PAGEPAGE14畢業論文題目：學生公寓節水系統設計學院：班級：姓名：指導教師：職稱：完成日期：年月日學生公寓節水系統設計摘要：中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1／4、美國的1／5，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠地區的地下水資源后，我國現實可利用的淡水資源量則更少，僅為11000億立方米左右，人均可利用水資源量約為900立方米，并且其分布極不均衡。到20世紀末，全國600多座城市中，已有400多個城市存在供水不足問題，其中比較嚴重的缺水城市達110個，全國城市缺水總量為60億立方米。我國水資源短缺、水污染嚴重、水土流失嚴重、水價嚴重偏低、水資源浪費嚴重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。高校的不斷擴大招生，無論是高校的數量還是高校學生的數量都在日益增加。高校的用水量日益增加，其節水節能問題不容忽視。本文介紹的學生公寓節水系統，主要采取三種比較有效的方式進行綜合，達到節水目的。其一為公寓給水量科學配置，其二為雨水、生活廢水收集再利用系統減少自來水使用量，其三為流量計費節水系統。通過這三種方式方法的綜合作用，來達到學生公寓節水的目的。關鍵詞：學生公寓；節水系統；設計與實現；設計發明Abstract：Chinaisacountrydroughtseriouswatershortage.Forfreshwaterresourcestotal2.8trillioncubicmeters,accountingfor6%ofglobalwaterresources,secondonlytoBrazil,RussiaandCanada,fourthintheworld,butonly2200cubicmeters,percapitaisonlyaquarteroftheworld'saverage,1/5oftheus,isoneofthepoorestcountriesintheglobal13percapitawaterresources.Deductionisdifficulttousethefloodrunoffandscatteredinremoteareasofgroundwaterresources,ourcountryrealityavailablefreshwaterresourcesisless,onlyabout1.1trillioncubicmeters,theuseablewaterresourcespercapitaisabout900cubicmeters,anditsdistributionisveryunequal.Bytheendofthe20thcentury,amongmorethan600citiesthroughoutthecountry,theexistingmorethan400cities,watershortageproblems,includingseriouswatershortagecityof110,thenationaltotalof6billioncubicmetersofwatershortagecity.Severewatershortage,waterpollution,soilerosionisseriousinChina,severewaterpriceislow,seriouswasteofwaterresources.Northandsouthwatermore,lesswater.Lesswaterinthewestandcoastalwater.Theenlargementofcollegerecruitstudents,bothinthenumberofcollegesanduniversitiesandthenumberofcollegestudentsingrowing.Theincreasingwaterconsumption,thewatersavingandenergysavingproblemthatnotsallowtoignore.Studentapartmentsofwater-savingsystemintroducedinthispaper,mainlytotakethreemoreeffectivewayofcomprehensive,purposeofwatersaving.Oneforapartmenttowaterscientificconfiguration,andtheotherthecollectionfortherain,thelifewastewaterrecyclesystemtoreducewaterusage,thethirdfortrafficpricingwatersavingsystem.Bythismethodisacombinationofthreeways,toachievethegoalofstudentapartmentsofwater-saving.Keywords：Studentsapartment;Watersystem;Thedesignandimplementation;Designoftheinvention目錄1引言 