供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

第２８卷第ｌｏ期

２０１０年１

水电能源科学

ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．２８Ｎｏ．１００ｃｔ．２

０

０月

１０

文章编号：１０００—７７０９（２０１０）１０－０１２５－０３

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

孙清典１

李灿新１

程

勇２

（１．山东科技大学水电暖管理办公室，山东青岛２６６５１０，２．山东科技大学信息学院，山东青岛２６６５１０）

摘要：针对目前公共用水场所存在用水浪费和管路损坏漏水等长流水问题，测试分析了供水管路水流，设计了一套供水管路漏水报警监控装置，通过脉冲流量计的水流检测信息判定管路有无长流水，采用语音报警提醒公众节约用水，并利用电磁阀自动关闭长流水管路，有效防止了管路的长流水，节水效果明显。关键词：长流水；水流测试Ｉ漏水监控，语音报警；自动关网中图分类号：ＴＶ２１３．４Ｉ

ＴＰ２７７

文献标志码：Ａ

裹１

Ｔａｂ．１

公共用水场所常出现水龙头长流水情况，并造成大量水资源浪费［１］。为避免用水浪费现象，较为高级的公共用水场所大多采用了红外感应节水产品，即有人使用出水，无人使用停水，无漏水报警功能。当控制阀损坏后仍存在长流水，且维修费用较高，难以推广使用。鉴此，本文研究设计了一套供水管路漏水报警监控装置，旨在警示各种用水浪费现象，有效实现了对供水管网系统的监测。

测试点供水管路水流量测试数据

ｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａｏｆ

Ｗａｔｅｒｆｌｏｗｗａｔｅｒｐｉｐｅｓｔｅｓｔｐｏｉｎｔ’水流量／（Ｌ ｓ一１）

００ＯＯＯＯＯＯ０Ｏ０

２４６４

秒表计时

／ｓ

０Ｏ００Ｏ０１２

水表底数

／ｍ３

１２．２１２１２．２１５１２．２１７

用水量

／ｍ３水龙头用水／个

０．００３０．００２０．００６０．００２０．００４０．００００．００８０．００４０．００９０．００６０．００２

１２．２２３

１２．２２５１２．２２９

２

Ｏ２４６４２

１２．２２９

１２．２３７１２．２４１１２．２５０１２．２５６

１水流测试及用水分析

１．１

２

２

２

测试条件

以某一学生公寓盥洗间为测试点，测试管路

３

１２．２５８

步骤４根据测试数据绘制水管流量变化曲线图。图１为该供水管路水流量变化曲线图。

为盥洗槽用水，安有５个节水型水龙头，水龙头前端均安装减压节水装置，出水流量较为舒缓。为测试水管流量，管路前端安装了一块ＤＮ２５的普通水表，并准备秒表计时。１．２水流测试

步骤１测试每个水龙头的正常出水流量。经逐个测试，每个水龙头单位时间出水量基本约为０．２Ｌ／ｓ。

步骤２测试各种用水情况的时长。经多次测试，每次洗手、洗脸、刷牙接水、洗脸盆接水、涮拖布用时分别为１０、２０、１、２０、４０ｓ。有的开着水龙头用水，流水时间约为ｌｒａｉｎ以上。

步骤３测试正常用水情况下的管路水流变化。集中用水时段分时抄记水表流量，最小为

０．００１

ｅ；

童：

奏；

Ｏ

ＩＯ

２０

３０４０

５０

６０７０８０９０１００１１０１２０１３０１４０１５０１６０１７０１ＳＯ

时ｆ鄙ｓ

图１

Ｆｉｇ．１

供水管路水流量变化曲线图

ｃｕｒｖｅ

Ｖａｒｉａｔｉｏｎ

ｄｉａｇｒａｍｏｆｗａｔｅｒｐｉｐｅｆｌｏｗ

１．３用水分析

由图１可看出，在水龙头开启状态不变情况下，管路水流量基本恒定不变，随着水龙头的开启和关闭，管道水流量即刻增大或减小，每次水流量变化时长均小于１ｒａｉｎ。可见，在正常用水情况下，管路水流量变化时长一般较短，仅有出现用水浪费或管路损坏漏水等长流水情况，管路水流量变化间隔时间长。因此，可根据管路水流变化时

