本發(fā)明涉及室內(nèi)用水安全防護技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種室內(nèi)漏水監(jiān)測報警與控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著建筑物使用年限的增加，遍布在建筑物內(nèi)部的供水、暖氣管線由于使用壽命、材料腐蝕、強度下降等原因有可能會發(fā)生無法預(yù)測的損壞導(dǎo)致泄漏，另外也存在人為因素造成的閥門未關(guān)閉、下水堵塞等問題，上述事故如果發(fā)生在夜間、假期或空置房屋等無人值守情況下，極有可能會造成建筑物內(nèi)快速出現(xiàn)積水現(xiàn)象，對居家樓房來說極易出現(xiàn)家具、家電受淹損失，若跑水到樓下住戶家中則造成更大麻煩；對安裝有重要儀器或存放重要材料的場所更會造成巨大經(jīng)濟損失和影響。而且，對我國這樣一個嚴(yán)重缺水的國家，意外的跑水、漏水都會引起大量的水資源白白浪費。

針對這種情況，有部分科研院所開發(fā)了一些漏水檢測技術(shù)和系統(tǒng)，如北京空間機電研究所“單一平面電容式漏水檢測傳感器的研究”以及山東工業(yè)大學(xué)“新型漏水檢測儀的研制”，鄭州大學(xué)“新型漏水控制系統(tǒng)”，西安市地下鐵道有限公司“基于mcu的智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計”等，但目前這些方法基本都是針對漏水狀態(tài)的判斷，缺乏后續(xù)的處置動作，而且普遍存在實現(xiàn)過程復(fù)雜，造價較高的問題，難以在居家民用條件下大范圍使用推廣。因此，有必要設(shè)計一種既能準(zhǔn)確檢測漏水狀態(tài)，又能及時發(fā)出適當(dāng)報警信息并執(zhí)行相應(yīng)處置動作，而且結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的漏水監(jiān)測與報警系統(tǒng)，起到減少漏水狀況的惡化，及時防止損失進一步擴大的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種室內(nèi)漏水監(jiān)測報警與控制裝置及方法，該方法通過在室內(nèi)布置多點漏水監(jiān)測終端，實時動態(tài)采集發(fā)生漏水事故后易積水處的狀態(tài)信息，將異常信息及時在就地發(fā)出聲光報警并執(zhí)行切斷水源開關(guān)的動作，同時利用無線網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到可靠的后臺值班設(shè)備上，起到對異常漏水事故準(zhǔn)確報警、快速處置的效果，能夠有效避免事故擴大化，降低由此帶來的經(jīng)濟損失。

該裝置包括監(jiān)測單元、控制單元、報警單元和執(zhí)行單元，監(jiān)測單元與控制單元進行信號傳輸，控制單元對報警單元和執(zhí)行單元進行動作控制；監(jiān)測單元包括一個以上的檢測終端，每個檢測終端包括一對電極，電極設(shè)置在監(jiān)測地點；控制單元由嵌入式最小系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)有工作狀態(tài)顯示與測試、異常復(fù)位功能；報警單元包括就地報警與遠程報警兩部分，就地報警包括聲音和燈光，遠程報警連接監(jiān)控室或手機終端；執(zhí)行單元包括供水閥門和電動開關(guān)執(zhí)行器，電動開關(guān)執(zhí)行器安裝在供水閥門上。

其中，監(jiān)測單元的電極為具有抗腐蝕能力的金屬導(dǎo)體，監(jiān)測單元線路簡單易實現(xiàn)且成本低廉，由控制單元提供的安全電源供電。

控制單元采集來自監(jiān)測單元的異常信息，并發(fā)出控制信號，輸出到報警單元與執(zhí)行單元，控制單元利用室內(nèi)無線局域網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)將異常報警發(fā)送到可選的后臺常開設(shè)備中。

控制單元也可由分立元器件組成的邏輯電路代替嵌入式最小系統(tǒng)。

執(zhí)行單元的電動開關(guān)執(zhí)行器包括閥體、接口法蘭、手動操作手柄、連接螺栓、滾動軸承、高速圓盤形齒輪、低速圓盤形齒輪、可插拔連接銷、直流永磁電機、固定鍵、連軸、電機連軸、u型支撐底座、加強連桿和外殼，u型支撐底座與閥體通過連接螺栓固定，u型支撐底座頂端分別安裝兩個滾動軸承，滾動軸承的外部與u型支撐底座固定安裝，電機連軸和連軸分別支撐高速圓盤形齒輪和低速圓盤形齒輪；接口法蘭連接供水管路和閥體，手動操作手柄一端通過連接螺栓與閥體連接，手動操作手柄另一端連接可插拔連接銷，直流永磁電機安裝在電機連軸上，固定鍵固定在低速圓盤形齒輪外延上，加強連桿安裝在u型支撐底座內(nèi)，外殼位于高速圓盤形齒輪、低速圓盤形齒輪和直流永磁電機外部。

