ca、S、N三个元素的含量不同为主，水的浑浊度不同，运用光电传感器可在短时间内对水质进行判断、分流，对达标的中水进行回收利用。6节水性能预测智能节水系统的电磁阀具有减水压的功能，使用本产品后，家庭用水不再需要限时供水、管理浴室用水量。在出水方式上，同以往洗澡等用水量完全一样，但在中水循环系统中，水可循环利用，不会因停电而造成水费损失。家庭节水预测如表1所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.02.054.T001表1家庭节水预测表项目节水统计项目用水量统计每个家庭人数/人3每年每人用水量/m3160每天用热水频次/（次/人）6每年正常用水中可回收的净水量/（m3/人，按5%计）8热水器与出水口距离/m15使用热水前的回收水量/（m3/户）31热水管道直径/mm20每年回收洁净水量/（m3/户）24热水管贮水/L4.71总回收水量/m355以成都为例，预计成都使用此产品用户数量为550万户，其中有10%的实庭因新房装修，可能使用此产品。使用智能节水系统后人均用水量节约了40%以上，使用节水系统以后，人均节水量提高为77 m3/（人·年），则每年全市净节水量增加约为1 210 万m3，家庭用水量统计如表2所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.02.054.T002表2家庭用水量统计表项目用水量统计项目用水量统计每个家庭人数/人3洁具水箱体积/L10使用洁具水箱频次/（次/人）6卫生洁具使用/m365.7假定仅在成都市使用此节水系统的家庭数按每年3%的速率增长（暂定3%，工厂和公共场所暂时未考虑），则未来5年使用住户达647.78万户，节水量增加约14 251.44 万m3，即1.43 亿m3，足以提供成都市超过89万的住户的正常用水，占到了成都市人口的23%。从经济学角度来看，用此产品后增加的节水量带来的直接经济利益超过5.47亿元。由此可见，节水带来的经济利益十分可观，推动该智能节水器的使用切实可行。7结语智能节水系统的效益体现在节约水费，更多的是体现在水资源的合理利用及实现资源可持续发展等方面，是贯彻落实科学发展观、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。