一種基於單片機的檢測管道洩漏和自動關閉保護的水流監測系統及方法與流程
2023-05-18 05:47:51 5
本發明屬於自動化控制領域，具體涉及一種基於單片機的檢測管道洩漏和自動關閉保護的水流監測系統及方法。
背景技術：
不管是在家庭、辦公室、倉庫、工廠還是在其他建築中，自來水管道是建築物供水和排水所必須具備的結構，但是如果管道由於時間老化破裂或者由於其他因素而遭到破壞，那麼大量洩漏的自來水會對建築物結構以及建築物內部的物品造成破壞，如造成牆體進水，損壞家具等等。尤其是居民樓等高層建築，常常採用高壓供水的方式，如果在屋內沒有人的情況下出現了管道的洩漏，那麼大量的水將會以不受控制的方式進行釋放，造成嚴重的破壞，即使房屋內有人，但是沒有及時發現洩漏或者沒有及時關掉閥門，其造成的結果也可能是災難性的。
通過國內公開專利文獻檢索，檢索到公開號為cn104421487a的水管漏水自動關斷保護裝置，包括電磁水閥、水流開關、手控水管閥門，該方案解決了自來水出現長時間溢流時，能自動關斷水源並發出報警信號的問題，但該方案並沒有說明如何識別水管是否存在漏水現象並且不能識別日常用水和漏水的區別，比如沐浴用水或者洗衣機用水，所以該方案缺乏可操作性，因此該方案的技術方案與本專利有著本質的不同。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種水流監測系統，用於確定管道何時發生洩漏，並將日常用水和洩漏加以識別，以及在洩漏時及時採取一些措施來阻止管道洩漏擴大。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下：
一種基於單片機的檢測管道洩漏和自動關閉保護的水流監測系統及方法，包括第一流量監測器、控制裝置、動作裝置、第二流量監測器。所述第一流量監測裝置安裝在管道的上遊，以監測水流通過管道的流量；所述第二流量監測器安裝在下遊，用以監測下遊流量；所述控制裝置與流量監測裝置相關聯，包括計時器和比較器，通過比對上下遊流量來確定發生洩漏的持續時間是否超過預先設定時間或者洩漏量是否超過預先設定的洩漏量，如果其中一項指標超過預設值則控制裝置向動作裝置發出動作信號，如果洩漏時間和洩漏量均在超過預設值前停止，則計時器和比較器復位，準備下一次監測；所述動作裝置包括電磁閥門，當洩漏時長和洩漏量超過預設值時，對控制裝置發出的信號做出響應，閥門關閉。
附圖說明
圖1為本發明所述的水流監測系統示意圖。
圖2為本發明所述系統運行實例圖。
圖3為本發明所述的用於流量監測器的使用的發達觸發器電路。
圖4為本發明所述使計數器在斷開水流後重置的門電路。
圖5為本發明所述防止計數器在閥門關閉後復位的門電路。
元件標號說明
供水管道上遊1
供水管道下遊2
動作裝置3
第一流量監測器4
第二流量監測器5
放大器6
控制裝置7
頻率發生器8
計數器9
比較器10
電磁繼電器11
輸出電壓12
可調電阻器13
具體實施方式
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，以方便技術人員能夠通過本說明書所述內容輕易地了解本發明的優點和其他功效。本發明還可以通過其他不同的方案加以具體實施應用，本說明書的各項細節也可以在不違背本發明的宗旨的條件下進行修改和變動。
請參閱圖1～圖2，需要注意的是，本實施實例中所提供的圖示僅是以示意圖的形式說明本發明的思路，所以圖中本發明的有關部件並非完全是按照實際實施時的部件數目、形狀、尺寸等條件繪製的，在實際實施時部件的形態，數目等可以改變，甚至更為複雜。
一種基於單片機的檢測管道洩漏和自動關閉保護的水流監測系統及方法，如圖1所示，包括第一流量監測器4、第二流量監測器5、控制裝置7、動作裝置3組成。
如圖1所示，其中，所述第一流量監測器4安裝在供水管道的上遊1用於監測供水管中水的流量，並將信號傳輸給控制裝置7中的頻率發生器8，得到上遊水流的流量情況，第二流量監測器5安裝在供水管道的下遊2，由於在管道下遊水流的壓力降低導致所得信號較弱，所以第二流量監測器5的信號需要經過放大器6來進行信號的放大，然後輸送給計數器9。比較器10將來自頻率發生器8和計數器9的信號進行對比，如果兩者的信號差值大於預設的累計差值或則差值持續時間超過預設的時間，那麼比較器10將會給電磁繼電器11發送信號，使動作裝置啟動並關閉閥門從而阻止了水流的洩漏。流量監測器可以採用壓力傳感器，轉子流量計或者其他合適的流量監測手段。
