CN113324707B - 基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置 - Google Patents

基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置 Download PDF

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Abstract

一种基于NB‑IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置，包括漏水检测绳、NB‑IoT模块、电源管理模块和电子系统单元；其电子系统单元由信号调理电路模块、ADC模块、MCU模块、时钟电路模块、蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块构成；其工作方法包括初始化、信号采集及转换、电压比较及相应处理和结果显示、设备信息提取等；该发明结构简单容易实现及更换，且通过NB‑IoT模块无线通信方式，用户可远程监测；通过使漏水检测绳两端电压恒定，进行漏水量和漏水速度的判断，具有一定的创新性。

Description

基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端 装置
(一)技术领域：
本发明涉及漏水远程监测的物联网领域，尤其是一种基于NB-IoT (Narrow BandInternet of Thing——窄带物联网)远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置。
(二)背景技术：
水火无情，漏水情况的实时监测非常必要，常见的有机房和家庭漏水监测。家庭厨房和洗手间是漏水的高发区，空调的排水管长期受挤压而破裂漏水也是夏天常见漏水事故，尤其国家部分地区要求房屋开发商精装交房，精装质量参差不齐，存在较严重的漏水隐患，生活中因为精装交房产生的漏水纠纷，业主与开发商诉诸法律的情形时有发生。
随着漏水检测绳成本的降低，在漏水监测区域布置漏水检测绳的作法，逐渐成为主流方案。漏水检测绳的检测芯是感应漏水的主要工作部分，漏水检测绳主要有两条并行缠绕的检测芯构成。在未发生水泄漏时，两条检测芯间呈绝缘状态，无电流；而当水滴泄漏至两条检测芯时，因水滴导电，在两条检测芯间产生微弱电流，两条检测芯间呈导电状态。通过搭建合理的电路，可提取出漏水检测绳中的电流变化信号，并将该变化信号传输至MCU(Micro Controller Unit微控制器单元)模块，MCU模块处理后，进行声光报警，并常采用485等有线通信方式经家庭中的中枢转发设备发送给用户。该方案存在以下两个不足，首先，采用485等有线通信方式，既带来施工的不便，又需要额外的中枢转发设备，系统结构复杂。其次，目前基于检测绳的漏水检测产品，尚无漏水量和漏水速度检测的功能，无法帮助用户远程实时掌握现场的漏水状况。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单、性能稳定、容易操作的且能够通过不间断检测漏水检测绳中电流变化的漏水检测装置。
本发明的技术方案：一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于它包括漏水检测绳、NB-IoT模块、电源管理模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元由信号调理电路模块、ADC (Analog to Digital Converter，模数转换器)模块、MCU模块、时钟电路模块、蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块构成；所述电源管理模块与漏水检测绳、NB-IoT模块及MCU模块连接，为其提供工作电源；所述MCU模块的输入端分别与NB-IoT模块和时钟电路模块连接，其输出端分别连接蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块；所述MCU模块与NB-IoT模块以及ADC模块之间分别呈双向连接；所述信号调理电路模块的输入端与漏水检测绳连接，用于采集漏水检测绳中电流的变化数据，其输出端与ADC模块的输入端连接。
所述信号调理电路模块是基于电流串联负反馈放大电路的结构，由电流串联负反馈放大电路、差分放大电路、调零放大电路I和量程调节放大电路I 构成，其中，所述差分放大电路用于将差分信号变为单端输出信号，所述调零放大电路I用于在无漏水时该电路输出0电压；所述电流串联负反馈放大电路的输出两端分别连接差分放大器电路的差分输入端；所述差分放大电路的输出端连接调零放大电路I的输入端；所述调零放大电路I的输出端连接量程调节放大电路I的输入端；所述量程调节放大电路I的输出端与ADC模块的输入端连接。