42節水系統設計思路 52.1合理設計宿舍給水流量 52.2雨水及水房廢水回收利用系統 52.3流量計費式節水系統 82.3.1系統設計 82.3.2使用效果調查 103節水系統設計結果和展望 114致謝 115參考文獻 131引言據監測，目前全國多數城市地下水受到一定程度的點狀和面狀污染，且有逐年加重的趨勢。日趨嚴重的水污染不僅降低了水體的使用功能，進一步加劇了水資源短缺的矛盾，對我國正在實施的可持續發展戰略帶來了嚴重影響，而且還嚴重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康。“中國是一個中度缺水的國家”，水利部水資源司司長吳季松說,這是從水資源對社會經濟發展的支撐能力上得出的判斷。據統計，我國目前缺水總量估計為400億立方米，每年受旱面積200萬~260萬平方千米，影響糧食產量150億~200億千克，影響工業產值2000多億元，全國還有7000萬人飲水困難。缺水對環境和人的身心健康都有著嚴重的影響。近年來，我國的教育事業得到了長足的發展，導致我國的學生數量呈大幅度的上升趨勢，這樣就導致我國大量興建學生宿舍。然而我國的學生公寓節水現狀就是長流水、長滴水。由于對學生進行節水要求，效果慢，不如節水系統被動強制性節水效果來的明顯，所以本文針對這一現狀進行節水系統設計，希望通過一些現有技術、科學分配、合理回流等方式來實現節水目的。2節水系統設計思路2.1合理設計宿舍給水流量在整體學生公寓節水系統設計過程中，首先要合理的進行設計宿舍給水流量，如果流量設計過大，會導致水壓過高影響給水線路；如果水壓過低，則會對部分學生的正常用水產生影響。本文依照《建筑給水排水設計規范》(GB50015-2003)規定如下公式進行設計：式中：為設計給水秒流量，L/s；為一個用水器具給水額定流量，L/s；為用水器具個數，個；b為用水器具同時給水百分數（給水百分數隨著用水器具個數增加而減少范圍為20%-100%）。2.2雨水及水房廢水回收利用系統雨水及水房廢水回收利用系統主要通過在宿舍樓樓頂設置雨水收集池，經過過濾之后進入儲水池。同時在每層宿舍的水房設置收集池，將學生洗衣、洗漱之后排出的廢水引入收集池，經過過濾之后引入蓄水池，并且將蓄水池與廁所水箱進行聯通，在廁所需要用水時使用回收水用以替代自來水達到節水的目的。在水槽中鋪上不銹鋼過濾網過濾雜物。在集水箱頂部裝有海綿用來過濾廢水中的污物。并且，在集水箱的一側設有沉降區。海綿中留下來的水先流到沉降區，再流到蓄水區。沉降區設置一個清理沉淀物的拉門，方便清理淤泥。為了降低原料成本和維護成本，本方案中的集水箱沒有設計消除廢水異味、異色的碳吸收劑、臭氧發生器等裝置。為了保證本項目的順利實施，針對廢水有異味、異色影響使用者情緒的問題，為了降低使用者的抵觸情緒，廁所潔具采用公知的封閉式的蹲便器、封閉式的坐便器和封閉式的小便器。附圖說明：圖1是高校宿舍節水系統示意圖。圖2是集水箱結構示意圖。圖1中：a)為主視圖，b)為俯視圖；1-出水管，2-集水箱，3-進水管，4-小便器，5-大便器，6-雨水箱。圖2中：1-水龍頭，2-不銹鋼過濾網，3-清理沉淀物拉門，4-海綿過濾帶，5-沉淀區，6-節水顯示屏，7-蓄水區，8-流量計。本高校宿舍節水系統利用宿舍樓樓頂的水箱收集雨水，在每層水房的水槽下面安裝集水箱收集洗漱、洗衣服用過的廢水。利用水管將收集的雨水、廢水引到下一層廁所沖洗蹲便器、坐便器、小便器。高校宿舍節水系統示意圖如圖1。樓頂雨水受污染程度不大，相對比較清潔。因此，樓頂上雨水箱[6]收集的雨水可以直接通過水管引到樓下廁所的小便器[4]和大便器[5]。水房水槽下面的集水箱[2]收集、存儲學生洗漱、洗衣服用水，對水進行凈化處理后通過出水管[1]、進水管[3]引到下層樓廁所的小便器[4]和大便器[5]。集水箱的結構示意圖如圖2。在水槽中鋪上不銹鋼過濾網[2]過濾雜物。在集水箱頂部裝有海綿[4]用來過濾廢水中的污物。并且，在集水箱的一側設有沉降區[5]。海綿[4]中留下來的水均先流到沉降區[5]，再流到蓄水區[7]。沉降區[5]設置一個清理沉淀物的拉門，方便清理淤泥。集水箱底側出水口裝有流量計[8]。流量計[8]的讀數經信號線纜輸入到單片機節水控制系統。