CN107314250A - 一种室内漏水监测报警与控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种室内漏水监测报警与控制装置及方法，属于室内用水安全防护技术领域。该装置包括监测单元、控制单元、报警单元和执行单元，监测单元与控制单元进行信号传输，控制单元将控制信号传送给报警单元和执行单元。在正常工作时，分布在不同位置的监测单元中的漏水监测终端实时测试室内积水状态，当探测到发生异常变化时发出信号给控制单元，控制单元中采用循环扫描模式，实时判断漏水异常状态点，根据逻辑等级分别执行发出就地声光报警信号、关闭供水阀门指令、通知远程终端等操作。该装置能够准确检测漏水状态，发出适当报警信息，并执行就地紧急处置动作，且可以有效控制整套装置的制造成本，有利于在各种场合的大范围推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及室内用水安全防护技术领域，特别是指一种室内漏水监测报警与控制装置及方法。
背景技术
随着建筑物使用年限的增加，遍布在建筑物内部的供水、暖气管线由于使用寿命、材料腐蚀、强度下降等原因有可能会发生无法预测的损坏导致泄漏，另外也存在人为因素造成的阀门未关闭、下水堵塞等问题，上述事故如果发生在夜间、假期或空置房屋等无人值守情况下，极有可能会造成建筑物内快速出现积水现象，对居家楼房来说极易出现家具、家电受淹损失，若跑水到楼下住户家中则造成更大麻烦；对安装有重要仪器或存放重要材料的场所更会造成巨大经济损失和影响。而且，对我国这样一个严重缺水的国家，意外的跑水、漏水都会引起大量的水资源白白浪费。
针对这种情况，有部分科研院所开发了一些漏水检测技术和系统，如北京空间机电研究所“单一平面电容式漏水检测传感器的研究”以及山东工业大学“新型漏水检测仪的研制”，郑州大学“新型漏水控制系统”，西安市地下铁道有限公司“基于MCU的智能漏水检测系统设计”等，但目前这些方法基本都是针对漏水状态的判断，缺乏后续的处置动作，而且普遍存在实现过程复杂，造价较高的问题，难以在居家民用条件下大范围使用推广。因此，有必要设计一种既能准确检测漏水状态，又能及时发出适当报警信息并执行相应处置动作，而且结构简单、造价低廉的漏水监测与报警系统，起到减少漏水状况的恶化，及时防止损失进一步扩大的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种室内漏水监测报警与控制装置及方法，该方法通过在室内布置多点漏水监测终端，实时动态采集发生漏水事故后易积水处的状态信息，将异常信息及时在就地发出声光报警并执行切断水源开关的动作，同时利用无线网络及时发送到可靠的后台值班设备上，起到对异常漏水事故准确报警、快速处置的效果，能够有效避免事故扩大化，降低由此带来的经济损失。
该装置包括监测单元、控制单元、报警单元和执行单元，监测单元与控制单元进行信号传输，控制单元对报警单元和执行单元进行动作控制；监测单元包括一个以上的检测终端，每个检测终端包括一对电极，电极设置在监测地点；控制单元由嵌入式最小系统构成，设有工作状态显示与测试、异常复位功能；报警单元包括就地报警与远程报警两部分，就地报警包括声音和灯光，远程报警连接监控室或手机终端；执行单元包括供水阀门和电动开关执行器，电动开关执行器安装在供水阀门上。
其中，监测单元的电极为具有抗腐蚀能力的金属导体，监测单元线路简单易实现且成本低廉，由控制单元提供的安全电源供电。
控制单元采集来自监测单元的异常信息，并发出控制信号，输出到报警单元与执行单元，控制单元利用室内无线局域网或移动网络接入，实现将异常报警发送到可选的后台常开设备中。
控制单元也可由分立元器件组成的逻辑电路代替嵌入式最小系统。
执行单元的电动开关执行器包括阀体、接口法兰、手动操作手柄、连接螺栓、滚动轴承、高速圆盘形齿轮、低速圆盘形齿轮、可插拔连接销、直流永磁电机、固定键、连轴、电机连轴、U型支撑底座、加强连杆和外壳，U型支撑底座与阀体通过连接螺栓固定，U型支撑底座顶端分别安装两个滚动轴承，滚动轴承的外部与U型支撑底座固定安装，电机连轴和连轴分别支撑高速圆盘形齿轮和低速圆盘形齿轮；接口法兰连接供水管路和阀体，手动操作手柄一端通过连接螺栓与阀体连接，手动操作手柄另一端连接可插拔连接销，直流永磁电机安装在电机连轴上，固定键固定在低速圆盘形齿轮外延上，加强连杆安装在U型支撑底座内，外壳位于高速圆盘形齿轮、低速圆盘形齿轮和直流永磁电机外部。