該室內(nèi)漏水監(jiān)測報警與控制裝置的使用方法為：正常工作時，分布在不同位置的多個檢測終端實時測試室內(nèi)積水狀態(tài)，當(dāng)探測到發(fā)生異常變化時發(fā)出信號給控制單元，控制單元中采用循環(huán)掃描模式，實時判斷漏水異常狀態(tài)點，根據(jù)邏輯等級分別執(zhí)行發(fā)出就地聲光報警信號、通知遠程終端報警信號，在10-15min未得到操作信息時，發(fā)送關(guān)閉供水閥門指令給執(zhí)行單元。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

相對于現(xiàn)有的漏水檢測與控制方法，該裝置既能準(zhǔn)確檢測漏水狀態(tài)，又能及時可靠發(fā)出適當(dāng)報警信息，并執(zhí)行就地緊急處置動作，作為后備保障措施，該方法還提供了利用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行遠程報警的措施，具有實時監(jiān)測、及時報警處置的功能，有效防止漏水事故的進一步擴大。特別的，利用該方法設(shè)計的成套裝置充分考慮了在民用領(lǐng)域應(yīng)用的實際需求，分別設(shè)計了低成本的漏水監(jiān)測終端和通用的供水閥門操作執(zhí)行器，配合選用由嵌入式最小控制系統(tǒng)或分立元器件構(gòu)成的邏輯控制單元，可以有效控制整套裝置的制造成本，有利于在各種場合的大范圍推廣使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的室內(nèi)漏水監(jiān)測報警與控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程示意圖；

圖3為監(jiān)測單元檢測終端接線示意圖；

圖4為通用的電動開關(guān)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-供水管路；2-閥體；3-接口法蘭；4-手動操作手柄；5-連接螺栓；6-滾動軸承；7-高速圓盤形齒輪；8-低速圓盤形齒輪；9-可插拔連接銷；10-直流永磁電機；11-固定鍵；12-連軸；13-電機連軸；14-u型支撐底座；15-加強連桿；16-外殼。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明提供一種室內(nèi)漏水監(jiān)測報警與控制裝置及方法。

如圖1所示，該裝置包括監(jiān)測單元、控制單元、報警單元和執(zhí)行單元，監(jiān)測單元與控制單元進行信號傳輸，控制單元對報警單元和執(zhí)行單元進行動作控制。

監(jiān)測單元主要包括依據(jù)電學(xué)基本原理特別設(shè)計的一種低成本室內(nèi)漏水檢測終端，該終端設(shè)計有相距一定位置的兩個電極對監(jiān)測地點的漏水狀態(tài)進行測量，用于對地面或者限定高度水位空間的進行水浸探測，當(dāng)有水會接觸到兩電極后，線路就會接通并形成異常信號傳輸給控制單元進行處理和報警。

其中，電極為具有一定抗腐蝕能力的普通金屬導(dǎo)體，線路由基本的電阻、晶體管組成，由控制單元提供安全電源供電，不在報警狀態(tài)時沒有電能損失，線路提供用于監(jiān)測旁路、功能測試兩個實驗功能，根據(jù)不同應(yīng)用的需要可以在多個位置布置漏水檢測終端。

圖1所示的監(jiān)測單元由多個檢測終端構(gòu)成，圖中1#～n#檢測終端可以分布在易出現(xiàn)漏水事故后第一時間監(jiān)測到的位置；邏輯控制單元由基于stm32構(gòu)成的嵌入式最小控制系統(tǒng)完成，也可以由與非門等簡單分立元器件組成，邏輯控制單元中含有系統(tǒng)供電部件，其中包含有低壓24v電源，為所有檢測終端、報警單元及執(zhí)行單元提供工作電源；所有檢測終端的漏水狀態(tài)信號都返回到邏輯控制單元中。