所述电流串联负反馈放大电路是由集成运放A1、漏水检测绳及负载RL组成；其中，所述集成运放A1的同相端与Vcc电源端连接；所述漏水检测绳的一端连接地，其另一端接集成运放A1的反相端，并同时连接负载RL的一端；所述负载RL的另一端与集成运放A1的输出端连接。
所述差分放大电路是由集成运放A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4组成；其中，所述集成运放A2的同相端与电阻R1的一端连接，并同时连接R3的一端；所述电阻R1的另一端与集成运放A1的输出端连接；所述电阻R3的另一端连接地；所述电阻R2的一端与集成运放A1的反相端连接，其另一端与集成运放A2的反相端连接，并同时连接电阻R4的一端；所述电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接。
所述调零放大电路I是由集成运放A3、集成运放A4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9及滑动变阻器Rp1组成；其中，所述集成运放A4的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp1的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp1的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A3的反相端与电阻R6的一端连接，并同时与电阻R8的一端连接；所述电阻R6的另一端与集成运放A4的输出端连接；所述电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R7的一端接地，其另一端与集成运放A3的同相端连接接，并同时连接电阻R5的一端；所述电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接。
所述量程调节放大电路I是由集成运放A5、电阻R10、电阻R11及滑动变阻器Rp2组成；其中，所述集成运放A5的同相端与电阻R10一端连接；所述电阻 R10的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R11的一端连接地，其另一端接集成运放A5的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp2的一端；所述滑动变阻器Rp2的另一端与集成运放A5的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp2的滑动端。
所述信号调理电路模块是基于电压并联负反馈放大电路结构，它是由电压并联负反馈放大电路、调零放大电路II和量程调节放大电路II构成；所述电压并联负反馈放大电路的输入端与Vcc电源端连接，其输出端与调零放大电路II的输入端连接；所述量程调节放大电路II的输入端连接调零放大电路的输出端，其输出端与ADC模块的输入端连接。
所述电压并联负反馈放大电路是由集成运放A6、漏水检测绳、电阻R1和电阻R2组成；其中，所述漏水检测绳的一端与Vcc电源端连接，其另一端连接集成运放A6的反相端；所述集成运放A6的同相端与电阻R2的一端；所述电阻R2的另一端接地；所述电阻R1连接集成运放A6的反相端和输出端之间。
所述调零放大电路II是由集成运放A7、集成运放A8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9和滑动变阻器Rp3组成；其中，所述集成运放A7的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp3的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp3的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A8的反相端与电阻R5的一端连接，并同时与电阻R3的一端连接；所述电阻R5的另一端连接地；所述电阻R3的另一端与集成运放A6的输出端连接；所述电阻R4的一端与集成运放A7的输出端连接，其另一端与集成运放A8的同相端连接；所述电阻R6连接集成运放A8的同相端和输出端之间。
所述量程调节放大电路II是由集成运放A9、电阻R7、电阻R8和滑动变阻器 Rp4组成；其中，所述集成运放A9的同相端与电阻R7一端连接；所述电阻R7的另一端与集成运放A8的输出端连接；所述电阻R8的一端连接地，其另一端接集成运放A9的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp4的一端；所述滑动变阻器Rp4的另一端与集成运放A9的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp4的滑动端。
所述显示模块是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)显示模块。
所述指示模块是LED(Light Emitting Diode，发光二极管)指示灯结构，包括红灯和蓝灯。
