CN204405268U - 矩阵扫描式多点定位漏水监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，该装置含有微处理器、漏水检测模块和电源模块，漏水检测模块中含有漏水检测传感器矩阵和扫描驱动隔离电路；漏水检测传感器矩阵中含有N个按矩阵格式排列的漏水检测传感器，每行漏水检测传感器的第一信号线都连接在一起形成行扫描线，每列漏水检测传感器的第二信号线都连接在一起形成列扫描线；扫描驱动隔离电路中，微处理器的行扫描线依次通过第一总线收发器、光电耦合器后与漏水检测传感器矩阵的行扫描线连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线依次通过第二光电耦合器、总线收发器后与微处理器的列扫描线连接；本实用新型能够实现长期实时监测、多点同时精确定位，其通用性强、成本低。

Description

矩阵扫描式多点定位漏水监测装置

（一）、技术领域：本实用新型涉及一种漏水监测装置，特别是涉及一种矩阵扫描式多点定位漏水监测装置。

（二）、背景技术：目前，建筑行业发展迅速，各种新技术、新材料的应用让新的建筑更加美观、舒适，尤其是钢结构在大型建筑中已是不二的选择，其空间大、造型多变、施工高效的优点备受消费者青睐，大量应用于机场航站楼、火车站候车厅、体育场等场合。但是钢结构建筑物的屋面漏水是不得不面对的问题，其严重影响了建筑的高大形象及使用舒适性，近期发生的机场航站楼、火车站候车厅等场合的漏水情况较多，而且均是投入使用不久的新建筑，此类建筑在设计时已充分考虑了防水问题，但是因为面积巨大、结合点多，难以完全避免部分位置人工作业质量不合格，以及使用中发生的材质变形、老化损坏等种种状况的发生，进而引起漏水。因此，问题的关键不在于不让建筑漏水，而是如何及时检测出漏水点，进行维护修理，不让故障累积恶化，这样就可以保证建筑的使用舒适性、结构安全性。

现有用于建筑屋面漏水检测的技术主要有以下三种：一是微波方式；二是单点漏水检测仪；三是漏水检测线。微波方式是利用微波对介质的介电常数的敏感性来检测的，由于建筑物中各材质含水率不同引起介电常数不同，因此，通过微波就能检测出哪里出漏水了，其又叫微波测湿法；其缺点是覆盖区域小，而且其对于钢结构的材质基本无效。单点漏水检测仪可以分为电极法、光电法等等，其将探头置于水流潜在汇集的地方，当有水时就发出信号；其缺点是无法定位漏水点，对安装位置有要求，而且必须有足够大的水量。漏水检测线分为不定位、定位两种，一般是多芯线，当有水流经过检测线时，会改变检测线的阻值，控制器就可检测出信号的变化；其缺点是检测线成本较高，尤其是定位式检测线，主要是国外产品，每米达到百元，难以应用于大型建筑的屋面漏水检测，而且定位式仅能定位单点，无法实现多点定位。

（三）、实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，该漏水监测装置能够实现长期实时监测、多点同时精确定位，其通用性强、成本低。

本实用新型的技术方案：

一种矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，含有主控模块、漏水检测模块和

电源模块，主控模块中含有微处理器，漏水检测模块中含有漏水检测传感器矩阵和扫描驱动隔离电路；漏水检测传感器矩阵中含有N个按矩阵格式排列的漏水检测传感器，每个漏水检测传感器上设有第一信号线和第二信号线，每行漏水检测传感器的第一信号线都连接在一起形成行扫描线，每列漏水检测传感器的第二信号线都连接在一起形成列扫描线；扫描驱动隔离电路中含有第一总线收发器、第一光电耦合器、第二总线收发器和第二光电耦合器，微处理器的行扫描线依次通过第一总线收发器、第一光电耦合器后与漏水检测传感器矩阵的行扫描线连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线依次通过第二光电耦合器、第二总线收发器后与微处理器的列扫描线连接；电源模块为主控模块和漏水检测模块供电。