该室内漏水监测报警与控制装置的使用方法为：正常工作时，分布在不同位置的多个检测终端实时测试室内积水状态，当探测到发生异常变化时发出信号给控制单元，控制单元中采用循环扫描模式，实时判断漏水异常状态点，根据逻辑等级分别执行发出就地声光报警信号、通知远程终端报警信号，在10-15min未得到操作信息时，发送关闭供水阀门指令给执行单元。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
相对于现有的漏水检测与控制方法，该装置既能准确检测漏水状态，又能及时可靠发出适当报警信息，并执行就地紧急处置动作，作为后备保障措施，该方法还提供了利用无线数据网络进行远程报警的措施，具有实时监测、及时报警处置的功能，有效防止漏水事故的进一步扩大。特别的，利用该方法设计的成套装置充分考虑了在民用领域应用的实际需求，分别设计了低成本的漏水监测终端和通用的供水阀门操作执行器，配合选用由嵌入式最小控制系统或分立元器件构成的逻辑控制单元，可以有效控制整套装置的制造成本，有利于在各种场合的大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明的室内漏水监测报警与控制装置结构示意图；
图2为本发明的系统工作流程示意图；
图3为监测单元检测终端接线示意图；
图4为通用的电动开关执行器结构示意图。
其中：1-供水管路；2-阀体；3-接口法兰；4-手动操作手柄；5-连接螺栓；6-滚动轴承；7-高速圆盘形齿轮；8-低速圆盘形齿轮；9-可插拔连接销；10-直流永磁电机；11-固定键；12-连轴；13-电机连轴；14-U型支撑底座；15-加强连杆；16-外壳。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种室内漏水监测报警与控制装置及方法。
如图1所示，该装置包括监测单元、控制单元、报警单元和执行单元，监测单元与控制单元进行信号传输，控制单元对报警单元和执行单元进行动作控制。
监测单元主要包括依据电学基本原理特别设计的一种低成本室内漏水检测终端，该终端设计有相距一定位置的两个电极对监测地点的漏水状态进行测量，用于对地面或者限定高度水位空间的进行水浸探测，当有水会接触到两电极后，线路就会接通并形成异常信号传输给控制单元进行处理和报警。
其中，电极为具有一定抗腐蚀能力的普通金属导体，线路由基本的电阻、晶体管组成，由控制单元提供安全电源供电，不在报警状态时没有电能损失，线路提供用于监测旁路、功能测试两个实验功能，根据不同应用的需要可以在多个位置布置漏水检测终端。
图1所示的监测单元由多个检测终端构成，图中1#～n#检测终端可以分布在易出现漏水事故后第一时间监测到的位置；逻辑控制单元由基于stm32构成的嵌入式最小控制系统完成，也可以由与非门等简单分立元器件组成，逻辑控制单元中含有系统供电部件，其中包含有低压24V电源，为所有检测终端、报警单元及执行单元提供工作电源；所有检测终端的漏水状态信号都返回到逻辑控制单元中。
控制单元由低成本的嵌入式最小控制系统构成，负责采集来自检测单元各个漏水监测终端的异常信息，并对信号的可靠性进行判断，对需要处置的信息发出控制信号，输出到报警单元与执行单元。控制单元利用室内无线局域网或移动网络接入，实现将异常报警发送到可选的后台常开设备中，以实现就地报警与处置无效情况下的可靠预警；控制单元设置有工作状态显示与测试、异常复位等功能。特别地，为进一步降低成本，可以采用由分立元器件组成的逻辑电路替代嵌入式最小控制系统完成逻辑控制单元基本功能。
报警单元包括就地报警与远程报警两部分，其中就地报警将控制单元发出漏水信息以声音、灯光等形式告知室内人员引起及时注意；远程报警为借助控制单元的无线数据发送功能，在位于后台值班室的集中控制中心或者紧急联系人的手机等终端上显示漏水异常信息，便于对事故的进一步状态的跟踪确认。
