基于压力流量复合监测技术的智能化防漏节水控制系统

宋云寒 孙天佑

【摘 要】本文针对建筑内停水后忘关闭阀门，管道渗漏水现象较为严重，个人不良用水习惯导致的用水量过大的问题，提出了一种以单片机为核心的基于压力流量复合监测技术的智能化防漏节水控制系统设计方法。硬件设计部分本文论述了系统总体硬件电路设计、压力及流量传感器硬件电路设计、无线通信硬件接口電路设计，软件设计部分给出智能控制端和遥控播报端主程序的工作流程图。本设计的实际性能通过后期使用得到验证，达到了预期的效果。

【关键词】单片机;压力传感器;流量传感器;防漏节水

中图分类号： TU857;TH137文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0015-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.004

The design of intelligent control system in leak resistance and water saving based on pressure and flow monitoring technology

SONG Yun-han SUN Tian-you

（Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou Jiangsu 213164， China）

【Abstract】According to water waste problem in the building caused by forgetting to close the water valve after water supply suspension， serious leakage phenomenon on water supply pipeline and personal bad habits，this paper puts forward the design of intelligent control system in leak resistance and water saving based on pressure and flow monitoring technology which is based on single chip microcomputer using pressure sensor and flow sensor. The article mainly analyzes the general design method， pressure sensor and flow sensor circuit design and wireless communication interface circuit design in hardware. In software design the paper gives the intelligent controller's and the remote control-speech broadcast device's program flowchars of the master routine. The actual performance has been verified by the latter term usage， so the design has gotten the desired result.

【Key words】SCM; Pressure sensor; Flow sensor; Leak resistance and water saving

0 引言

当前建筑内的非正常用水消耗带有一定的普遍性且并未引起足够的重视，分析主要原因包括突发情况下停水后忘关水阀、暗敷的管道老化管道破裂导致的严重渗水漏水且不易及时发现，以及个人不良习惯导致的用水浪费且不好管理，为了减少非正常用水消耗造成的财产财物损失，达到节水和预防的目的，需要对建筑室内用水状况进行一个实时的监测与控制。

实际上为了达到节约用水的目的，目前已经有节水控制阀广泛应用于诸如宾馆写字楼等的建筑的盥洗室内，主要是由于对于可能出现的流动人员不良用水习惯，为了防止过度用水或有用水后忘关水阀而配备的，起到了一定的节约用水的作用，但是经过观察和研究后发现这种产品实际上是一种基于简单的定时原理的控制阀，由于这种控制阀并不是智能化产品，自然也无法判定和防止上述提及的其它类型非正常用水消耗，为此我们需要一种智能化的防漏节水控制系统。

1 总体设计

本系统是采用基于压力和流量的复合监测技术并配有智能化识别和判定方法来解决上述非正常用水消耗问题，通过研究发现当前的基于检测低压水管道的压力和流量传感器技术还是比较成熟的，整个系统设计成智能控制端和遥控报警端两部分。智能控制端用于监测压力流量并当非正常用水情况发生时控制水阀的可靠关闭以及故障排除后的可靠开启。遥控播报端可以放置在人员活动频繁的区域，用于接收智能控制端监测到异常状况并报警。由于水阀的管道的直径以及实际的用水量不尽相同，可以通过遥控报警端向智能控制端发生命令设定阈值流量参数。当然对于正常的较长时间中型流量用水时比如全自动洗衣机工作用水或洗澡用水时，亦可以通过遥控播报端设定智能控制端此时间段暂时撤销监测，时间过后自动恢复监测。

本系统设计的重点是硬件方面智能控制端能可靠的监测用水管道的压力和流量的变化，另一方面在软件设计方面需要智能化识别和判定算法，根据实时监测的压力与流量的变化来判定非正常用水情况的发生。