微处理器的行扫描线与第一总线收发器的输入端连接，第一总线收发器的输出端通过第一电阻与第一光电耦合器的发射端连接，第一光电耦合器的接收端通过第二电阻与漏水检测传感器矩阵的行扫描线连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线与第二光电耦合器的发射端连接，第二光电耦合器的接收端与第二总线收发器的输入端连接，第二光电耦合器的接收端还通过第三电阻接电源，第二总线收发器的输出端与微处理器的列扫描线连接。

第一总线收发器和第二总线收发器的作用是提高微处理器的I/O驱动能力以及接口电平匹配。第一光电耦合器和第二光电耦合器的作用是隔离微处理器电路与漏水检测传感器之间的电连接。微处理器与漏水检测传感器之间通过光电耦合器完全隔离，避免了漏水检测传感器中的干扰信号进入微处理器，影响微处理器的工作。

实际应用中，漏水检测传感器矩阵中的行扫描线和列扫描线的数量可根据监测环境大小的需要进行设定。漏水检测传感器矩阵中的各漏水检测传感器可根据需要布置在建筑物内表面的不同位置上，以实现多点检测漏水的目的。

主控模块中还含有 RS232收发器、RS232接口、存储器和指示灯，微处理器的第一通讯口通过RS232收发器与RS232接口连接，微处理器的串行数据口与存储器连接，微处理器的指示灯输出端与指示灯连接。指示灯含有工作指示灯、报警指示灯和矩阵扫描指示灯；漏水监测装置上电后，工作指示灯常亮；当监测到有漏水信号时，报警指示灯闪烁；当漏水监测装置处于扫描状态中时，矩阵扫描指示灯亮。存储器用于存放装置运行时要用到的参数和报警记录。

微处理器的型号为：STM32F107VCT6，RS232收发器的型号为：MAX3232，存储器的型号为：24C02，指示灯为LED指示灯，第一总线收发器和第二总线收发器的型号为：74LS245，第一光电耦合器和第二光电耦合器的型号为：TLP521。

漏水检测传感器为漏水感应线，第一信号线和第二信号线分别指漏水感应线的供电线和回路线。

漏水感应线的型号为：IVG-2L ，生产厂家：广州业高电子有限公司。该漏

水感应线由两芯检测线组成，两芯检测线通过接插头分别接到行扫描线与列扫描线上，便于施工以及维护时的区域屏蔽。漏水感应线外面有一层绝缘的带细孔的编织物，编织物可让漏水感应线平布于任何物体表面，细孔可以让水流有效通过并接触到漏水感应线，同时对水滴也有一定的吸附作用，保证检测的灵敏度，即使有很少量的水，也能够及时检测出来。如果没有达到液态水滴的程度，仅是空气中湿度较大，漏水感应线则不会检测到漏水，避免了误检测的干扰。

该矩阵扫描式多点定位漏水监测装置中还含有网络通讯模块，网络通讯模块中含有以太网PHY控制器和以太网接口，微处理器的第二通讯口通过以太网PHY控制器与以太网接口连接；电源模块还为网络通讯模块供电。以太网PHY控制器用于桥接微处理器的以太网模块以及网络的RJ45接头，起到以太网电源管理的作用。通过以太网接口可将多个漏水监测装置进行组网，形成一个漏水监测系统。

以太网PHY控制器的型号为：DP83848CVV。

电源模块中含有变压器、整流器和电压变换器，外部输入的交流市电通过变压器降压后，再经整流器整流成直流电，该直流电输入到电压变换器的输入端，电压变换器的输出为主控模块、漏水检测模块和网络通讯模块供电。

电压变换器的型号为：LM2596。

该矩阵扫描式多点定位漏水监测装置的工作流程是：上电初始化后，微处理器开始对漏水检测传感器矩阵进行扫描，首先置低第一个行扫描线，然后依次检测列扫描线，一旦检测到低，则说明对应网格内出现短路；然后置高第一个行扫描线，再依次置低其它的行扫描线，按照同样的方式进行检测，直至扫描一遍完毕。如果有短路点，则通过太网接口将漏水位置信息上传，同时指示灯闪烁；如果短路点，则延时后进入下一个扫描循环。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型应用于大型建筑（尤其是钢结构大型建筑）的屋面漏水检测，不仅能够实现长期实时监测、多点同时定位、漏水点定位准确，而且还具有组网功能，可实时将检测数据上传，并配合上位机图形界面进行定位，解决了以往对大型建筑进行漏水检测的难题。