所述MCU模块与NB-IoT模块之间通过串口实现双向数据连接。
一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：
①上电，对终端装置进行初始化；
所述步骤①中的初始化是指：
(1)对MCU模块、ADC模块、LCD模块及NB-IoT模块的初始化，且由时钟电路模块为MCU模块提供时钟信号；
(2)设置基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的编号device_ID、MCU模块中程序延迟时间△t秒及漏水检测绳的绳长L米；
(3)初始化漏水检测绳，即对表示漏水检测绳工作电压的变量Vcc及表示其最小电压值的变量Vmin进行赋初值。
②由信号调理电路将漏水检测绳中的电流信号转换成电压信号，由MCU 模块驱动ADC模块对信号调理电路输出的电压信号进行采集，得到电压V，并判断该电压V与最小电压值Vmin的大小关系；
③若V<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时 LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1 秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
④若V>Vmin，MCU模块将进行延时10毫秒处理，由ADC模块再次进行电压信号采集，得到新电压Vnew，若新电压Vnew<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
⑤若新电压Vnew>Vmin，则指示灯模块的蓝灯灭，红灯亮，且蜂鸣器鸣响，此时，利用公式(5-1)计算漏水检测绳浸水部分长度与绳长的比值，即：
η＝Vnew/Vcc*100％ (5-1)
用η衡量漏水量的大小，对标志变量flag进行加1操作，并判断标志变量 flag是否等于1，若flag不等于1，则转向步骤⑥；若标志变量flag等于1，则令 Vold＝Vnew，新旧电压之差△V＝Vnew-Vold＝0，漏水速度S＝0，并转向步骤⑧；
⑥进一步判断标志变量flag是否等于2，若标志变量flag不等于2，则标志变量flag被清零，并转向步骤⑧；若标志变量flag等于2，则转向步骤⑦；
⑦先计算△V＝Vnew–Vold，然后进行新旧电压的更替Vold＝Vnew，
按照公式(7-1)计算漏水速度，单位为m/s：
S＝△V*L/(Vcc*△t) (7-1)
然后，令标志变量flag等于1；
⑧由显示模块对步骤⑤计算得到的漏水量η和由步骤⑤或步骤⑦计算得到的漏水速度S进行实时显示；
⑨将终端装置编号device_ID、漏水量η和漏水速度S信息按循序打包成一条数据，经串口发送AT+Command指令以驱动NB-IoT模块发送信息数据至指定云服务器；
⑩MCU模块中程序延时△t秒后，继续转向步骤②进行相应操作。
本发明的工作原理：漏水检测绳的传感部分是两条平行缠绕的检测芯，若未有水接触漏水检测绳，则两条检测芯间的电流为零；采用的两种信号调理电路，均保证了漏水检测绳两端电压恒定为Vcc，在漏水检测绳两端电压恒定的情况时，两条检测芯间的电流大小仅与漏水检测绳浸水部分的长度有关，浸水部分越长，两条检测芯间的电流越大，如图5所示。通过电流串联负反馈放大电路或电压并联负反馈放大电路将两条检测芯间的电流信号转换成电压信号。将漏水检测绳全部浸在水中，调节量程放大器中的滑动变阻器，使信号调理电路模块此时的输出电压为Vcc，完成量程调节。对信号调理电路模块输出的电压信号进行AD采集得到数字电压V，在MCU内对数字电压V进行计算和判断，通过计算V与Vcc的比值，粗略判断漏水量；通过相邻两次AD采集的电压V，判断漏水速度。若未检测到漏水，则不驱动NB-IoT 模块发送数据；若检测到漏水，则驱动NB-IoT模块发送信息数据至云服务器。
云服务器接收到NB-IoT发送的消息数据后，提取其中设备编号 device_ID,在数据库中通过查询device_ID获得关联用户的微信号或手机号，并将信息中包含的漏水量和漏水速度等信息发送至用户的微信小程序。
本发明的优越性在于：通过NB-IoT模块无线通信方式，用户可远程监测；通过使漏水检测绳两端电压恒定，进行漏水量和漏水速度的判断，具有一定的创新性；由于无线通信，该装置安装与更换简单，用户易操作。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置结构框图。
图2为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的基于电流串联负反馈放大器的信号调理电路示意图。
图3为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的基于电压并联负反馈放大器的信号调理电路示意图。
图4为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置工作方法流程示意图。
