一種檢測管道洩漏的封閉球系統的製作方法

2023-12-01 22:18:11 3

本發明涉及一種管道測漏裝置，特別是涉及了一種檢測管道洩漏的封閉球系統。

背景技術：

管網洩漏是造成水資源浪費的重大問題之一。水管洩漏在造成寶貴的自來水白白流失的同時，不但給供水企業帶來巨大的經濟損失，還加大了水的二次汙染的可能性。由於我國供水基礎設施嚴重不足，供水能力有待提高，現有的供水基礎設施陳舊、老化，因政府資金困難不能及時改造及管理不佳造成管網洩漏的事故頻繁發生，並且因為我國漏損控制工作起步較晚，檢測水平和檢測方法與國外相比存在一定的差距，國外發達城市的供水管網漏失率只有8-20％，而我國國內城市平均要達到25-45％。

然而，國內現有的大部分管道測漏裝置，只適用於離地面較近或是在地面上的管道，採用聽音等方式可以直接測出洩漏點。對於埋藏較深，信號無法傳輸的管道，則是採用探測器配合安裝在管道節點的信號發射、接收器來識別和定位洩漏點。

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在問題，本發明的目的在於提出了一種檢測管道洩漏的封閉球系統，使用方便、適用面廣、成本低廉，用以檢測管道洩漏。

本發明的技術方案是：

本發明包括計算機、串口轉換器、無線發訊器、封閉球和無線充電組件；計算機經串口轉換器和無線發訊器連接，無線發訊器與封閉球無線連接，封閉球在管道中沿管道內壁滾動，封閉球置於無線充電組件上進行充電。

所述的封閉球包括上球殼和下球殼以及安裝在上、下球殼內的控制電路板、鋰電池和無線充電接收線圈，上球殼與下球殼間通過膠接方式固連，控制電路板和無線發訊器無線通信連接，控制電路板固定安裝在上球殼內，鋰電池和無線充電接收線圈被壓板固定在下球殼內，鋰電池分別和無線充電接收線圈、控制電路板連接進行供電。

所述的無線充電組件包括充電座和裝在充電座上的無線充電發送線圈，無線充電發送線圈固定在充電座上，無線充電發送線圈與外部的電源適配器相連，無線充電發送線圈和所述封閉球的無線充電接收線圈電磁連接實現無線充電。

所述的控制電路板包括單片機控制電路、供電電路、電壓轉換電路、數據存儲電路、陀螺儀連接電路、聲音傳感器連接電路和無線通信模塊連接電路；

1)單片機控制電路：採用單片機atmega128作為主控晶片，PEN腳經電阻R7接地，PE0腳和PE1腳接陀螺儀連接電路，PD2腳和PD3腳接無線通信模塊連接電路，RESET腳分別經電容C1相連、並聯復位開關S1後接地，同時RESET腳串聯電阻R6後接VCC，XTAL2腳、XTAL1腳之間並聯晶振後分別通過電容C2、電容C3接地，PF4腳經電阻R1接VCC，PF4腳同時連接J-TAG接口1腳，PF5腳經電阻R2接VCC，PF5腳同時連接J-TAG接口5腳，PF6腳經電阻R3接VCC，PF6腳同時連接J-TAG接口3腳，PF7腳經電阻R4接VCC，PF7腳同時連接J-TAG接口9腳，PC7腳經LED燈D3接地，PC6腳經LED燈D2接地，AVCC腳經電感L1接VCC並同時經C5接地，AREF腳經C4接地，J-TAG接口的4腳接VCC，J-TAG接口的6腳接單片機的RESET腳；

2)供電電路：採用5V電壓輸入為電路板供電，供電方式有兩種，分別是USB供電和5V電壓供電，電源正極經電源開關POWER-SW、負極接地，電阻R5與LED燈D1的串聯電路與電容C6、電容C7並聯，電容C6靠近電源正極端引為VCC，USB接線端的1腳接電源正極，5腳接地；

3)電壓轉換電路：利用AMS1117晶片將5V電壓轉為3.3V電壓，晶片1腳接地，2腳經電容C9後接地，3腳接VCC，4腳經電容C8接地；

4)數據存儲電路：選用SD卡作為數據存儲器，1腳、2腳、5腳和7腳分別經電阻R11、電阻R10、電阻R9和電阻R8後均接VCC3.3，4腳接VCC3.3，1腳接單片機的TOSC2腳，2腳接單片機的PB2腳，5腳接單片機的PD1腳，7腳接單片機的PB3腳；