ｍ３．当管路出现用水，便开始抄表计时。

表１为测试点供水管路水流量测试数据。

收稿日期：２０１０－０７—０２，修回日期：２０１０—０８—０９

万方数据

作者简介：孙清典（１９７３一），男，工程师，研究方向为水电暖技术与管理，Ｅ－ｍａｉｌ＝ｓｑｄ７３０２０８＠１６３．ｃｏｍ

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

１２６

水电能源科学

２０１０年

长判定管路异常用水和管路损坏漏水问题。

２漏水现象判定原理

水流测试表明，在正常用水情况下管路水流量不断变化，若采用脉冲流量计检测管路水流量，其脉冲周期不断变化ｌ当管路出现用水浪费或管路损坏漏水等长流水情况，水流量及流量计所发出的脉冲周期均恒定不变。因而可通过智能检测电路连续检测流量计的脉冲周期判断：①若５个连续脉冲周期均很大，表明水流很小，则视为正常用水；②若连续脉冲周期较小，则计算相邻两个脉冲周期的差值（共４个差值），用最大的差值与事先确定的阈值比较。③若最大的差值小于该阈值，表明水流量变化较小，则视为长流水；④若最大的差值大于或等于该阈值，表明水流量变化较大，则视为正常用水；

３漏水报警监控装置的设计

３．１装置原理

漏水报警监控装置由流量计、漏水监控器和电磁阀三部分组成。图２为该装置安装示意图。其工作原理为：先由脉冲流量计检测管路水流情况，并将检测信息上传于漏水监控器，再分析判断检测信息。若符合长流水判定条件，监控器先发出语音报警提示，再进行检测判断。若仍处于长流水状态，则驱动电磁阀关阀停水。

图２漏水报警监控装置安装示意图

Ｆｉｇ。２

Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｗａｔｅｒｐｉｐｅ

ｌｅａｋａ９６

ｗａｒｎｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｄｅｖｉｃｅ

由于普通远传水表以计量为主，对计量的准ｍａ水‘ｕ。漏水报警ｍ３水，既简化了检测程序，又检测电磁阀选用交流２４Ｖ先导式常开电磁阀，采

万方数据

用通断电方式控制电磁阀开关‘纠，即由２４Ｖ电源向电磁阀供电。电磁阀通电，则电磁阀关闭；电磁阀断电，则电磁阀开启。该控制方式简便易行，安全可靠，即使在系统停电状态下亦不影响正常用水。

４漏水监控器设计与开发

４．１漏水监控器硬件

图３为漏水监控器硬件组成框图‘引。

位电路

运行状态指示电路鱼片语音报警电路机

时钟电路

电磁阀控制电路

图３漏水监控器硬件组成框图

Ｆｉｇ．３

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｄｉａｇｒａｍｏｆｗａｔｅｒｐｉｐｅｌｅａｋａｇｅ

ｍｏｎｉｔｏｒｈａｒｄｗａｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

漏水监控器是以ＡＴ８９Ｃ２０５１为核心的单片机扩展系统［Ｉ］，可完成供水管路流量脉冲检测、长流水判定、语音报警、关阀停水等功能。系统时钟电路选用ＰＣＦ８５６３时钟芯片为系统提供准确时间，并采用纽扣电池为时钟芯片供电，确保了系统断电时仍能正常运行。为增强系统运行的可靠性和安全性，系统设置了外部存储器，采用Ｘ５０４５１周，便产生１个负脉冲，前后脉冲间隔时间经单片机计算后存入缓冲区。语音报警电路旨在警示电磁阀控制电路经微型继电器与电磁阀电路连图４为漏水监控器控制流程图。

步骤１上电复位，定时器初始化，数据个数步骤２检测流量脉冲。若无，则继续检测；步骤３计算流量脉冲周期，并存入缓冲区，步骤４检测数据个数。若数据个数小于５，记忆存储元件，确保系统运行参数不因断电而丢失。复位电路负责系统上电自动复位和手动复位，手动复位通过复位键完成。流量脉冲检测电路与流量计连接，流量计的“０．００１”位表针每旋转用水浪费现象，采用语音提示提醒公众节约用水。接，若确定为长流水，便接通电磁阀电路关阀停水。运行状态指示电路安有３个ＬＥＤ灯，通过灯亮指示系统的正常、报警、关阀三种工作状态。４．２漏水监控器控制流程