    2、本实用新型通用性强，不受建筑材料影响，不受建筑物的形状、大小影响。矩阵分布的漏水检测传感器可以方便灵活地安装于任何材质上，还可以根据区域大小灵活增减漏水检测传感器数量。

3、本实用新型安装到位后，只要有电就能够长期工作，一检测到漏水信号，能够马上进行报警，具有长期性、实时性。而且，本实用新型具有自恢复能力，一旦漏水情况消除，就能自动恢复正常工作状态，做到免维护或少维护。

4、本实用新型将监测区域划分成一个个小的网格，然后在网格内布上漏水检测传感器进行检测定位，检测精度由网格的大小决定，可以根据需要进行增大或缩小（如2米*2米的网格，对于数万平方米的建筑来说，精度已经足够了），使用灵活方便。

5、本实用新型采用一套控制电路对多个漏水感应线进行控制，而且，漏水感应线可采用价格便宜的不定位形式的漏水感应线，因此，本实用新型的实施成本低。对于400米*100米的建筑屋面来说，如果用进口定位式漏水感应线，达到2米*2米的精度，得布置200条*100米+50条*400米共40000米漏水感应线，市场报价100元每米，则单纯漏水感应线达到400万元；配套的检测控制器一般最大只能带1500米漏水感应线，需要控制器27台，市场报价3000元每台，则需81000元；仅此两项硬件成本为408.1万元，而且这种方式无法实现多点同时定位。同样的情况下，本实用新型要用40000米的铜芯阻燃导线（6平方）做信号线，600元每百米，为24万元，每个网格用1米漏水感应线，需10000米，用国产不定位漏水感应线即可，市价8元每米，为8万元；一台检测控制器可以覆盖4096平方米，需要10台控制器，3000元每台，为3万元；总硬件成本为35万元。

（四）、附图说明：

图1为主控模块的电路原理示意图；

图2为扫描驱动隔离电路的电路原理示意图；

图3为漏水检测传感器矩阵的电路原理示意图；

图4为网络通讯模块的电路原理示意图；

图5为电源模块的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图5，图中，矩阵扫描式多点定位漏水监测装置含有主控模块、

漏水检测模块和电源模块，主控模块中含有微处理器U1，漏水检测模块中含有漏水检测传感器矩阵和扫描驱动隔离电路；漏水检测传感器矩阵中含有64个按矩阵格式排列的漏水检测传感器（S1-S64），每个漏水检测传感器上设有第一信号线1和第二信号线2，每行漏水检测传感器的第一信号线1都连接在一起形成行扫描线（L1-L8），每列漏水检测传感器的第二信号线2都连接在一起形成列扫描线（N1-N8）；扫描驱动隔离电路中含有第一总线收发器U7、第一光电耦合器（U15-U22）、第二总线收发器U9和第二光电耦合器（U31-U38），微处理器U1的行扫描线（PA0-PA7）依次通过第一总线收发器U7、第一光电耦合器（U15-U22）后与漏水检测传感器矩阵的行扫描线（L1-L8）连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线（N1-N8）依次通过第二光电耦合器（U31-U38）、第二总线收发器U9后与微处理器U1的列扫描线（PD0-PD7）连接；电源模块为主控模块和漏水检测模块供电。

微处理器U1的行扫描线（PA0-PA7）与第一总线收发器U7的输入端（A1-A8）连接，第一总线收发器U7的输出端（B1-B8）通过第一电阻RP1与第一光电耦合器（U15-U22）的发射端连接，第一光电耦合器（U15-U22）的接收端通过第二电阻（R10-R17）与漏水检测传感器矩阵的行扫描线（L1-L8）连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线（N1-N8）与第二光电耦合器（U31-U38）的发射端连接，第二光电耦合器（U31-U38）的接收端与第二总线收发器U9的输入端（B1-B8）连接，第二光电耦合器（U31-U38）的接收端还通过第三电阻RP3接电源VCC5，第二总线收发器U9的输出端（A1-A8）与微处理器U1的列扫描线（PD0-PD7）连接。