5)陀螺儀模塊連接電路：包括與陀螺儀連接的陀螺儀接口模塊，陀螺儀接口模塊的1腳-3腳分別連接單片機的PE0腳和PE1腳，陀螺儀接口模塊的3腳接地，4腳接VCC；

6)聲音傳感器連接電路：包括與聲音傳感器連接的聲音傳感器接口模塊，其1腳接單片機的PF0腳，3腳接VCC，4腳接地；

7)無線通信模塊連接電路：包括無線通信接口模塊，其1腳接VCC，2腳接單片機的PD2腳，3腳接單片機的PD3腳，4腳接地。

所述的串口轉換器的型號為PL2303HX模塊，無線發訊器的型號為無線串口模塊DL-20。

所述的無線充電接收線圈和無線充電發送線圈的型號為XKT-801，電源適配器的型號為YG-24W。

本發明與背景技術相比，具有的有益效果是：

本發明利用該測漏球系統，可以對深地管道、金屬管道等與外界無法即時信號交換的管道進行洩漏點定位；

適用於現成的管道系統，不需要對管道進行傳感器安裝等額外改動；操作和控制簡便，很容易便可以使用；

選用合適的無線充電裝置以及無線通信裝置，從而移除了球殼的接線口，在很大程度上降低了防水密封的難度；

本洩漏檢測球對於輸送不同流體的管道，只需更換配重，調節識別算法即可，能以很低的成本獲得最大的效益。

本發明所涉及的接口標準，結構簡單，檢測步驟簡易，具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為檢測球總體硬體結構。

圖2為上半球結構示意圖。

圖3為上半球結構正面剖視圖。

圖4為上半球結構俯視圖。

圖5為下半球結構正面剖視圖。

圖6為下半球結構俯視圖。

圖7為充電座結構示意圖。

圖8為充電座正面剖視圖。

圖9為充電座俯視圖。

圖10為單片機控制電路圖。

圖11為供電電路圖。

圖12為電壓轉換電路圖。

圖13為數據存儲電路圖。

圖14為陀螺儀模塊連接電路圖。

圖15為聲音傳感器連接電路圖。

圖16為無線通信模塊連接電路圖。

圖中：1、計算機，2、無線充電發送線圈，3、螺母，4、電源適配器，5、螺栓，6、充電座，7、下球殼，8、上球殼，9、無線發訊器，10、串口轉換器，11、控制電路板，12、無線充電接收線圈，13、壓板，14、鋰電池，15、單片機控制電路，16、供電電路，17、電壓轉換電路，18、數據存儲電路，19、陀螺儀連接電路，20、聲音傳感器連接電路，21、無線通信模塊連接電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1所示，本發明包括計算機1、串口轉換器10、無線發訊器9、封閉球和無線充電組件；計算機1經串口轉換器10和無線發訊器9連接，無線發訊器9與封閉球無線連接，封閉球在管道中沿管道內壁滾動，封閉球置於無線充電組件上進行充電。

如圖2～圖9所示，封閉球包括上球殼8和下球殼7以及安裝在上、下球殼8、7內的控制電路板11、鋰電池14和無線充電接收線圈12，上球殼8與下球殼7間通過膠接方式固連，控制電路板11和無線發訊器9無線通信連接。如圖2～圖4所示，控制電路板11經螺栓5固定安裝在上球殼8內，如圖5-圖6所示，鋰電池14和無線充電接收線圈12被壓板13用螺栓5固定在下球殼7內，鋰電池14分別和無線充電接收線圈12、控制電路板11連接進行供電，無線充電接收線圈12用於與無線充電組件連接接收充電電能。

如圖7～圖9所示，無線充電組件包括充電座6和裝在充電座6上的無線充電發送線圈2，無線充電發送線圈2通過螺栓5固定在充電座6上，無線充電發送線圈2與外部的電源適配器4相連，無線充電發送線圈2和所述封閉球的無線充電接收線圈12電磁連接實現無線充電。

如圖10-圖16所示，控制電路板11包括單片機控制電路15、供電電路16、電壓轉換電路17、數據存儲電路18、陀螺儀連接電路19、聲音傳感器連接電路20和無線通信模塊連接電路21，單片機控制電路15分別與數據存儲電路18、陀螺儀連接電路19、聲音傳感器連接電路20和無線通信模塊連接電路21連接，鋰電池14經供電電路16、電壓轉換電路17後與單片機控制電路15連接。

如圖10所示，單片機控制電路：採用單片機atmega128作為主控晶片，1腳經電阻R7接地，2腳接串口接線端UART0的1腳，3腳接UART0的2腳，27腳接串口接線端UART1的1腳，28腳接串口接線端UART2的2腳，20腳分別經電容C1相連、並聯復位開關S1後接地，同時20腳串聯電阻R6後接VCC，23腳、24腳之間並聯晶振後分別通過電容C2、電容C3接地，57腳經電阻R1接VCC，57腳同時連接J-TAG接口1腳，56腳經電阻R2接VCC，56腳同時連接J-TAG接口5腳，55腳經電阻R3接VCC，55腳同時連接J-TAG接口3腳，54腳經電阻R4接VCC，54腳同時連接J-TAG接口9腳，42腳經LED燈D3接地，41腳經LED燈D2接地，21、52腳接VCC，64腳經電感L1接VCC，64腳同時經C5接地，62腳經C4接地，22、53、63接地，J-TAG接口的2、10腳接地，J-TAG接口的4腳接VCC，J-TAG接口的6腳接單片機20腳；