图5为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置中检测绳的工作原理示意图。
图6为本发明所涉一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的远程监测平台结构示意图。
图7为本发明所涉实施例1中的场景布线示意图。
(五)具体实施方式：
实施例1：一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置，如图1所示，其特征在于它包括漏水检测绳、NB-IoT模块、电源管理模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元由信号调理电路模块、ADC 模块、MCU模块、时钟电路模块、蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块构成；所述电源管理模块与漏水检测绳、NB-IoT模块及MCU模块连接，为其提供工作电源；所述MCU模块的输入端分别与NB-IoT模块和时钟电路模块连接，其输出端分别连接蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块；所述MCU模块与 NB-IoT模块以及ADC模块之间分别呈双向连接；所述信号调理电路模块的输入端与漏水检测绳连接，用于采集漏水检测绳中电流的变化数据，其输出端与ADC模块的输入端连接。
如图2所示，所述信号调理电路模块是基于电流串联负反馈放大电路的结构，由电流串联负反馈放大电路、差分放大电路、调零放大电路I和量程调节放大电路I构成，其中，所述差分放大电路用于将差分信号变为单端输出信号，所述调零放大电路I用于在无漏水时该电路输出0电压；所述电流串联负反馈放大电路的输出两端分别连接差分放大器电路的差分输入端；所述差分放大电路的输出端连接调零放大电路I的输入端；所述调零放大电路I的输出端连接量程调节放大电路I的输入端；所述量程调节放大电路I的输出端与 ADC模块的输入端连接。
所述电流串联负反馈放大电路是由集成运放A1、漏水检测绳、负载RL组成，如图2所示；其中，所述集成运放A1的同相端与Vcc电源端连接；所述漏水检测绳的一端连接地，其另一端接集成运放A1的反相端，并同时连接负载RL的一端；所述负载RL的另一端与集成运放A1的输出端连接。
所述差分放大电路是由集成运放A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4组成，如图2所示；其中，所述集成运放A2的同相端与电阻R1的一端连接，并同时连接R3的一端；所述电阻R1的另一端与集成运放A1的输出端连接；所述电阻R3的另一端连接地；所述电阻R2的一端与集成运放A1的反相端连接，其另一端与集成运放A2的反相端连接，并同时连接电阻R4的一端；所述电阻 R4的另一端与集成运放A2的输出端连接。
所述调零放大电路I是由集成运放A3、集成运放A4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、滑动变阻器Rp1组成，如图2所示；其中，所述集成运放A4的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp1的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp1的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻 R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A3的反相端与电阻R6的一端连接，并同时与电阻R8的一端连接；所述电阻R6的另一端与集成运放A4的输出端连接；所述电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R7的一端接地，其另一端与集成运放A3的同相端连接接，并同时连接电阻R5的一端；所述电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接。
所述量程调节放大电路I是由集成运放A5、电阻R10、电阻R11、滑动变阻器Rp2组成，如图2所示；其中，所述集成运放A5的同相端与电阻R10一端连接；所述电阻R10的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R11的一端连接地，其另一端接集成运放A5的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp2的一端；所述滑动变阻器Rp2的另一端与集成运放A5的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp2的滑动端。
所述显示模块是LCD显示模块。
所述指示模块是LED指示灯结构，包括红灯和蓝灯。
所述MCU模块与NB-IoT模块之间通过串口实现双向数据连接，如图1 所示。
