CN108332060B - 一种管道漏水智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道漏水智能监控系统，包括信号采集模块、控制模块、电机驱动模块、电源处理模块和监控终端；所述信号采集模块与控制模块连接，所述控制模块连接电机驱动模块、电源处理模块和监控终端；所述信号采集模块，用于采集充电电池、管道的温度及水流等信息；所述控制模块，用于对采集到的信息进行处理，并发出控制信息；所述电机驱动模块，用于接收控制模块的控制信息，并对阀门电机进行驱动；所述监控终端，用于对采集信息进行显示及调控；所述电源处理模块，用于为信号采集模块、控制模块和电机驱动模块供电。本发明实现了公共场所供水管道的自动监测、处理及报修。

Description

一种管道漏水智能监控系统

技术领域

本发明涉及监控系统技术领域，尤其涉及一种管道漏水智能监控系统。

背景技术

我国水资源分布不均衡，使得水资源供给整体不足，因此对水资源的合理利用显得尤其重要；而且，都在提倡节约用水，低碳生活，水的利用和供水系统的设施要求就相对提高，尤其是公共场所的用水是重中之重；比如公共洗手间以及学生宿舍，公共场合很少有人专门巡检管道的漏水情况，一旦漏水短时间内很难发现，即便有人报修，在维修之前也无法关闭进水管，造成水资源浪费或者地板、家具设施损毁的次生损失，目前对于管道漏水的监测及报警的系统相对还少，且技术不够成熟；为了解决以上问题，本发明设计了一种管道漏水智能监控系统，实现了公共场所供水管道的自动监测、处理及报修。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种管道漏水智能监控系统，实现了公共场所供水管道的自动监测、处理及报修。

为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种管道漏水智能监控系统，包括信号采集模块、控制模块、电机驱动模块、电源处理模块和监控终端；所述信号采集模块与控制模块连接，所述控制模块连接电机驱动模块、电源处理模块和监控终端；

所述信号采集模块，用于采集充电电池、管道的温度及水流等信息；

所述控制模块，用于对采集到的信息进行处理，并发出控制信息；

所述电机驱动模块，用于接收控制模块的控制信息，并对阀门电机进行驱动；

所述监控终端，用于对采集信息进行显示及调控；

所述电源处理模块，用于为信号采集模块、控制模块和电机驱动模块供电。

进一步地，所述信号采集模块包括温度传感器、霍尔叶片传感器和电池电压采样电路，所述温度传感器与温度采样电路连接，所述霍尔叶片传感器连接霍尔水流采样及休眠电源控制电路，所述电池电压采样电路与充电电池连接。

进一步地，所述控制模块包括控制器、按键开关电路、Flash储存电路、电机工作寄存器电路和无线传输电路，所述控制器分别连接按键开关电路、Flash储存电路、电机工作寄存器电路和无线传输电路。

进一步地，所述无线传输电路通过无线信号与监控终端连接。

进一步地，所述温度采样电路、电池电压采样电路和霍尔水流采样及休眠电源控制电路均连接至控制器的输入端。

进一步地，所述电机驱动模块包括电机驱动电路和阀门电机，所述电机驱动电路一端与电机工作寄存器电路连接、另一端与阀门电机连接。

进一步地，所述电源处理模块包括发电机和充电电池，所述发电机输出端顺次连接稳压电路和电压充电保护电路，所述电压充电保护电路与充电电池的充电口连接，所述充电电池的放电口连接电压放电保护电路，所述电压放电保护电路输出端分别连接供电电路和电机驱动电路；所述供电电路分别连接信号采集模块、控制模块和电机驱动模块。

进一步地，所述阀门电机与管道阀门连接，所述管道阀门为球形阀门；所述发电机、管道阀门和霍尔叶片传感器均相邻布设在供水管道上。

进一步地，所述温度传感器采用DHT11数字温度传感器。

进一步地，所述控制器采用ESP8226芯片。

本发明的有益效果是：

1.本发明一种管道漏水智能监控系统，通过霍尔叶片传感器检测到的脉冲频率以及流水持续时间，发送至控制器对其分析并计算出水流量大小，根据流水时间是否超出时间阈值而确定是否漏水，发生漏水通过控制器控制阀门电机将阀门自动关闭，然后向监控终端发送信息等待维修，实现了供水管道漏水的自动监测及控制，本发明可根据用户需要，设置定时开关或者进行远程开关，广泛适用多水龙头的公共用水区域的漏水检测及报修，大幅度减少了水资源的浪费。

