CN211236021U

CN211236021U - 一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统

Info

Publication number: CN211236021U
Application number: CN201921760439.9U
Authority: CN
Inventors: 卞艺杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2029-10-21

Abstract

本实用新型公开了一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，监视器包括第一蓝牙Mesh模块、浸水检测电路和光电池，浸水检测电路用于完成浸水检测，第一蓝牙Mesh模块由浸水检测告警信号唤醒，发送浸水告警广播消息给控制器，光电池用于给监视器供电，监视器间支持蓝牙中继传输；控制器包括单片机系统、第二蓝牙Mesh模块、继电器、电磁阀和电源模块，单片机系统用于完成浸水保护控制，第二蓝牙Mesh模块用于接收各监视器发送的浸水告警广播消息，并传送给单片机系统；继电器用于接收单片机系统控制，在发生浸水告警时关闭，使电磁阀断电切断水路；电源模块为系统提供所需电源。本实用新型浸水保护系统网络化，扩展性强，能够适应从一个节点到上千节点的需求。

Description

一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统

技术领域

本实用新型涉及物联网领域，具体涉及一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统。

背景技术

日常生活中，时常遇到家中无人时，自来水因为意外(如临时停水忘记关闭阀门)或者管道破裂导致漏水，致使家中发生意外水灾，造成财产损失。

市面上已有的浸水保护系统，通常采用浸水检测器和控制器架构，其浸水检测终端功耗较大，需要外供电源，不利于安装部署。此外，实现多点监控时，浸水检测终端和控制器之间采用线缆或短距离无线通讯连接，无法便捷地实现大范围的浸水监控，无法动态增加浸水检测节点。而随着居住面积和办公场地的增加，浸水检测位置的数目也需增加，由此需要实现低功耗、网络化的浸水保护系统，从而满足从单个浸水检测位置到多个检测位置的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，包括控制器和多个监视器，控制器和监视器之间通过蓝牙Mesh网络通讯，监视器之间支持蓝牙中继传输，其中监视器包括第一蓝牙Mesh模块、浸水检测电路和光电池，其中浸水检测电路用于完成浸水检测，所述第一蓝牙Mesh模块与浸水检测电路连接，由浸水检测告警信号唤醒，发送浸水告警广播消息给控制器，消息中会携带监视器蓝牙网络地址，光电池给监视器提供电源；所述控制器包括单片机系统、第二蓝牙Mesh模块、继电器、电磁阀和电源模块，其中单片机系统用于完成浸水保护控制，所述第二蓝牙Mesh模块与单片机系统连接，用于接收各监视器发送的浸水告警广播消息，并传送给单片机系统；所述继电器与单片机系统、电磁阀连接，用于接收单片机系统控制，在发生浸水告警时关闭，使电磁阀断电切断水路；所述电源模块与单片机系统、继电器连接，为控制器提供所需电源。进一步的，所述浸水检测电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一金属检测点T1和第二金属检测点T2，具体电路连接如图3所示。所述比较器的同相输入端连接第一金属检测点T1、第一电阻R1，所述第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2、第四电阻R4；所述比较器的反相输入端连接第二电阻R2的另一端、第三电阻R3，所述第三电阻R3的另一端接地；所述比较器的输出端连接第四电阻R4的另一端、第一蓝牙Mesh模块；所述第二金属检测点T2接地，与第一金属检测点T1有间隔距离，金属触点距离地面的高度旋转可调。

进一步的，所述比较器采用ST公司的低电压比较器LMV331，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值分别为：1M，500K，500K和100K；所述第一蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，比较器的输出端和JDY-10M模块的K1引脚相连。

进一步的，所述光电池采用Sol Chip公司的SCP-R1800光电池，内置光能量收集器、电池、管理电路和电压调压器，当光电池负载所需能量小于光能量收集器所采集的能量时，管理电路控制光电池同时对外部提供能量并对内部电池充电，当光能量采集器无法提供负载所需能量时，管理电路控制内部电池自动提供能量给负载，最终由电压调节器调节输出电压至监视器所需供电。