一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的工作方法，如图4所示，其特征在于它包括以下步骤：
①上电，对终端装置进行初始化；
所述步骤①中的初始化是指：
(1)对MCU模块、ADC模块、LCD模块及NB-IoT模块的初始化，且由时钟电路模块为MCU模块提供时钟信号；
(2)设置基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的编号device_ID、MCU模块中程序延迟时间△t秒及漏水检测绳的绳长L米；
(3)初始化漏水检测绳，即对表示漏水检测绳工作电压的变量Vcc及表示其最小电压值的变量Vmin进行赋初值。
②由信号调理电路将漏水检测绳中的电流信号转换成电压信号，由MCU 模块驱动ADC模块对信号调理电路输出的电压信号进行采集，得到电压V，并判断该电压V与最小电压值Vmin的大小关系；
③若V<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1 秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
④若V>Vmin，MCU模块将进行延时10毫秒处理，由ADC模块再次进行电压信号采集，得到新电压Vnew，若新电压Vnew<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
⑤若新电压Vnew>Vmin，则指示灯模块的蓝灯灭，红灯亮，且蜂鸣器鸣响，此时，利用公式(5-1)计算漏水检测绳浸水部分长度与绳长的比值，即：
η＝Vnew/Vcc*100％ (5-1)
用η衡量漏水量的大小，对标志变量flag进行加1操作，并判断标志变量 flag是否等于1，若flag不等于1，则转向步骤⑥；若标志变量flag等于1，则令 Vold＝Vnew，新旧电压之差△V＝Vnew-Vold＝0，漏水速度S＝0，并转向步骤⑧；
⑥进一步判断标志变量flag是否等于2，若标志变量flag不等于2，则标志变量flag被清零，并转向步骤⑧；若标志变量flag等于2，则转向步骤⑦；
⑦先计算△V＝Vnew–Vold，然后进行新旧电压的更替Vold＝Vnew，按照公式(7-1)计算漏水速度，单位为m/s：
S＝△V*L/(Vcc*△t) (7-1)
然后，令标志变量flag等于1；
⑧由显示模块对步骤⑤计算得到的漏水量η和由步骤⑤或步骤⑦计算得到的漏水速度S进行实时显示；
⑨将终端装置编号device_ID、漏水量η和漏水速度S信息按循序打包成一条数据，经串口发送AT+Command指令以驱动NB-IoT模块发送信息数据至指定云服务器；
⑩MCU模块中程序延时△t秒后，继续转向步骤②进行相应操作。
云服务器接收到NB-IoT模块发送的消息数据后，提取其中设备编号 device_ID，并在云服务的数据库中通过查询device_ID获得关联用户的微信号或手机号，并将消息数据中的漏水量和漏水速度信息发送至用户，告知具体漏水情况，如图6所示。
实施例2：一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置，如图1所示，其特征在于它包括漏水检测绳、NB-IoT模块、电源管理模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元由信号调理电路模块、ADC 模块、MCU模块、时钟电路模块、蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块构成；所述电源管理模块与漏水检测绳、NB-IoT模块及MCU模块连接，为其提供工作电源；所述MCU模块的输入端分别与NB-IoT模块和时钟电路模块连接，其输出端分别连接蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块；所述MCU模块与 NB-IoT模块以及ADC模块之间分别呈双向连接；所述信号调理电路模块的输入端与漏水检测绳连接，用于采集漏水检测绳中电流的变化数据，其输出端与ADC模块的输入端连接。
所述信号调理电路模块是基于电压并联负反馈放大电路结构，如图3所示，它是由电压并联负反馈放大电路、调零放大电路II和量程调节放大电路 II构成；所述电压并联负反馈放大电路的输入端与Vcc电源端连接，其输出端与调零放大电路II的输入端连接；所述量程调节放大电路II的输入端连接调零放大电路的输出端，其输出端与ADC模块的输入端连接。
所述电压并联负反馈放大电路是由集成运放A6、漏水检测绳、电阻R1和电阻R2组成，如图3所示；其中，所述漏水检测绳的一端与Vcc电源端连接，其另一端连接集成运放A6的反相端；所述集成运放A6的同相端与电阻R2的一端；所述电阻R2的另一端接地；所述电阻R1连接集成运放A6的反相端和输出端之间；电阻R1和电阻R2的阻值均是500欧姆。