單片機節水控制系統對數據進行處理輸出顯示在顯示屏[6]上。學生每次到水房用水時都能看到節水效果，提高了學生的節水意識。若安裝液晶顯示屏，則可以循環播放一些干旱地區的資料片及一些浪費現狀或者公益宣傳片，進而提高學生們節水的自覺性，增加影響力。2.3流量計費式節水系統2.3.1系統設計本文采用的流量計費式智能卡節水控制系統可以很好的解決該浪費水的現象。該系統是基于單片機控制的智能卡節水控制系統,可使用于人口集中的大中小型公共浴室、開水房及宿舍水房,通過單片機的動態計費并顯示用戶余額,從而提高用戶的節水意識,按需取水,大大地改善了公共用水的浪費嚴重的現象。在本應用系統中,以MCS_51系列單片機STC89C58為核心控制單元。此種單片機在滿足開發所需要的功能的前提下價格低廉,并且工作性能穩定。本系統的水流量傳感器采用渦輪流量計（圖3），在管道中心安放一個渦輪,兩端由軸承支撐。當流體通過管道時,沖擊渦輪葉片,對渦輪產生驅動力矩,使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉。在一定的流量范圍內,對一定的流體介質粘度,渦輪的旋轉角速度與流體流速成正比。由此,流體流速可通過渦輪的旋轉角速度得到,從而可以計算得到通過管道的流體流量。渦輪的轉速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。當渦輪葉片切割由殼體內永久磁鋼產生的磁力線時,就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器,對信號進行放大、整形,產生與流速成正比的脈沖信號,送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值;同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉換電路,將脈沖信號轉換成模擬電流量,進而指示瞬時流量值。主程序流程如圖4所示。用戶消費處理部分采用的是預扣方式,以一升水作為一個預扣單元進行交費處理。具體方法如下:一旦電磁閥打開,單片機就對用戶余額進行預扣一升水量的金額(兩角),用戶開始消費用水,當預扣的一升水即將用完時,判斷用戶余額是否足夠,足夠則繼續預扣一升水金額,消費繼續;余額不夠則報警;如此循環到用戶消費結束,如果用戶消費結束時預扣的一升水未用完,系統將未使用部分的金額返還寫回用戶卡中,真正實現公平合理的收費方式。系統消費過程程序設計如下：#INCLUDE“init.h”#INCLUDE“iccard.h”Voidconsuming(void)if(SysState.ucRequest&0x04)//消費處理{if(!unPulseNum){unPulseNum=unPulseConstant;if(g_structUserMsg.Blc<(SortMsg.Remainder-MiniMoney+lMonDelPerTimer))//余額判斷{SysState.ucRequest&=0xfb;//改變標識DIS_Timer0();//關閉OTHER_VavleCtl(VAVLE_OFF);PreDeductMoney(lConsumeMoney);//cardCreateConsumeNotes(IC_NoteData(lConsumeMoney));//notecTemp=0;STCFlashWrite(STCF_SECTOR_PRE_NOTES,STCF_INDEX_BASE_PRE_NOTES+g_ucSTCNoteCnt,&cTemp,1);//changeindexDis_ErrCode(WARN_BALACE_LACK);//余額不足Dis_Twinkle(0);//關閃爍g_structUserMsg.ucState=CARD_STATE_WAITING_OUT;return;}g_structUserMsg.Blc-=lMonDelPerTimer;//扣除余額lConsumeMoney+=lMonDelPerTimer;if(PreDeductMoney(lConsumeMoney)!=1)g_structUserMsg.ucState=CARD_STATE_ALARM;//報警}}2.3.2使用效果調查對安裝此系統的部分宿舍進行調查，形成調查統計表如下：調查部位使用該系統前使用該系統后水房10.5t/d6.0t/d浴室321t/d188t/d表1計費式流量卡節水系統使用前后重點用水部位涌水量調查統計表數據表明,使用節水控制器后能達到良好的節水效果;與計時型節水控制器進行比較,由于計時計費方式存在以下幾個缺點:1)同一個浴室,同樣10min的淋浴,同樣的費用,一個人的實際用水量卻比另一個人的多得多明顯的感官差別。