清零，语音报警次数清零，计时单元清零，启动电磁阀开阀。

若有，则启动时钟电路开始计时。

再计时单元清零，数据个数加１。

再进行上述步骤流程检测；若数据个数为５，则数据个数清零Ｉ若连续５个脉冲周期均很大，即水流

３．２流量计

确性和可靠性要求较高，因而多采用双千簧管，一般安装于“０．０１”位表针盘上，表针每旋转１周，水表便发出２个脉冲，计为０．１监控装置中的流量计仅检测水流量的变化，采用单个干簧管即可。干簧管设计安装于“０．００１”位表针盘上，表针每旋转１周，水表便发出１个脉冲，计为０．０１到水流量变化。３．３电磁阀选型

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

第２８卷第１０期

上电复位

●’

孙清典等：供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

）

１２７

（

报警提示。然后再进行以上步骤流程监测，若仍为非正常用水，再进行语音报警提示，若连续出现３次报警，即视为管路损坏漏水，便通过电磁阀控制电路启动电磁阀关阀停水。

步骤５按复位键，系统返回步骤ｌ，启动电磁阀开阀供水，然后再重复以上流程。

Ｉ初始化定时器，数据个数、报警次数、计时单元清雩．开电磁阀Ｉ

Ｉ

气巡形

启动定时数据个数清零

—磊主》否

ＩＩ

计算流董脉冲月南：。荐入缓冲区

计时单元清囊数据个数＋ｌ

《每一

上

●

是《《囊》

Ｉ

是

口

５结语

ａ．研制了一套漏水报警监控装置，经公共用水场所试用，基本实现监控漏水。

ｂ．该装置智能化程度较高、语音提示、安装灵活并不改变原有用水设施、投资小、维护费用低，可推广使用。参考文献：

［１］孙清典，李灿新，闫丽 等 校园供水计量远传监控

‘：二：照垩兰里奎三＞叫语音报警次教清零Ｉ

ｌ

语音报警一次．报警次数｝１

一叫銎篓矿主三涤

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●

口

Ｉ

关闭旱磁阀

图４漏水监控器控制流程图Ｆ．ｇ．４

Ｃｏｎｔｒｏｌ

ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｗａｔｅｒｐｉｐｅ

系统的研窖与应用［Ｊ］ 水电能源科学，２０１０，２８（８）ｌ

１４３＿１４５

Ｉｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒ

很小，直接视为正常用水。否则计算相邻两个脉与事先确定的阈值比较。若大于或等于该阈值，

生里塑竺里翌芋孽ｃ董，４譬凯只曼大，！｝｛！量箩嘲蒙裟紧盖裟ｋ供水系统水流监控装置

。。［Ｐ］．中国专利：２０１０２０１１６３５６９，２０１０—０２—１０．［４］徐新民．单片机原理与应用［Ｍ］．杭州：浙江大学出

版社，２００６．

［２１堂考敏 工程中电磁阀的应用探讨［Ｊ］ 石油化工自

则视为正常用水；若小于该阈值，则判定为非正常用水，便启动语音报警电路，发出“请节约用水”的

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆ

Ｗａｔｅｒ

ＳｕｐｐｌｙＰｉｐｅｌｉｎｅＬｅａｋａｇｅ

Ｄｅｖｉｃｅ

ＷａｒｎｉｎｇＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｉｄｇｅＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ

Ｂａｓｅｄ

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Ｃｏｎｇｃｏｎ９１’２

Ｗｕｙｉ３．ＴＡＯ

万方数据

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

供水管路漏水报警监控装置的研究与设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

孙清典， 李灿新， 程勇， SUN Qingdian， LI Canxin， CHENG Yong

孙清典,李灿新,SUN Qingdian,LI Canxin(山东科技大学,水电暖管理办公室,山东,青岛,266510)， 程勇,CHENG Yong(山东科技大学,信息学院,山东,青岛,266510)水电能源科学

WATER RESOURCES AND POWER2010,28(10)

参考文献(4条)

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