在本發明的具體實施實例中，動作裝置3是一個電子閥門或者氣動閥門，值得注意的是在應用中也可以使用其他形式比如聲音或者視覺報警器來替代閥門。例如當比較器10監測到水管漏水時可以將信號發送給警報器從而使較遠位置處的值班人員知曉，從而採取人為措施手動關閉閥門並進行檢查管道是否存在其他問題。
在本發明的具體實施實例中，第一流量監測器4將信號發送到控制裝置7，並監測管內水流的流量。控制裝置7將實際的洩漏時間和預設的時間視為一個集合點，並將實際洩漏量和預設的洩漏量視為一個集合點。為防止一些流動損失等原因造成的監測誤差，在實際量與預設量在進行比較時會設置一些安全係數，以防止流動損失造成控制裝置誤判。當實際洩漏時間或者實際洩漏量超過預設值時，控制裝置7確定管道發生了洩漏或者異常的流動，控制裝置7發出信號來阻止管道的繼續洩漏，例如，在閥門作為動作裝置3時，接收到信號之後閥門關閉並且不管之後第一流量監測器4輸入何種信號，閥門仍然關閉。為了恢復管道的水流，必須手動復位。為了恢復管道的水流，需要手動復位控制裝置7和動作裝置3。該手動復位的目的在於確保有人意識到管道發生了洩漏或者異常流動。
計數器9可以設置兩個不同的時間段，第一允許時間段(t1)作為判斷洩漏時間的下限，第二允許時間段(t2)作為判斷洩漏事件的上限，第二允許時間段(t2)將等於或長於第一允許時間段(t1)。
此外，該計數器9還可以設置兩個不同的洩漏量，第一允許洩漏量(v1)作為判斷洩漏體積的下限，第二允許洩漏量(v2)作為判斷洩漏事件的上限，第二允許洩漏量(v2)將等於或大於第一允許洩漏量(v1)。
管道流量洩漏的持續時間和累體積可同時由控制裝置監視。所述控制裝置7在所述經過的時間或累積體積水平等於所述預設洩漏的相應設定點時，啟動所述動作裝置3。
如圖2所示為系統運行實例圖。線條箭頭停留位置即為該情況下所監測到的洩漏的持續時間和累計體積，經系統判斷後將採取不同的措施。
下面將對圖2進行具體說明：
1號線：管道的洩漏持續時間和洩漏累計體積均未達到第一允許設定點便停止，說明管內並未發生真正的洩漏。結果：計時器9和比較器10清零為準備下一次監測。
2號線：洩漏持續時間達到第一允許時間段，洩漏累計體積未達到第一允許洩漏量，說明管內並未發生真正的洩漏。結果：計時器9和比較器10清零為準備下一次監測。
3號線：洩漏累計體積達到第一允許洩漏量，洩漏持續時間未達到第一允許時間段，說明管內並未發生真正的洩漏。結果：計時器9和比較器10清零為準備下一次監測。
4號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
5號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
6號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
7號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
8號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
9號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
10號線：洩漏持續時間和累計體積均超過第一設定點，說明管內發生洩漏或異常流動。結果：閥門關閉，水流停止。
如圖3所示電路為可再觸發系統的流量監視條件下使用的放大器觸發器電路。實際的輸出電壓12通常是低電平。當第二流量監視器5被激勵時，實際輸出將是高電平。與第二流量監測器5相連的可調電阻器13的大小可以用來調整流量監測器的靈敏度。
如圖4所示門電路用於使計數器9保持一個恆定的計數，並且在監測數據達到設定點之前時，斷開水流後讓計數器重置為零。
如圖5所示門電路用於在閥門關閉或者警報響起之後防止計數器復位為零，並設定在正常流水時電壓為正。
本發明可以對建築物內的供水進行有效的監測，並在上述過程中說明了其方法，因此，本發明可以成功地實現，除此之外也可以用於工廠等地方的其他流體的監測。
上述示例僅舉例說明本發明的原理和功效，並不是限制本發明的保護範圍。因此，凡是在本發明所揭示的原理和技術思想下所進行的一切變動和修改，仍在本發明的權利要求保護範圍之內。