第一总线收发器U7和第二总线收发器U9的作用是提高微处理器U1的I/O驱动能力以及接口电平匹配。第一光电耦合器（U15-U22）和第二光电耦合器（U31-U38）的作用是隔离微处理器电路与漏水检测传感器之间的电连接。光电耦合器（U7、U9）与微处理器U1连接一侧采用5V电平，与漏水检测传感器（S1-S64）连接一侧采用12V电平，保证较长的信号线路依然有足够的驱动能力。微处理器U1与漏水检测传感器（S1-S64）之间通过光电耦合器（U7、U9）完全隔离，避免了漏水检测传感器（S1-S64）中的干扰信号进入微处理器U1，影响微处理器U1的工作。

实际应用中，漏水检测传感器矩阵中的行扫描线和列扫描线的数量可根据监测环境大小的需要进行设定，最大可达32*32条。漏水检测传感器矩阵中的各漏水检测传感器可根据需要布置在建筑物内表面的不同位置上，以实现多点检测漏水的目的。

主控模块中还含有RS232收发器U3、RS232接口、存储器U2、工作指示灯LED1、报警指示灯LED2和矩阵扫描指示灯LED3，微处理器U1的第一通讯口（PE2、PE3）通过RS232收发器U3与RS232接口连接，微处理器U1的串行数据口（PB6、PB7、PC10）与存储器U2连接，微处理器U1的指示灯输出端PC6、PC7、PC8分别与工作指示灯LED1、报警指示灯LED2和矩阵扫描指示灯LED3连接；漏水监测装置上电后，工作指示灯常亮LED1；当监测到有漏水信号时，报警指示灯LED2闪烁；当漏水监测装置处于扫描状态中时，矩阵扫描指示灯LED3亮。存储器U2用于存放装置运行时要用到的参数和报警记录。

微处理器U1的型号为：STM32F107VCT6，RS232收发器U3的型号为：MAX3232，存储器U2的型号为：24C02，工作指示灯LED1、报警指示灯LED2和矩阵扫描指示灯LED3均为LED指示灯，第一总线收发器U7和第二总线收发器U9的型号为：74LS245，第一光电耦合器（U15-U22）和第二光电耦合器（U31-U38）的型号为：TLP521。

漏水检测传感器（S1-S64）为漏水感应线，第一信号线1和第二信号线2分别指漏水感应线的供电线和回路线。

漏水感应线的型号为：IVG-2L ，生产厂家：广州业高电子有限公司。该漏

水感应线由两芯检测线组成，两芯检测线通过接插头分别接到行扫描线与列扫描线上，便于施工以及维护时的区域屏蔽。漏水感应线外面有一层绝缘的带细孔的编织物，编织物可让漏水感应线平布于任何物体表面，细孔可以让水流有效通过并接触到漏水感应线，同时对水滴也有一定的吸附作用，保证检测的灵敏度，即使有很少量的水，也能够及时检测出来。如果没有达到液态水滴的程度，仅是空气中湿度较大，漏水感应线则不会检测到漏水，避免了误检测的干扰。

该矩阵扫描式多点定位漏水监测装置中还含有网络通讯模块，网络通讯模块中含有以太网PHY控制器U100和以太网接口CN8，微处理器U1的第二通讯口（PA0-PA3、PA8、PB8、PB10-PB13、PC1-PC3、PC5、PD8-PD12）通过以太网PHY控制器U100与以太网接口CN8连接；电源模块还为网络通讯模块供电。以太网PHY控制器U100用于桥接微处理器U1的以太网模块以及网络的RJ45接头，起到以太网电源管理的作用。通过以太网接口可将多个漏水监测装置进行组网，形成一个漏水监测系统。