执行单元主要包括室内水源的供水阀门以及安装在供水阀门上的电动开关执行器，经过特别设计的低速大扭矩电动开关执行器可以与绝大部分型号的供水阀配合使用，无需更换专用的电动阀门。该执行器在收到控制单元发来的动作指令后，对供水阀门可执行关闭操作，以避免事故进一步的扩大。
电动开关执行器主要由驱动电机、传动齿轮、连接机构及辅助安装配件构成。所述驱动电机采用通用的小型直流永磁电机，由控制单元提供安全电源供电执行旋转动作，满足长期堵转工作工况；所述传动齿轮由一组或几组减速齿轮构成，将驱动电机的高速旋转转化为低速、大扭矩转动，低速齿轮处安装与供水阀门手动手柄连接的机构，实现驱动电机的旋转带动供水阀门手动手柄执行开关操作。低速齿轮处安装与供水阀门手动手柄连接的机构设置安全销，拔出后可脱离电动状态，使用人工开闭供水阀门。
如图4所示，执行单元的电动开关执行器中，U型支撑底座14与阀体2通过连接螺栓5固定，U型支撑底座14顶端分别安装两个滚动轴承6，滚动轴承6的外部与U型支撑底座14固定安装，电机连轴13和连轴12分别支撑高速圆盘形齿轮7和低速圆盘形齿轮8；接口法兰3连接供水管路1和阀体2，手动操作手柄4一端通过连接螺栓5与阀体2连接，手动操作手柄4另一端连接可插拔连接销9，直流永磁电机10安装在电机连轴3上，固定键11固定在低速圆盘形齿轮8外延上，加强连杆15安装在U型支撑底座14上，外壳16位于高速圆盘形齿轮7、低速圆盘形齿轮8和直流永磁电机10外部。在收到逻辑控制单元提供的关闭供水阀门指令后，直流永磁电机10开始旋转，并同时通过电机连轴13转动高速圆盘形齿轮7，低速圆盘形齿轮8通过齿轮咬合也形成旋转，由直流永磁电机10的扭矩值和高速圆盘形齿轮7、低速圆盘形齿轮8之间适当的减速比配置来确定与供水阀门开关所需扭矩的匹配，使得该电动扭矩既能准确完成阀门动作，又不至于扭矩过大将阀门损坏，室内供水阀门一般开闭旋转角度为90度，且有机械的限位结构，不易引起过扭矩拧死现象。低速圆盘形齿轮8的转动将通过位于低速圆盘形齿轮8边沿处安装固定键11、可插拔连接销9拉动供水阀门手动操作手柄4，引发以连接螺栓5为中心的圆周运动，从而实现关阀操作。一般情况下，该电动执行器主要执行事故情况下的关阀操作，事故处理后的开阀动作可由人工确认后操作。因此，直流永磁电机10仅需要单向旋转，若有电动开阀需要，也可在逻辑控制单元设置相应的电源换向电路，实现直流永磁电机10的反向旋转开阀。可插拔连接销9与固定键11连接，可实现供水阀门的电动操作，在需要进行手动操作时可以脱开可插拔连接销9与固定键11的连接，手动转动手动操作手柄4。
本发明装置的工作过程如下：
图2所示为系统控制单元工作流程示意图，系统开始工作后首先完成对逻辑控制单元及各漏水监测终端的工作状态检测，以确保系统在异常出现时能够可靠报警。检测通过后即进入漏水状态实时监测模式，逻辑控制单元对漏水监测报警实时状态进行可靠性判断，并根据预估的报警范围评估漏水事故严重程度。对不同程度的漏水事故，可实现自定义的报警方式，依据严重程度等级可以依次采取就地报警、关阀操作、远程报警等输出。其中就地报警也由逻辑控制单元供电部件提供电源，设置有分贝数可调的蜂鸣器声音报警与易于夜间观察的闪光报警，如果室内已配置有智能家居系统，也可以作为一路报警点接入。如果室内有人，感知报警后，确认漏水情况，可采取手动切断水阀或解除报警等处理措施。如果首次就地报警信息发出后15分钟，报警未得到复位即代表可能的事故现场没有得到处理，此时关阀操作可以作为报警后的延时处置动作，也可以是多点检测终端同时报警后的安全措施，由逻辑电路输出的有源控制点使电动执行器驱动供水阀门关闭；同时，远程报警是在完成就地报警并执行关阀操作后，经延时后仍出现新增监测报警点时，预留的备用安全措施，主要预防由于室内无人和关阀失败情况下的事故蔓延。远程报警利用标准的室内无线局域网或移动网络接入设备，实现将逻辑控制单元发出的远程报警请求发送到后台常开设备，如物业管理控制中心或用户手机终端中。