所述调零放大电路II是由集成运放A7、集成运放A8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9、滑动变阻器Rp3组成，如图3所示；其中，所述集成运放A7的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp3的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp3的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A8的反相端与电阻R5的一端连接，并同时与电阻R3的一端连接；所述电阻R5的另一端连接地；所述电阻R3的另一端与集成运放A6的输出端连接；所述电阻R4的一端与集成运放A7的输出端连接，其另一端与集成运放A8的同相端连接；所述电阻R6连接集成运放A8的同相端和输出端之间。
所述量程调节放大电路II是由集成运放A9、电阻R7、电阻R8、滑动变阻器 Rp4组成，如图3所示；其中，所述集成运放A9的同相端与电阻R7一端连接；所述电阻R7的另一端与集成运放A8的输出端连接；所述电阻R8的一端连接地，其另一端接集成运放A9的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp4的一端；所述滑动变阻器Rp4的另一端与集成运放A9的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp4的滑动端。
所述显示模块是LCD显示模块。
所述指示模块是LED指示灯结构，包括红灯和蓝灯。
所述MCU模块与NB-IoT模块之间通过串口实现双向数据连接，如图1 所示。
一种基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的工作方法，如图4所示，其特征在于它包括以下步骤：
①上电，对终端装置进行初始化；
所述步骤①中的初始化是指：
(1)对MCU模块、ADC模块、LCD模块及NB-IoT模块的初始化，且由时钟电路模块为MCU模块提供时钟信号；
(2)设置基于NB-IoT远程监测的可检测漏水量和漏水速度的终端装置的编号device_ID、MCU模块中程序延迟时间△t秒及漏水检测绳的绳长L米；
(3)初始化漏水检测绳，即对表示漏水检测绳工作电压的变量Vcc及表示其最小电压值的变量Vmin进行赋初值。
②由信号调理电路将漏水检测绳中的电流信号转换成电压信号，由MCU 模块驱动ADC模块对信号调理电路输出的电压信号进行采集，得到电压V，并判断该电压V与最小电压值Vmin的大小关系；
③若V<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时 LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1 秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
④若V>Vmin，MCU模块将进行延时10毫秒处理，由ADC模块再次进行电压信号采集，得到新电压Vnew，若新电压Vnew<Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时0.1秒，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
⑤若新电压Vnew>Vmin，则指示灯模块的蓝灯灭，红灯亮，且蜂鸣器鸣响，此时，利用公式(5-1)计算漏水检测绳浸水部分长度与绳长的比值，即：
η＝Vnew/Vcc*100％ (5-1)
用η衡量漏水量的大小，对标志变量flag进行加1操作，并判断标志变量flag是否等于1，若flag不等于1，则转向步骤⑥；若标志变量flag等于1，则令 Vold＝Vnew，新旧电压之差△V＝Vnew-Vold＝0，漏水速度S＝0，并转向步骤⑧；
⑥进一步判断标志变量flag是否等于2，若标志变量flag不等于2，则标志变量flag被清零，并转向步骤⑧；若标志变量flag等于2，则转向步骤⑦；
⑦先计算△V＝Vnew–Vold，然后进行新旧电压的更替Vold＝Vnew，按照公式(7-1)计算漏水速度，单位为m/s：
S＝△V*L/(Vcc*△t) (7-1)
然后，令标志变量flag等于1；
⑧由显示模块对步骤⑤计算得到的漏水量η和由步骤⑤或步骤⑦计算得到的漏水速度S进行实时显示；
⑨将终端装置编号device_ID、漏水量η和漏水速度S信息按循序打包成一条数据，经串口发送AT+Command指令以驱动NB-IoT模块发送信息数据至指定云服务器；
⑩MCU模块中程序延时△t秒后，继续转向步骤②进行相应操作。
云服务器接收到NB-IoT模块发送的消息数据后，提取其中设备编号 device_ID，并在云服务的数据库中通过查询device_ID获得关联用户的微信号或手机号，并将消息数据中的漏水量和漏水速度信息发送至用户，告知具体漏水情况，如图6所示。
本实施例中涉及的漏水检测线布线方法见图7，漏水检测线以操作台为轮廓，布线于其四周，主要用于家庭厨卧等场景，具有全天候监测家庭漏水情况，安全便捷的特点。