以太网PHY控制器U100的型号为：DP83848CVV。

电源模块中含有变压器T1、整流器（B1、B2）和电压变换器（U4、U5、U6），外部输入的交流220V市电通过变压器T1降压后，再经整流器（B1、B2）整流成直流电，该直流电输入到电压变换器（U4、U5、U6）的输入端，电压变换器（U4、U5、U6）的输出为主控模块、漏水检测模块和网络通讯模块供电。

电压变换器（U4、U5、U6）的型号为：LM2596。

电源模块输出三种直流电平，分别是3.3V、5V、12V，其中，12V用在漏水检测传感器矩阵上，3.3V、5V为主电路提供工作电压。

该矩阵扫描式多点定位漏水监测装置的工作流程是：上电初始化后，微处理器U1开始对漏水检测传感器矩阵进行扫描，首先置低第一个行扫描线L1，然后依次检测列扫描线N1，…，N8，一旦检测到低，则说明对应网格内出现短路；然后置高第一个行扫描线L1，再依次置低其它的行扫描线，按照同样的方式进行检测，直至扫描一遍完毕。如果有短路点，则通过以太网接口CN8将漏水位置信息上传，同时指示灯闪烁；如果短路点，则延时后进入下一个扫描循环。

Claims (10)

1.一种矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，含有主控模块、漏水检测模块和电源模块，其特征是：主控模块中含有微处理器，漏水检测模块中含有漏水检测传感器矩阵和扫描驱动隔离电路；漏水检测传感器矩阵中含有N个按矩阵格式排列的漏水检测传感器，每个漏水检测传感器上设有第一信号线和第二信号线，每行漏水检测传感器的第一信号线都连接在一起形成行扫描线，每列漏水检测传感器的第二信号线都连接在一起形成列扫描线；扫描驱动隔离电路中含有第一总线收发器、第一光电耦合器、第二总线收发器和第二光电耦合器，微处理器的行扫描线依次通过第一总线收发器、第一光电耦合器后与漏水检测传感器矩阵的行扫描线连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线依次通过第二光电耦合器、第二总线收发器后与微处理器的列扫描线连接；电源模块为主控模块和漏水检测模块供电。

2.根据权利要求1所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述微处理器的行扫描线与第一总线收发器的输入端连接，第一总线收发器的输出端通过第一电阻与第一光电耦合器的发射端连接，第一光电耦合器的接收端通过第二电阻与漏水检测传感器矩阵的行扫描线连接，漏水检测传感器矩阵的列扫描线与第二光电耦合器的发射端连接，第二光电耦合器的接收端与第二总线收发器的输入端连接，第二光电耦合器的接收端还通过第三电阻接电源，第二总线收发器的输出端与微处理器的列扫描线连接。

3.根据权利要求2所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述主控模块中还含有 RS232收发器、RS232接口、存储器和指示灯，微处理器的第一通讯口通过RS232收发器与RS232接口连接，微处理器的串行数据口与存储器连接，微处理器的指示灯输出端与指示灯连接。

4.根据权利要求3所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述微处理器的型号为：STM32F107VCT6，RS232收发器的型号为：MAX3232，存储器的型号为：24C02，指示灯为LED指示灯，第一总线收发器和第二总线收发器的型号为：74LS245，第一光电耦合器和第二光电耦合器的型号为：TLP521。

5.根据权利要求1所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述漏水检测传感器为漏水感应线，第一信号线和第二信号线分别指漏水感应线的供电线和回路线。

6.根据权利要求5所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述漏水感应线的型号为：IVG-2L 。

7.根据权利要求1所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：还含有网络通讯模块，网络通讯模块中含有以太网PHY控制器和以太网接口，微处理器的第二通讯口通过以太网PHY控制器与以太网接口连接；电源模块还为网络通讯模块供电。

8.根据权利要求7所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述以太网PHY控制器的型号为：DP83848CVV。

9.根据权利要求7所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述电源模块中含有变压器、整流器和电压变换器，外部输入的交流市电通过变压器降压后，再经整流器整流成直流电，该直流电输入到电压变换器的输入端，电压变换器的输出为主控模块、漏水检测模块和网络通讯模块供电。

10.根据权利要求9所述的矩阵扫描式多点定位漏水监测装置，其特征是：所述电压变换器的型号为：LM2596。