实施例中的每个监测终端由简单的电阻、晶体管等构成，图3所示为漏水监测终端接线示意图。其中P1、P2为监测电极，采用具有一定抗腐蚀能力的普通金属导体，R1～R5为限流电阻，T1、T2为常规通用晶体三极管，S1为监测终端测试按钮，S2为监测终端功能旁路开关，D1～D3为与逻辑控制单元的接口端子，其中D1、D2分别为直流供电电源的24V与0V，D3为监测报警输出端，D3与D2间的输出信号是逻辑控制单元的主要判断依据。水的电导率是表征水导电能力的参数，它是电阻率的倒数，电阻率是指标准温度下1cm立方体水两侧的电阻值，但这个值会跟水中离子、杂质等含量有较大关系。一般自来水的电导率介于125～1250μs/cm之间，根据这一基本原理在经过对常用自来水、供暖循环水等室内主要水源的电导率反复测试后，选择2.0mm2的镀锌铜线作为P1、P2监测电极，间距设置在25mm。通过匹配适当的限流电阻R1～R4，在两个探头监测到出现积水后在P1、P2间引起电阻值下降，当电阻值小于1M欧姆后即可引起用于功率放大的晶体三极管T1与T2导通，实现在D3端口输出报警信号给逻辑控制单元。
本发明所提供的供水阀门电动执行器可最大程度的保留原管路与阀门的结构，对不同外形的球阀或蝶阀仅需要适当改变执行器的外形尺寸及齿轮变比，具有较为广泛的适用性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种室内漏水监测报警与控制装置，其特征在于：包括监测单元、控制单元、报警单元和执行单元，监测单元与控制单元进行信号传输，控制单元对报警单元和执行单元进行动作控制；监测单元包括一个以上的检测终端，每个检测终端包括一对电极，电极设置在监测地点；控制单元由嵌入式最小系统构成，设有工作状态显示与测试、异常复位功能；报警单元包括就地报警与远程报警两部分，就地报警包括声音和灯光，远程报警连接监控室或手机终端；执行单元包括供水阀门和电动开关执行器，电动开关执行器安装在供水阀门上。
2.根据权利要求1所述的室内漏水监测报警与控制装置，其特征在于：所述监测单元的电极为具有抗腐蚀能力的金属导体，监测单元线路由控制单元提供的安全电源供电。
3.根据权利要求1所述的室内漏水监测报警与控制装置，其特征在于：所述控制单元采集来自监测单元的异常信息，并发出控制信号，输出到报警单元与执行单元，控制单元利用室内无线局域网或移动网络接入，实现将异常报警发送到可选的后台常开设备中。
4.根据权利要求1或3所述的室内漏水监测报警与控制装置，其特征在于：所述控制单元由分立元器件组成的逻辑电路构成。
5.根据权利要求1所述的室内漏水监测报警与控制装置，其特征在于：所述执行单元的电动开关执行器包括阀体(2)、接口法兰(3)、手动操作手柄(4)、连接螺栓(5)、滚动轴承(6)、高速圆盘形齿轮(7)、低速圆盘形齿轮(8)、可插拔连接销(9)、直流永磁电机(10)、固定键(11)、连轴(12)、电机连轴(13)、U型支撑底座(14)、加强连杆(15)和外壳(16)，U型支撑底座(14)与阀体(2)通过连接螺栓(5)固定，U型支撑底座(14)顶端分别安装两个滚动轴承(6)，滚动轴承(6)的外部与U型支撑底座(14)固定安装，电机连轴(13)和连轴(12)分别支撑高速圆盘形齿轮(7)和低速圆盘形齿轮(8)；接口法兰(3)连接供水管路(1)和阀体(2)，手动操作手柄(4)一端通过连接螺栓(5)与阀体(2)连接，手动操作手柄(4)另一端连接可插拔连接销(9)，直流永磁电机(10)安装在电机连轴(3)上，固定键(11)固定在低速圆盘形齿轮(8)外延上，加强连杆(15)安装在U型支撑底座(14)内，外壳(16)位于高速圆盘形齿轮(7)、低速圆盘形齿轮(8)和直流永磁电机(10)外部。
6.根据权利要求1-5所述的室内漏水监测报警与控制装置的使用方法，其特征在于：正常工作时，分布在不同位置的检测终端实时测试室内积水状态，当探测到发生异常变化时发出信号给控制单元，控制单元中采用循环扫描模式，实时判断漏水异常状态点，根据逻辑等级分别执行发出就地声光报警信号、通知远程终端报警信号，在10-15min未得到操作信息时，发送关闭供水阀门指令给执行单元。
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