进一步的，所述控制器还包括LED灯，所述LED灯与单片机系统连接。

更进一步的，所述控制器还包括外部主机和手机模块，所述外部主机、手机模块与单片机系统连接。

更进一步的，所述单片机系统通过三个串口分别与外部主机、手机模块和第二蓝牙Mesh模块相连，通过IO输出口与LED及继电器相连。

更进一步的，所述控制器的单片机系统采用Arduino Nano模块，第二蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，手机模块采用SIM800C，继电器采用HFD23；所述Arduino Nano模块IO的D4和D8模拟软串口1连接JDY-10M模块，D7和D9模拟软串口2连接SIM800C，模块自带串口经过USB转串口电路后连接外部主机，用于主机调试和输出异常信息，Arduino Nano模块D2控制继电器开关，电源经过继电器后输出给电磁阀供电，ArduinoNano模块D3控制LED灯，用于指示系统工作状态。

更进一步的，所述电源模块向继电器提供24V电源，向Arduino Nano模块和SIM800C模块提供12V电源，由Arduino Nano模块输出3.3V电源提供给JDY-10M。

本实用新型与现有技术相比，其优点在于：1）浸水监视器功耗低，采用光电池即可长时间工作无需更换电池，浸水检测电路可靠，能够适应各种杂质的水的检测；2）整个浸水保护系统网络化，扩展性强，能够适应从一个节点到上千节点的需求；3）监视器之间支持蓝牙中继传输，突破单个蓝牙模块传输距离短的限制，实现蓝牙远距离传输。

附图说明

图1为本实用新型浸水保护系统框图。

图2为本实用新型控制器系统框图。

图3为本实用新型监视器实施原理图。

图4为本实用新型监视器光电池框图。

图5为本实用新型控制器实施原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本实用新型方案。

蓝牙Mesh网络可用于构建多对多设备通信的低功耗蓝牙拓扑网络。它允许创建基于多个设备节点的大型网络，网络可以包括数百甚至数千台低功耗蓝牙Mesh设备，设备之间可以进行可靠安全的通讯，同时蓝牙Mesh网络的传输接力功能，能够突破传统蓝牙的传输距离限制，进行远距离传输。因此本实用新型提出一种基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，能够实现网络化浸水检测、告警和保护，并且浸水检测终端低功耗且能适应含有不同杂质的浸水检测。该方案能满足浸水检点数目从一个到数千个的需求，不仅适用于家庭浸水检测保护，还能扩展至库房、仓库等面积更大场所的浸水检测保护需求。

基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统采用分布式架构，系统构成如图1-2所示，包括控制器和多个监视器，控制器和监视器之间通过蓝牙Mesh网络通讯，其中监视器包括第一蓝牙Mesh模块和浸水检测电路，其中浸水检测电路用于完成浸水检测，所述第一蓝牙Mesh模块与浸水检测电路连接，由浸水检测告警信号唤醒，发送浸水告警广播消息给控制器，消息中会携带监视器蓝牙网络地址；所述控制器包括单片机系统、第二蓝牙Mesh模块、继电器、电磁阀和电源模块，其中单片机系统用于完成浸水保护控制，所述第二蓝牙Mesh模块与单片机系统连接，用于接收各监视器发送的浸水告警广播消息，并传送给单片机系统；所述继电器与单片机系统、电磁阀连接，用于接收单片机系统控制，在发生浸水告警时关闭，使电磁阀断电切断水路；所述电源模块与单片机系统、继电器连接，为控制器提供所需电源。

本实用新型监视器负责完成浸水检测，不同检测位置的监视器通过蓝牙网络地址识别，当检测到浸水后，监视器通过蓝牙Mesh网络发送浸水告警给控制器，监视器之间支持蓝牙中继传输；控制器负责接收来自各个监视器的浸水告警信息，根据其中携带的监视器蓝牙网络地址获取具体发生浸水的位置，控制器关闭电磁水阀。

考虑到浸水检测的可靠性，一些实施例中，所述浸水检测电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一金属检测点T1和第二金属检测点T2，具体电路连接如图3所示。所述比较器的同相输入端连接第一金属检测点T1、第一电阻R1，所述第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2、第四电阻R4；所述比较器的反相输入端连接第二电阻R2的另一端、第三电阻R3，所述第三电阻R3的另一端接地；所述比较器的输出端连接第四电阻R4的另一端、第一蓝牙Mesh模块；所述第二金属检测点T2接地，与第一金属检测点T1有间隔距离，金属触点距离地面的高度旋转可调。