2.本发明一种管道漏水智能监控系统，不需要市电供应，也不用电池供应，通过在供水管道中布设发电机进行发电并存储，节省了电能的消耗；在阀门电机不工作的情况下，发电机用水作为动力发电即可满足控制模块正常工作，平时的发电积累将会为阀门电机工作做储备，结构简单，使用简单，不用繁杂的设置；同时可设置本系统为联网模式和脱机模式，联网模式通过无线传输把采集的数据上传到监控终端，后台根据事先记录的设备号与安装位置关系，迅速告知维修工漏水位置；脱机模式的使用具有上述的所有功能，但不上传数据，通过自身的存储器存储数据即可，设计全面周到。

3.本发明一种管道漏水智能监控系统，能够自发电，不需外接电源；体积小，易安装、造价低；可传送流速、水温等信息，安装方便；漏水时及时关闭并报修，如果误判漏水，通过复位即可打开管道阀门，操作方便，非常适用于学校、宾馆、大型卫生间等单位的水路故障自动报修。

附图说明

图1是本发明一种管道漏水智能监控系统的结构示意图之一。

图2是本发明一种管道漏水智能监控系统的结构示意图之二。

图3是本发明一种管道漏水智能监控系统的霍尔水流采样及休眠电源控制电路的示意图。

图4是本发明一种管道漏水智能监控系统的控制器电路连接示意图。

图5是本发明一种管道漏水智能监控系统的Flash储存电路的连接示意图。

图6是本发明一种管道漏水智能监控系统的电机工作寄存器电路的连接示意图。

图7是本发明一种管道漏水智能监控系统的供水管道的结构示意图。

图中标号为：1为信号采集模块，2为控制模块，3为电机驱动模块，4为监控终端，5为电源处理模块，101为温度传感器，102为霍尔叶片传感器，103为电池电压采样电路，104为温度采样电路，105为霍尔水流采样及休眠电源控制电路，201为控制器，202为Flash储存电路，203为无线传输电路，204为按键开关电路，205为电机工作寄存器电路，301为电机驱动电路，302为阀门电机，303为管道阀门，501为发电机，502为充电电池，503为稳压电路，504为电池充电保护电路，505为电池放电保护电路，506为供电电路。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1：如图1所示，一种管道漏水智能监控系统，包括信号采集模块1、控制模块2、电机驱动模块3、电源处理模块5和监控终端4；所述信号采集模块1与控制模块2连接，所述控制模块2连接电机驱动模块3、电源处理模块5和监控终端4；所述信号采集模块1，用于采集充电电池502、管道的温度及水流等信息；所述控制模块2，用于对采集到的信息进行处理，并发出控制信息；所述电机驱动模块3，用于接收控制模块2的控制信息，并对阀门电机302进行驱动；所述监控终端4，用于对采集信息进行显示及调控；所述电源处理模块5，用于为信号采集模块1、控制模块2和电机驱动模块3供电。

实施例2：如图2所示，一种管道漏水智能监控系统，包括信号采集模块1、控制模块2、电机驱动模块3、电源处理模块5和监控终端4；所述信号采集模块1与控制模块2连接，所述控制模块2连接电机驱动模块3、电源处理模块5和监控终端4；

所述信号采集模块1，用于采集充电电池502、管道的温度及水流等信息；所述控制模块2，用于对采集到的信息进行处理，并发出控制信息；所述电机驱动模块3，用于接收控制模块2的控制信息，并对阀门电机302进行驱动；所述监控终端4，用于对采集信息进行显示及调控；所述电源处理模块5，用于为信号采集模块1、控制模块2和电机驱动模块3供电。

所述信号采集模块1包括温度传感器101、霍尔叶片传感器102和电池电压采样电路103，所述温度传感器101与温度采样电路104连接，所述霍尔叶片传感器102连接霍尔水流采样及休眠电源控制电路105，所述电池电压采样电路103与充电电池502连接；所述温度传感器101采用DHT11数字温度传感器101。

所述控制模块2包括控制器201、按键开关电路204、Flash储存电路202、电机工作寄存器电路205和无线传输电路203，所述控制器201分别连接按键开关电路204、Flash储存电路202、电机工作寄存器电路205和无线传输电路203；所述控制器201采用ESP8226芯片；所述无线传输电路203通过无线信号与监控终端4连接。

如图3所示，本发明霍尔水流采样及休眠电源控制电路105的示意图，采用电池保护芯片GM8205，其引脚G1、G2与控制器201ESP8266芯片定义的GPIO15引脚连接，其引脚S2连接ESP8266芯片定义的GPIO13引脚后定义为SLEEP引脚，SLEEP引脚依次连接发光二极管D8和电阻R27，R27的阻值为1KΩ；为了达到省电的目的，控制器201ESP8266芯片一旦发出关闭信号，通过霍尔水流采样及休眠电源控制电路105立刻转入休眠，控制信号由外置寄存器继承，节约一路控制器201的GPIO与控制器201工作时间，全关断后驱动电流为0。