智能控制端所需功能构造如下：单片机、流量与压力传感器检测与转换电路、无线通信模、声光报警电路、电控开关水阀及对应的控制软件构成;硬件结构关系图如下图2所示：

压力和流量传感探头需要安装于管道上合适位置同时将输出的压力和流量电信号经检测与转换电路处理后最终送至智能控制端上的C8051F410单片机。经单片机智能化识别和判定算法处理后，如判定为异常情况，则实时发出声光信号以表示是有泄漏情况发生，同时通过无线通信模块将此状态发送给遥控报警端。智能控制端开机自检出现故障时则驱动蜂鸣报警电路报警，以通知用户出现故障，需要及时排除。

遥控报警端所需功能构造如下：单片机、按键识别与处理电路、无线通信模块、语音播报模块、蜂鸣器报警电路及对应的控制软件构成;硬件结构关系图如下图3所示图3所示：

遥控报警上的按键识别与处理电路将按键操作情况通过转换电路将信号最终送至C8051F410单片机。经单片机软件处理、判断等环节实时在数码管显示上以实现人机交互，同时通过无线通信模块接收智能控制端发来的需要播报参数信号进行语音播报，如果有特殊用水需求需要短时间关闭本系统时，则通过语音播报端发送特定的指令请求给智能控制端使其暂停监控，时间过后自动恢复监控状态。当遥控播报端正常情况下无法联络到智能控制端或者其自检出现故障时则驱动蜂鸣报警电路以提醒用户出现故障，需要排除。

2 系统硬件选择

2.1 压力传感器的选择

本系统选用是平膜陶瓷压力传感器，该种传感器具有安装方便且可靠性高、抗冲击抗震动且抗干扰能力强、抗压强度大且结构紧凑和耐腐蚀及防泄漏的效果更好。具体接口电路如下图4所示。

2.2 流量传感器的选择

流量传感器在本系统选用霍尔型水流量传感器，需要安装在进水总管路上，当用水时水管内部有水流动会带动转子组件转动，其内含霍尔传感器流量传感器输出相应脉冲信号，该信号在整形处理后可直接被单片机采样计数以此来反推流量的瞬时值。

3 硬件电路实现

总体的硬件电路设计主要包括两部分，即智能控制端和遥控播报端两部分如下图5所示。

4 软件的程序实现

根据系统功能的实现的原理和硬件构成分析可知程序功能流程图主要包括智能控制端的程序流程图和遥控播报端的程序功能流程图这两个部分，如下图6和图7所示;

智能控制端主程序实现的主要功能为：当检测到突发的停水或者连续的渗漏情况时，表示建筑内供水出现了故障，经过智能化识别和判定算法分析判定后立即关闭供水总阀，并通过无线呼叫遥控播报端，如果呼叫成功则由遥控播报器通过语音输出提示，如果没有呼叫成功则发出声光报警表示通信故障同时继续呼叫。

遥控播报器主程序功能流程图如下图7所示，具体实现功能为为：当接收到智能控制端通过无线呼叫的当前的工作状态后，则根据具体的状态参数进行对应的语音播报提示，如果没有被呼叫则判断当前是否需要输入新的控制命令，如果是则进入命令输入状态等待命令输入完成，如果不是则继续等待接收呼叫信号。

由于实际运行中会有各种不稳定因素以及各种的干扰情况的存在，在软件层面的程序设计过程中也要一并考虑，同時相关硬件外围电路也要进行必要的抗干扰设计。另外还要考虑的无线通信的问题以及控制器驱动电磁阀动作的可靠性问题。

5 结语

本次设计的一种基于压力流量复合监测技术的智能化防漏节水控制系统，由智能控制端和遥控播报端组成，智能控制端和遥控播报端均以C8051F410单片机为核心，智能控制端外接压力和流量传感器。遥控播报端内置语音播报模块，实现了对于建筑室内供水用水状况的实时监测保护与播报。该系统的最大特点就是能够实时探测室内室内供水的故障情况从而实现能够最大限度节约用水的目的，该系统安装方便、智能化高、具有广泛的应用前景。

【参考文献】

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