控制單元由低成本的嵌入式最小控制系統(tǒng)構(gòu)成，負責(zé)采集來自檢測單元各個漏水監(jiān)測終端的異常信息，并對信號的可靠性進行判斷，對需要處置的信息發(fā)出控制信號，輸出到報警單元與執(zhí)行單元?？刂茊卧檬覂?nèi)無線局域網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)將異常報警發(fā)送到可選的后臺常開設(shè)備中，以實現(xiàn)就地報警與處置無效情況下的可靠預(yù)警；控制單元設(shè)置有工作狀態(tài)顯示與測試、異常復(fù)位等功能。特別地，為進一步降低成本，可以采用由分立元器件組成的邏輯電路替代嵌入式最小控制系統(tǒng)完成邏輯控制單元基本功能。

報警單元包括就地報警與遠程報警兩部分，其中就地報警將控制單元發(fā)出漏水信息以聲音、燈光等形式告知室內(nèi)人員引起及時注意；遠程報警為借助控制單元的無線數(shù)據(jù)發(fā)送功能，在位于后臺值班室的集中控制中心或者緊急聯(lián)系人的手機等終端上顯示漏水異常信息，便于對事故的進一步狀態(tài)的跟蹤確認。

執(zhí)行單元主要包括室內(nèi)水源的供水閥門以及安裝在供水閥門上的電動開關(guān)執(zhí)行器，經(jīng)過特別設(shè)計的低速大扭矩電動開關(guān)執(zhí)行器可以與絕大部分型號的供水閥配合使用，無需更換專用的電動閥門。該執(zhí)行器在收到控制單元發(fā)來的動作指令后，對供水閥門可執(zhí)行關(guān)閉操作，以避免事故進一步的擴大。

電動開關(guān)執(zhí)行器主要由驅(qū)動電機、傳動齒輪、連接機構(gòu)及輔助安裝配件構(gòu)成。所述驅(qū)動電機采用通用的小型直流永磁電機，由控制單元提供安全電源供電執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作，滿足長期堵轉(zhuǎn)工作工況；所述傳動齒輪由一組或幾組減速齒輪構(gòu)成，將驅(qū)動電機的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為低速、大扭矩轉(zhuǎn)動，低速齒輪處安裝與供水閥門手動手柄連接的機構(gòu)，實現(xiàn)驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)帶動供水閥門手動手柄執(zhí)行開關(guān)操作。低速齒輪處安裝與供水閥門手動手柄連接的機構(gòu)設(shè)置安全銷，拔出后可脫離電動狀態(tài)，使用人工開閉供水閥門。

如圖4所示，執(zhí)行單元的電動開關(guān)執(zhí)行器中，u型支撐底座14與閥體2通過連接螺栓5固定，u型支撐底座14頂端分別安裝兩個滾動軸承6，滾動軸承6的外部與u型支撐底座14固定安裝，電機連軸13和連軸12分別支撐高速圓盤形齒輪7和低速圓盤形齒輪8；接口法蘭3連接供水管路1和閥體2，手動操作手柄4一端通過連接螺栓5與閥體2連接，手動操作手柄4另一端連接可插拔連接銷9，直流永磁電機10安裝在電機連軸3上，固定鍵11固定在低速圓盤形齒輪8外延上，加強連桿15安裝在u型支撐底座14上，外殼16位于高速圓盤形齒輪7、低速圓盤形齒輪8和直流永磁電機10外部。在收到邏輯控制單元提供的關(guān)閉供水閥門指令后，直流永磁電機10開始旋轉(zhuǎn)，并同時通過電機連軸13轉(zhuǎn)動高速圓盤形齒輪7，低速圓盤形齒輪8通過齒輪咬合也形成旋轉(zhuǎn)，由直流永磁電機10的扭矩值和高速圓盤形齒輪7、低速圓盤形齒輪8之間適當(dāng)?shù)臏p速比配置來確定與供水閥門開關(guān)所需扭矩的匹配，使得該電動扭矩既能準(zhǔn)確完成閥門動作，又不至于扭矩過大將閥門損壞，室內(nèi)供水閥門一般開閉旋轉(zhuǎn)角度為90度，且有機械的限位結(jié)構(gòu)，不易引起過扭矩擰死現(xiàn)象。低速圓盤形齒輪8的轉(zhuǎn)動將通過位于低速圓盤形齒輪8邊沿處安裝固定鍵11、可插拔連接銷9拉動供水閥門手動操作手柄4，引發(fā)以連接螺栓5為中心的圓周運動，從而實現(xiàn)關(guān)閥操作。一般情況下，該電動執(zhí)行器主要執(zhí)行事故情況下的關(guān)閥操作，事故處理后的開閥動作可由人工確認后操作。因此，直流永磁電機10僅需要單向旋轉(zhuǎn)，若有電動開閥需要，也可在邏輯控制單元設(shè)置相應(yīng)的電源換向電路，實現(xiàn)直流永磁電機10的反向旋轉(zhuǎn)開閥?？刹灏芜B接銷9與固定鍵11連接，可實現(xiàn)供水閥門的電動操作，在需要進行手動操作時可以脫開可插拔連接銷9與固定鍵11的連接，手動轉(zhuǎn)動手動操作手柄4。