如图4所示为控制器201电路连接示意图，其中，控制器201采用ESP8266芯片，该芯片带有2.4g无线，TCP/IP全协议栈，其引脚LNA连接无线匹配网络，引脚LNA输出分别连接电容C15和电感L2，电感L2d另一端接地，电容C15的另一端分别连接电容C16和无线天线A1；电容C15、C16的容抗分别为8.2pF、2.4 pF；电感L2的感抗为1.5nH。

作为一种可实施方式，控制器201可使用wifi客户端接入校园网AP设备，采用http协议get方式上传获取数据，无需保持长链接，只在等级告警，日常巡检时上报数据，进一步达到节电目的，工作于无线站上传数据时高峰电流80mA，休眠时电流为0.5MA。

如图5所示是本发明Flash储存电路202的连接示意图，Flash储存电路202采用了一个Flash存储芯片与控制器201ESP8266芯片相连接，实现在该系统离线状态时对采集数据的存储；Flash存储芯片的DI、DO引脚分别连接ESP8266芯片的SD_DATA_1、SD_DATA_0引脚；Flash存储芯片的CS、CLK引脚分别连接ESP8266芯片的SD_CMD、SD_CLK引脚；Flash存储芯片的HOLD、WP引脚分别连接ESP8266芯片的SD_ DATA_2、SD_ DATA_3引脚。

所述温度采样电路104、电池电压采样电路103和霍尔水流采样及休眠电源控制电路105均连接至控制器201的输入端。

所述电机驱动模块3包括电机驱动电路301和阀门电机302，所述电机驱动电路301一端与电机工作寄存器电路205连接、另一端与阀门电机302连接。

如图6所示为电机工作寄存器电路205的连接示意图，电机工作寄存器电路205的芯片采用74h573芯片，74h573芯片的Q0和Q1引脚分别连接ESP8266芯片的MTMS和MTDI引脚，且MTMS和MTDI被定义为GPIO14和GPIO12脚；74h573芯片的D0和D1引脚输出分别连接发光二极管D9、D10的正极，发光二极管D9、D10的负极相接后分别连接74h573芯片的LE引脚和电阻R29，电阻R29的阻值为20KΩ。

所述电源处理模块5包括发电机501和充电电池502，所述发电机501输出端顺次连接稳压电路503和电压充电保护电路，所述电压充电保护电路与充电电池502的充电口连接，所述充电电池502的放电口连接电压放电保护电路，所述电压放电保护电路输出端分别连接供电电路506和电机驱动电路301；所述供电电路506分别连接信号采集模块1、控制模块2和电机驱动模块3。

作为一种可实施方式，发电机501采用水推动小型涡轮发电机501，功率为2W，电压8V，输出电流250MA，平时的发电积累给充电电池502充电，充电电池502采用聚合物锂电池，容量为3800MAH；同时设计电池充电保护电路504以及放电保护电路，充电截止电压4.2V，放电截止电压2.75V，充电电流可调节；根据负载耗电情况高峰值3.3V，80MA以及发电功率，设置合适充电电流100MA，电路各部分都采用漏电电流极小的元器件，充分发挥发电机501效率，以及充电吸收效率，保护电路的安全；若供水管道无人用水时，控制器201会以0.5MA电流休眠30秒，每过30秒自动唤醒和监控终端4通信一次，此时向监控终端4发送的信息包括充电电池502电压和水的温度；如果有用水信号一直触发中断，则休眠停止，控制器201则全力服务于水流的采样。

如图7所示，所述阀门电机302与管道阀门303连接，所述管道阀门303为球形阀门；所述发电机501、管道阀门303和霍尔叶片传感器102均相邻布设在供水管道上。

作为一种可实施方式，霍尔叶片传感器102的采样通过水流推动霍尔叶片的方式，对脉冲次数进行采样，中断每秒采样一次数据，从而可以分辨水流大小，以及水流持续时间，清晰度单个脉冲1.9ml水流量，将采集到的水流数据发送至控制器201，控制器201通过数据判断出供水管道目前是正常用水还是发生漏水现象；温度传感器101采用DHT11数字温度传感器101，电池电压采样电路103采用10位精度ADC。电机驱动电路301通过控制阀门电机302关闭管道阀门303，阀门电机302电压范围3.3v-5v，电流100MA,关断时间持续5秒，阀门电机302采用正反转关闭和打开管道阀门303。