2)同一個開水房的同一根水管上買同樣一瓶開水,一個人只要10s,另一個人卻需要15s后者付出的費用是前者的1.5倍。3)當電磁閥被堵塞或是損壞時,會造成無用水誤收費的情況。而根據本系統設計的流量計費式智能卡節水控制器的計費誤差為±0.01元/10噸,該誤差在實際應用中完全可以被忽略,成功解決了由計時計費方式產生的以上3個弊端,實際使用表明,該節水控制器工作可靠,成本低廉,經濟效益顯著。通過一人一卡一用一計費的模式，有效的限制了學生密集程度大、用水量增大、節水意識不高的學生公寓浪費水的現象。雖然此系統是一種被動限制法，但是通過余額提醒、劃定免費流量值的方式，還是可以達到較為明顯的節水效果的。本系統使用流量傳感器對用戶所用水量進行計費,即用戶實際用多少水就收多少費用,與以往的定量收費(以使用次數為單位收費,一般為一次多少錢)或計時收費型控制器相比,該計費方式公平公正,易被廣大用戶接受,因此具有很大的市場發展前景。3節水系統設計結果和展望本系統首先對學生公寓的設計給水流量進行了規范化設計，當然在設計過程中筆者也對以往的設計進行了參考并且進行了實地的考查后發現，在上課日的早晨以及中午，學生公寓內的涌水量會急劇增加，這會造成頂樓或較高樓層的水壓產生一定波動，影響供水效果。所以在進行第一步給水量設計過程中，要通過結合城市給水系統壓力分析來進行分時段增加給水裝置。通過簡單的時間程序設定，將程序與學生公寓給水增壓泵進行連接，在用水量增大時間段內進行加壓處理，保證供水穩定。本系統在第二步設計過程中，通過引入收集雨水及生活廢水綜合利用系統來減輕自來水使用量。收集雨水系統在學生公寓中具有極為重要的意義。根據相關資料表明，學生公寓用水量超過45%為學生上廁所后使用的沖廁水。并且根據筆者在校園內的走訪發現，部分宿舍樓存在沖水裝置故障現象，導致大量水資源浪費，然而本系統在封閉式馬桶上引入了流量表系統，可以通過對流量表進行調整，如果出現流量穩定出現即關閉閥門，一來可以節約水資源，而來也可以提示后勤人員沖廁裝置故障。第三步，通過被動節水方式來減少水資源浪費現象。流量計費式節水系統通過對用水流量進行規劃，并且采用儲值消費的方式來提醒學生用水量的多少。當然部分大學存在差異性，筆者建議可每月或者每周固定一定的虛擬消費，來保證一些正常節水的學生的根本利益，對超出部分收取一定的費用，這樣一方面可以通過經濟限制的方式來減少學生的用水量，另一方面也可以通過激發學生們相互促進增強節水意識。筆者通過對該系統進行數字化分析，發現該系統能夠有效的達到節水目的，并且從長遠角度來考慮，經濟性極佳，值得在廣大學生公寓中進行推廣。4致謝四年的讀書生活在這個季節即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師xxx。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經由您悉心的點撥,再經思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”的感覺。

感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發，我將很難完成本篇論文的寫作。

在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!

由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！5參考文獻[1]吳燕平.重慶大學城學生宿舍節水節能技術研究[J].重慶大學碩士論文精選,2011,(5):108-130.[2]李彬李國忠.高校宿舍節水系統創新設計[J].中國專利信息,2012,(3):59-61.[3]徐進草許新宜王韶偉賈香香.高校生活節水技術與改進研究-以北京師范大學為例[J].南水北調與水利科技（電子版）,2012,(10):53-55.[4]趙岐華劉健.寄宿式學校學生宿舍給水系統的設計與調試[J].給水排水,2012,(14):51-52.[5]鐘麗瓊馬朝永董志軍.流量計費式智能卡節水控制系統的設計[J].電子測量技術,2009,(34):110-113.[6]劉彤范丹丹.中國水資源現狀[J].能源與利用,2012,(31):1105-1108.[7]葉挺秀張伯堯.電子電工學（第三版）-高等教育出版社[8]趙中華劉燕宋芳張帆.制造技術基礎-華東理工大學出版社[9]張彥斌.微型計算機原理及應用-清華大學出版社[10]陸寧樊江玲.機械原理-清華大學出版社[11]馮之敬.制造工程與技術原理-清華大學出版社[12]王積偉.控制理論與控制工程-清華大學出版社[13]黃容趙毅.C語言程序設計-清華大學出版社基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現\