本發(fā)明裝置的工作過程如下：

圖2所示為系統(tǒng)控制單元工作流程示意圖，系統(tǒng)開始工作后首先完成對邏輯控制單元及各漏水監(jiān)測終端的工作狀態(tài)檢測，以確保系統(tǒng)在異常出現(xiàn)時能夠可靠報警。檢測通過后即進入漏水狀態(tài)實時監(jiān)測模式，邏輯控制單元對漏水監(jiān)測報警實時狀態(tài)進行可靠性判斷，并根據(jù)預(yù)估的報警范圍評估漏水事故嚴(yán)重程度。對不同程度的漏水事故，可實現(xiàn)自定義的報警方式，依據(jù)嚴(yán)重程度等級可以依次采取就地報警、關(guān)閥操作、遠程報警等輸出。其中就地報警也由邏輯控制單元供電部件提供電源，設(shè)置有分貝數(shù)可調(diào)的蜂鳴器聲音報警與易于夜間觀察的閃光報警，如果室內(nèi)已配置有智能家居系統(tǒng)，也可以作為一路報警點接入。如果室內(nèi)有人，感知報警后，確認漏水情況，可采取手動切斷水閥或解除報警等處理措施。如果首次就地報警信息發(fā)出后15分鐘，報警未得到復(fù)位即代表可能的事故現(xiàn)場沒有得到處理，此時關(guān)閥操作可以作為報警后的延時處置動作，也可以是多點檢測終端同時報警后的安全措施，由邏輯電路輸出的有源控制點使電動執(zhí)行器驅(qū)動供水閥門關(guān)閉；同時，遠程報警是在完成就地報警并執(zhí)行關(guān)閥操作后，經(jīng)延時后仍出現(xiàn)新增監(jiān)測報警點時，預(yù)留的備用安全措施，主要預(yù)防由于室內(nèi)無人和關(guān)閥失敗情況下的事故蔓延。遠程報警利用標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)無線局域網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，實現(xiàn)將邏輯控制單元發(fā)出的遠程報警請求發(fā)送到后臺常開設(shè)備，如物業(yè)管理控制中心或用戶手機終端中。

實施例中的每個監(jiān)測終端由簡單的電阻、晶體管等構(gòu)成，圖3所示為漏水監(jiān)測終端接線示意圖。其中p1、p2為監(jiān)測電極，采用具有一定抗腐蝕能力的普通金屬導(dǎo)體，r1～r5為限流電阻，t1、t2為常規(guī)通用晶體三極管，s1為監(jiān)測終端測試按鈕，s2為監(jiān)測終端功能旁路開關(guān)，d1～d3為與邏輯控制單元的接口端子，其中d1、d2分別為直流供電電源的24v與0v，d3為監(jiān)測報警輸出端，d3與d2間的輸出信號是邏輯控制單元的主要判斷依據(jù)。水的電導(dǎo)率是表征水導(dǎo)電能力的參數(shù)，它是電阻率的倒數(shù)，電阻率是指標(biāo)準(zhǔn)溫度下1cm立方體水兩側(cè)的電阻值，但這個值會跟水中離子、雜質(zhì)等含量有較大關(guān)系。一般自來水的電導(dǎo)率介于125～1250μs/cm之間，根據(jù)這一基本原理在經(jīng)過對常用自來水、供暖循環(huán)水等室內(nèi)主要水源的電導(dǎo)率反復(fù)測試后，選擇2.0mm²的鍍鋅銅線作為p1、p2監(jiān)測電極，間距設(shè)置在25mm。通過匹配適當(dāng)?shù)南蘖麟娮鑢1～r4，在兩個探頭監(jiān)測到出現(xiàn)積水后在p1、p2間引起電阻值下降，當(dāng)電阻值小于1m歐姆后即可引起用于功率放大的晶體三極管t1與t2導(dǎo)通，實現(xiàn)在d3端口輸出報警信號給邏輯控制單元。

本發(fā)明所提供的供水閥門電動執(zhí)行器可最大程度的保留原管路與閥門的結(jié)構(gòu)，對不同外形的球閥或蝶閥僅需要適當(dāng)改變執(zhí)行器的外形尺寸及齒輪變比，具有較為廣泛的適用性。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。