本发明一种管道漏水智能监控系统，通过温度传感器101和霍尔叶片传感器102采集供水管道内的温度计水流信息，并将采集到的数据分别通过温度采样电路104和霍尔水流采样及休眠电源控制电路105后发送至控制器201，控制器201根据设定的信息判断管道内是否存在漏水现象，若存在漏水现象，控制器201通过电机工作寄存器电路205向电机驱动电路301发送控制指令，控制阀门电机302关闭管道阀门303；同时控制器201将采集的信号及漏水事故通过无线传输电路203传输至监控终端4，监控终端4对当前的数据进行显示，并向工作人员报警，对漏水的情况及时维修处理；如果发现控制器201对漏水现象为误判，则工作人员可通过按键开关电路204进行复位，控制器201控制阀门电机302再次打开管道阀门303，使得供水管道正常供水即可；供水管道内布设的发电机501通过水流进行发电，并将电能通过稳压电路503稳压后经过电池充电保护电路504传输至充电电池502，充电电池502用于对电能的存储；充电电池502储存的电能通过电池放电保护电路505后进行供电，一方面通过供电电路506转换为信号采集模块1和控制模块2所需的电压3.3V后为其供电，一方面直接将自身4.2V的电压直接用于电压驱动电路，该系统通过自发电满足自身的用电需求，使得使用方便且节能环保；同时充电电池502连接电池电压采样电路103，并将采样信息发送至控制器201，以便对充电电池502的状态进行监控，若充电电池502发生异常及时处理；同时控制模块2自身带有Flash储存电路202，为了在没有无线信号时，对采集的数据进行本地存储，避免数据丢失；保障该系统在离线情况下的有序进行。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，包括信号采集模块（1）、控制模块（2）、电机驱动模块（3）、电源处理模块（5）和监控终端（4）；所述信号采集模块（1）与控制模块（2）连接，所述控制模块（2）连接电机驱动模块（3）、电源处理模块（5）和监控终端（4）；

所述信号采集模块（1），用于采集充电电池（502）、管道的温度及水流等信息；

所述信号采集模块（1）包括温度传感器（101）、霍尔叶片传感器（102）和电池电压采样电路（103），所述温度传感器（101）与温度采样电路（104）连接，所述霍尔叶片传感器（102）连接霍尔水流采样及休眠电源控制电路（105），所述电池电压采样电路（103）与充电电池（502）连接；

所述控制模块（2），用于对采集到的信息进行处理，并发出控制信息；所述控制模块（2）包括电机工作寄存器电路（205）；

所述电机驱动模块（3），用于接收控制模块（2）的控制信息，并对阀门电机（302）进行驱动；所述电机驱动模块（3）包括电机驱动电路（301）和阀门电机（302），所述电机驱动电路（301）一端与电机工作寄存器电路（205）连接、另一端与阀门电机（302）连接；

所述监控终端（4），用于对采集信息进行显示及调控；

所述电源处理模块（5），用于为信号采集模块（1）、控制模块（2）和电机驱动模块（3）供电；

所述电源处理模块（5）包括发电机（501）和充电电池（502），所述发电机（501）输出端顺次连接稳压电路（503）和电压充电保护电路，所述电压充电保护电路与充电电池（502）的充电口连接，所述充电电池（502）的放电口连接电压放电保护电路，所述电压放电保护电路输出端分别连接供电电路（506）和电机驱动电路（301）；所述供电电路（506）分别连接信号采集模块（1）、控制模块（2）和电机驱动模块（3）；

所述发电机501采用水推动小型涡轮发电机，功率为2W，电压8V，输出电流250MA，平时的发电积累给充电电池502充电，充电电池502采用聚合物锂电池，容量为3800MAH；充电截止电压4.2V，放电截止电压2.75V，充电电流可调节。

2.根据权利要求1所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述控制模块（2）包括控制器（201）、按键开关电路（204）、Flash储存电路（202）和无线传输电路（203），所述控制器（201）分别连接按键开关电路（204）、Flash储存电路（202）、电机工作寄存器电路（205）和无线传输电路（203）。

3.根据权利要求2所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述无线传输电路（203）通过无线信号与监控终端（4）连接。

4.根据权利要求2所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述温度采样电路（104）、电池电压采样电路（103）和霍尔水流采样及休眠电源控制电路（105）均连接至控制器（201）的输入端。

5.根据权利要求1所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述阀门电机（302）与管道阀门（303）连接，所述管道阀门（303）为球形阀门；所述发电机（501）、管道阀门（303）和霍尔叶片传感器（102）均相邻布设在供水管道上。

6.根据权利要求1所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述温度传感器（101）采用DHT11数字温度传感器（101）。

7.根据权利要求2所述的一种管道漏水智能监控系统，其特征在于，所述控制器（201）采用ESP8226芯片。

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