上述比较器电路中，R1和T1、T2探测点构成一个分压网络，T1接到电压比较器的正端，R2和R3构成分压网络，R3的一端接到电压比较器的负端，比较器输出经过电阻R4上拉，输入到第一蓝牙Mesh模块的中断引脚端。当T1和T2未和水面接触时，T1和T2之间断路，比较器正端电压大于负端电压，比较器输出为高电平，当T1和T2和水面接触时，由于含有杂质的水具有导电性，T1和T2之间电阻值为R_w，比较器的正端电压低于负端电压，比较器输出低电平。比较器输出信号经过上拉后接入第一蓝牙Mesh模块，蓝牙模块平时处于深度睡眠状态，仅周期性和控制器进行心跳通讯。当比较器输出电平发生从高到低变化时，蓝牙模块被唤醒，发送浸水告警广播消息给控制器，消息中会携带本模块的蓝牙网络地址。

由于水的电阻率随含有的杂质不同而变化，采用图3所示的浸水检测电路，允许水的阻值范围变化计算如下：3*R_w/(R_w+R1)<3*R2/(R1+R2)，R_w<1M，即水的电阻在1M欧范围内变化时，该浸水检测电路均可以检测。采用上述浸水检测电路能够适应很大范围内水的阻值变化，且功耗低，检测可靠。由于T1和T2金属触点距离地面的高度旋转可调，所以上述浸水检测电路能够满足不同水位检测的需求。此外，由于蓝牙模块平时处于深度睡眠状态，仅仅周期性接收广播消息，监视器消耗平均电流低于光电池能量采集器所提供的能量，当浸水检测电路输出发生电平变化时，蓝牙模块会被唤醒，发送浸水告警信息至控制器，然后继续进入深度睡眠。通过蓝牙发送告警信息时，由光电池内部的电池就能提供所需能量。

作为一种更具体实现方式，所述比较器采用ST公司的低电压比较器LMV331，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值分别为：1M，500K，500K和100K。所述第一蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，比较器的输出端和JDY-10M模块的K1引脚相连。也可以根据实际需求采用其他规格型号。所述电池采用Sol Chip公司的SCP-R1800光电池。

这种实现方式中，蓝牙模块平时平均消耗电流约为50微安，浸水检测电路电流为22微安，静态平均总消耗电流为72微安，SCP-R1800室内光照情况下想能够持续提供110UA电流，峰值电流为125ma，完全能够满足监视器电源需求。

为了提高信号监测的可视化，一些实施例中，所述控制器还包括LED灯，所述LED灯与单片机系统连接。通过单片机系统控制闪烁频率，直观显示浸水告警状态，例如在监视节点状态正常时，控制器LED灯慢闪，在监视节点状态异常即发生浸水情况时，控制器将LED灯快闪。为了提高系统与操作人员的信息交互，一些实施例中，所述控制器还包括外部主机和手机模块，所述外部主机、手机模块与单片机系统连接。通过单片机系统将浸水告警信息和浸水位置发送给外部主机和/或手机模块，操作人员能够及时掌握浸水告警状况。

此外，考虑到浸水保护控制的稳定性，一些实施例中，所述单片机系统通过三个串口分别与外部主机、手机模块和第二蓝牙Mesh模块相连，通过IO输出口与LED及继电器相连。

作为一种更具体实现方式，所述控制器的单片机系统采用Arduino Nano模块，第二蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，手机模块采用SIM800C，继电器采用HFD23。所述Arduino Nano模块IO的D4和D8模拟软串口1连接JDY-10M模块，D7和D9模拟软串口2连接SIM800C，模块自带串口经过USB转串口电路后连接外部主机，用于主机调试和输出异常信息，Arduino Nano模块D2控制继电器开关，电源经过继电器后输出给电磁阀供电，Arduino Nano模块D3控制LED灯，用于指示系统工作状态，具体连接如图5所示。

进一步的，所述电源模块向继电器提供24V电源，向ArduinoNano模块和SIM800C模块提供12电源，由ArduinoNano模块输出3.3V电源提供给JDY-10M。