Claims (9)

1.一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于它包括漏水检测绳、NB-IoT模块、电源管理模块和电子系统单元；其中，所述电子系统单元由信号调理电路模块、ADC模块、MCU模块、时钟电路模块、蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块构成；所述电源管理模块与漏水检测绳、NB-IoT模块及MCU模块连接，为其提供工作电源；所述MCU模块的输入端分别与NB-IoT模块和时钟电路模块连接，其输出端分别连接蜂鸣器模块、显示模块和指示灯模块；所述MCU模块与NB-IoT模块以及ADC模块之间分别呈双向连接；所述信号调理电路模块的输入端与漏水检测绳连接，用于采集漏水检测绳中电流的变化数据，其输出端与ADC模块的输入端连接；
其工作方法包括以下步骤：
①上电，对终端装置进行初始化，即：
(1)对MCU模块、ADC模块、LCD模块及NB-IoT模块的初始化，且由时钟电路模块为MCU模块提供时钟信号；
(2)设置基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置的编号device_ID、MCU模块中程序延迟时间Δt秒及漏水检测绳的绳长L米；
(3)初始化漏水检测绳，即对表示漏水检测绳工作电压的变量Vcc及表示其最小电压值的变量Vmin进行赋初值；
②由信号调理电路将漏水检测绳中的电流信号转换成电压信号，由MCU模块驱动ADC模块对信号调理电路输出的电压信号进行采集，得到电压V，并判断该电压V与最小电压值Vmin的大小关系；
③若V＜Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时处理，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
④若V＞Vmin，MCU模块将进行延时处理，由ADC模块再次进行电压信号采集，得到新电压Vnew，若新电压Vnew＜Vmin，则指示灯模块的蓝灯亮，红灯灭，且蜂鸣器关闭，此时LCD显示模块将显示无漏水，标志变量flag被清零，由MCU模块进行延时处理，以防止LCD屏幕闪烁，重复步骤②；
⑤若新电压Vnew＞Vmin，则指示灯模块的蓝灯灭，红灯亮，且蜂鸣器鸣响，此时，利用公式(5-1)计算漏水检测绳浸水部分长度与绳长的比值，即：
η＝Vnew/Vcc*100％ (5-1)
用η衡量漏水量的大小，对标志变量flag进行加1操作，并判断标志变量flag是否等于1，若flag不等于1，则转向步骤⑥；若标志变量flag等于1，则令Vold＝Vnew，新旧电压之差ΔV＝Vnew-Vold＝0，漏水速度S＝0，并转向步骤⑧；
⑥进一步判断标志变量flag是否等于2，若标志变量flag不等于2，则标志变量flag被清零，并转向步骤⑧；若标志变量flag等于2，则转向步骤⑦；
⑦先计算ΔV＝Vnew-Vold，然后进行新旧电压的更替Vold＝Vnew，
按照公式(7-1)计算漏水速度，单位为m/s：
S＝ΔV*L/(Vcc*Δt) (7-1)
然后，令标志变量flag等于1；
⑧由显示模块对步骤⑤计算得到的漏水量η和由步骤⑤或步骤⑦计算得到的漏水速度S进行实时显示；
⑨将终端装置编号device_ID、漏水量η和漏水速度S信息按循序打包成一条数据，经串口发送AT+Command指令以驱动NB-IoT模块发送信息数据至指定云服务器；
⑩MCU模块中程序按照初始化时设定好的延迟时间Δt秒后，继续转向步骤②进行相应操作。
2.根据权利要求1所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述信号调理电路模块是基于电流串联负反馈放大电路的结构，由电流串联负反馈放大电路、差分放大电路、调零放大电路I和量程调节放大电路I构成，其中，所述差分放大电路用于将差分信号变为单端输出信号，所述调零放大电路I用于在无漏水时该电路输出0电压；所述电流串联负反馈放大电路的输出两端分别连接差分放大器电路的差分输入端；所述差分放大电路的输出端连接调零放大电路I的输入端；所述调零放大电路I的输出端连接量程调节放大电路I的输入端；所述量程调节放大电路I的输出端与ADC模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述电流串联负反馈放大电路是由集成运放A1、漏水检测绳及负载RL组成；其中，所述集成运放A1的同相端与Vcc电源端连接；所述漏水检测绳的一端连接地，其另一端接集成运放A1的反相端，并同时连接负载RL的一端；所述负载RL的另一端与集成运放A1的输出端连接。