如圖11所示，供電電路：採用5V電壓輸入為電路板供電，供電方式有兩種，分別是USB供電和5V電壓供電，電源正極經電源開關POWER-SW、負極接地，並聯電容C6、C7、電阻R5與LED燈D1的串聯電路，電容C6靠近電源正極端引為VCC，USB接線端1腳接電源正極，5腳接地。

如圖12所示，電壓轉換電路：利用AMS1117晶片將5V電壓轉為3.3V電壓，晶片1腳接地，2腳經電容C9後接地，3腳接VCC，4腳經C8接地。

如圖13所示，數據存儲電路：選用SD卡作為數據存儲器。SD卡座選用SDPR09-A0-0285封裝，1腳經電阻R11接VCC3.3，2腳經電阻R10接VCC3.3，3腳、6腳接地，4腳接VCC3.3，5腳經電阻R9接VCC3.3，7腳經電阻R8接VCC3.3，同時，1腳接單片機18腳，2腳接單片機12腳，5腳接單片機11腳，7腳接單片機13腳。

如圖14所示，陀螺儀模塊連接電路：陀螺儀接口模塊，接口模塊1腳連接單片機的2腳，接口2腳連單片機的3腳，接口3腳接地，接口4腳接VCC。

如圖15所示，聲音傳感器連接電路：聲音傳感器接口模塊，其接口1腳接單片機61腳，3腳接VCC，4腳接地。

如圖16所示，無線通信模塊連接電路：無線通信模塊，其接口1腳接VCC，2腳接單片機27腳，3腳接單片機28腳，4腳接地。

具體實施中，陀螺儀模塊選用串口6軸加速度計MPU6050模塊，聲音傳感器選用菊輝聲音傳感器模塊，無線通信模塊選用2.4Gzigbee無線串口模塊，型號為DL-20。

系統以控制電路板11為核心，包括計算機1、串口轉換器10、無線發訊器9、上球殼8、鋰電池14、無線充電接收線圈12、下球殼7、無線充電發送線圈2、充電座6和電源適配器4。計算機1依次通過串口轉換器10、無線發訊器9與控制電路板11進行通信，計算機1發出指令，控制電路板11執行相應指令，完成信號採集、發送的任務，計算機1接收信號後按照日期格式存儲信息；電源適配器4為無線充電發送線圈2提供24V電壓，充電座6為下球殼7中的無線充電接收線圈12提供良好的充電距離，保證無線充電正常進行。

如圖1所示，本發明上下殼體封閉形成防水的球體，探測球在管道中滾過，同時採集聲音強度信號和旋轉角度信號，並存儲至球體控制電路板的SD存儲卡中；球被打撈起後，計算機控制球體信號收發，並在計算機中進行信號的存儲和處理，分析管路洩漏狀況。

本發明的各模塊配合按以下過程進行：

1)打開計算機操作界面，與控制電路板11建立無線連接。

如圖1所示，計算機1與電路板11之間通過全雙工無線方式進行通信，無線通信模塊之一經過串口轉換器10與計算機1連接，計算機將其識別為串口，通過串口控制項實現串口的打開、發送數據、接收數據和關閉功能。

2)計算機發出「採集」指令，控制電路板11開始採集數據。

正常狀態下，控制電路板11處於等待任務狀態，接收並識別計算機1發出的指令，指令系統需要相互統一；計算機發出「採集開始」指令後，控制電路板11執行採集數據的任務，按照設定的頻率同時採集聲音信號和球體姿態信號，並將同一時刻的信號打包成長度為10位元組的數據段，存儲至SD卡中；控制電路板11不斷執行採集任務，使得SD卡中存儲按時間排序的數據序列，直至計算機1發送「採集結束」指令，控制電路板11停止任務，並重新處於等待任務狀態。

3)計算機發出「接收數據」指令，控制電路板11開始發送數據。

計算機1發出「接收數據」指令後，控制電路板11從SD卡中按順序讀取其中的數據後通過無線通信模塊發送給計算機1，計算機接收數據後以txt格式將聲音信號和球體姿態信號整理和儲存，並篩除錯誤信息。控制電路板11發送完畢後自動重新進入等待任務狀態，以便執行新一輪數據採集任務。

4)計算機以時間軸繪聲音強度圖和球體姿態圖，分析數據得到管道洩漏相關信息。

計算機1將聲音信號和球體姿態信號從數據包中分離出來後，繪製出數據在時間軸上的變化曲線，以聲音強度信號通過閾值判斷分析獲得管道洩漏點，對應得到時間軸坐標，然後在球體姿態曲線中獲得球體相應時刻的姿態，以姿態積分得到球體運動軌跡，從而分析得到管道洩漏的位置信息。