控制器和监视器上的JDY-10M模块的网络名称和广播名称配置相同，蓝牙网络地址从1~255之间任意分配，确保每个模块网络地址不同即可。控制器和监视器上电后，JDY-10M自动组网，正常状态下，控制器软件将LED灯慢闪，控制器周期性通过串口发送心跳命令给JDY-10M，蓝牙模块向Mesh网络中的监视器节点发送心跳信息，监视器收到心跳信息后，JDY-10M模块发送响应消息，消息中携带监视器蓝牙模块网络地址，控制器接收监视器心跳响应信息，检查其中的蓝牙网络地址，确认是期望的蓝牙设备节点。如果一段时间内期望的监视器没有心跳响应，则控制器将LED灯快闪，提示用户网络中有监视器节点异常，同时会将具体监视器网络地址信息通过主机串口输出。

当监视器检测到浸水信息时主动广播浸水告警信息，告警信息中携带监视器蓝牙模块网络地址，控制器接收到该信息后会首先控制D2关闭继电器，电磁阀断电，从而切断水路，进行保护，同时分析告警信息中的监视器蓝牙地址，通过SIM800C模块向用户发送具体浸水位置告警短信。

Claims

1.基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，包括控制器和多个监视器，控制器和监视器之间通过蓝牙Mesh网络通讯，监视器间支持蓝牙中继传输，其中监视器包括第一蓝牙Mesh模块、浸水检测电路和光电池，其中浸水检测电路用于完成浸水检测，所述第一蓝牙Mesh模块与浸水检测电路连接，由浸水检测告警信号唤醒，发送浸水告警广播消息给控制器，消息中会携带监视器蓝牙网络地址，光电池给监视器提供电源；所述控制器包括单片机系统、第二蓝牙Mesh模块、继电器、电磁阀和电源模块，其中单片机系统用于完成浸水保护控制，所述第二蓝牙Mesh模块与单片机系统连接，用于接收各监视器发送的浸水告警广播消息，并传送给单片机系统；所述继电器与单片机系统、电磁阀连接，用于接收单片机系统控制，在发生浸水告警时关闭，使电磁阀断电切断水路；所述电源模块与单片机系统、继电器连接，为控制器提供所需电源。

2.根据权利要求1所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述浸水检测电路包括比较器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一金属检测点T1和第二金属检测点T2；所述比较器的同相输入端连接第一金属检测点T1、第一电阻R1，所述第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2、第四电阻R4；所述比较器的反相输入端连接第二电阻R2的另一端、第三电阻R3，所述第三电阻R3的另一端接地；所述比较器的输出端连接第四电阻R4的另一端、第一蓝牙Mesh模块；所述第二金属检测点T2接地，与第一金属检测点T1有间隔距离，金属触点距离地面的高度旋转可调。

3.根据权利要求2所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述比较器采用ST公司的低电压比较器LMV331，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值分别为：1M，500K，500K和100K；所述第一蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，比较器的输出端和JDY-10M模块的K1引脚相连。

4.根据权利要求1所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述光电池采用Sol Chip公司的SCP-R1800光电池，内置光能量收集器、电池、管理电路和电压调压器，当光电池负载所需能量小于光能量收集器所采集的能量时，管理电路控制光电池同时对外部提供能量并对内部电池充电，当光能量采集器无法提供负载所需能量时，管理电路控制内部电池自动提供能量给负载，最终由电压调节器调节输出电压至监视器所需供电。

5.根据权利要求1或4所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述控制器还包括LED灯，所述LED灯与单片机系统连接。

6.根据权利要求5所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述控制器还包括外部主机和手机模块，所述外部主机、手机模块与单片机系统连接。

7.根据权利要求6所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述单片机系统通过三个串口分别与外部主机、手机模块和第二蓝牙Mesh模块相连，通过IO输出口与LED及继电器相连。

8.根据权利要求7所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述控制器的单片机系统采用Arduino Nano模块，第二蓝牙Mesh模块采用低功耗蓝牙Mesh模块JDY-10M，手机模块采用SIM800C，继电器采用HFD23；所述Arduino Nano模块IO的D4和D8模拟软串口1连接JDY-10M模块，D7和D9模拟软串口2连接SIM800C，模块自带串口经过USB转串口电路后连接外部主机，用于主机调试和输出异常信息，Arduino Nano模块D2控制继电器开关，电源经过继电器后输出给电磁阀供电，Arduino Nano模块D3控制LED灯，用于指示系统工作状态。

9.根据权利要求8所述的基于低功耗蓝牙Mesh网络的浸水保护系统，其特征在于，所述电源模块向继电器提供24V电源，向ArduinoNano模块和SIM800C模块提供12V电源，由ArduinoNano模块输出3.3V电源提供给JDY-10M。