4.根据权利要求2所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述差分放大电路是由集成运放A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4组成；其中，所述集成运放A2的同相端与电阻R1的一端连接，并同时连接R3的一端；所述电阻R1的另一端与集成运放A1的输出端连接；所述电阻R3的另一端连接地；所述电阻R2的一端与集成运放A1的反相端连接，其另一端与集成运放A2的反相端连接，并同时连接电阻R4的一端；所述电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接；
所述调零放大电路I是由集成运放A3、集成运放A4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9及滑动变阻器Rp1组成；其中，所述集成运放A4的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp1的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp1的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A3的反相端与电阻R6的一端连接，并同时与电阻R8的一端连接；所述电阻R6的另一端与集成运放A4的输出端连接；所述电阻R8的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R7的一端接地，其另一端与集成运放A3的同相端连接接，并同时连接电阻R5的一端；所述电阻R5的另一端与集成运放A2的输出端连接；
所述量程调节放大电路I是由集成运放A5、电阻Ri0、电阻R11及滑动变阻器Rp2组成；其中，所述集成运放A5的同相端与电阻R10一端连接；所述电阻R10的另一端与集成运放A3的输出端连接；所述电阻R11的一端连接地，其另一端接集成运放A5的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp2的一端；所述滑动变阻器Rp2的另一端与集成运放A5的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp2的滑动端。
5.根据权利要求1所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述信号调理电路模块是基于电压并联负反馈放大电路结构，它是由电压并联负反馈放大电路、调零放大电路II和量程调节放大电路II构成；所述电压并联负反馈放大电路的输入端与Vcc电源端连接，其输出端与调零放大电路II的输入端连接；所述量程调节放大电路II的输入端连接调零放大电路的输出端，其输出端与ADC模块的输入端连接。
6.根据权利要求5所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述电压并联负反馈放大电路是由集成运放A6、漏水检测绳、电阻R1和电阻R2组成；其中，所述漏水检测绳的一端与Vcc电源端连接，其另一端连接集成运放A6的反相端；所述集成运放A6的同相端与电阻R2的一端；所述电阻R2的另一端接地；所述电阻R1连接集成运放A6的反相端和输出端之间。
7.根据权利要求5所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述调零放大电路II是由集成运放A7、集成运放A8、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9和滑动变阻器Rp3组成；其中，所述集成运放A7的反相端与其输出端连接，其同相端与滑动变阻器Rp3的滑动端连接；所述滑动变阻器Rp3的一端连接地，其另一端连接电阻R9的一端；所述电阻R9的另一端连接Vcc电源端；所述集成运放A8的反相端与电阻R5的一端连接，并同时与电阻R3的一端连接；所述电阻R5的另一端连接地；所述电阻R3的另一端与集成运放A6的输出端连接；所述电阻R4的一端与集成运放A7的输出端连接，其另一端与集成运放A8的同相端连接；所述电阻R6连接集成运放A8的同相端和输出端之间；
所述量程调节放大电路II是由集成运放A9、电阻R7、电阻R8和滑动变阻器Rp4组成；其中，所述集成运放A9的同相端与电阻R7一端连接；所述电阻R7的另一端与集成运放A8的输出端连接；所述电阻R8的一端连接地，其另一端接集成运放A9的反相端，并同时连接滑动变阻器Rp4的一端；所述滑动变阻器Rp4的另一端与集成运放A9的输出端连接，并同时连接滑动变阻器Rp4的滑动端。
8.根据权利要求1所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述显示模块是LCD显示模块；所述指示模块是LED指示灯结构，包括红灯和蓝灯；所述MCU模块与NB-IoT模块之间通过串口实现双向数据连接。
9.根据权利要求1所述一种基于NB-IoT远程监测的能够检测漏水量和漏水速度的终端装置，其特征在于所述步骤③中的延时的时间是0.1秒；所述步骤④中V＞Vmin时的延时时间是10毫秒，Vnew＜Vmin时的延时时间是0.1秒。
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