本發(fā)明涉及一種管道測漏裝置，特別是涉及了一種檢測管道泄漏的封閉球系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

管網(wǎng)泄漏是造成水資源浪費(fèi)的重大問題之一。水管泄漏在造成寶貴的自來水白白流失的同時(shí)，不但給供水企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還加大了水的二次污染的可能性。由于我國供水基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重不足，供水能力有待提高，現(xiàn)有的供水基礎(chǔ)設(shè)施陳舊、老化，因政府資金困難不能及時(shí)改造及管理不佳造成管網(wǎng)泄漏的事故頻繁發(fā)生，并且因?yàn)槲覈p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(fā)達(dá)城市的供水管網(wǎng)漏失率只有8-20％，而我國國內(nèi)城市平均要達(dá)到25-45％。

然而，國內(nèi)現(xiàn)有的大部分管道測漏裝置，只適用于離地面較近或是在地面上的管道，采用聽音等方式可以直接測出泄漏點(diǎn)。對于埋藏較深，信號無法傳輸?shù)墓艿?，則是采用探測器配合安裝在管道節(jié)點(diǎn)的信號發(fā)射、接收器來識別和定位泄漏點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在問題，本發(fā)明的目的在于提出了一種檢測管道泄漏的封閉球系統(tǒng)，使用方便、適用面廣、成本低廉，用以檢測管道泄漏。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括計(jì)算機(jī)、串口轉(zhuǎn)換器、無線發(fā)訊器、封閉球和無線充電組件；計(jì)算機(jī)經(jīng)串口轉(zhuǎn)換器和無線發(fā)訊器連接，無線發(fā)訊器與封閉球無線連接，封閉球在管道中沿管道內(nèi)壁滾動(dòng)，封閉球置于無線充電組件上進(jìn)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(nèi)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(fā)訊器無線通信連接，控制電路板固定安裝在上球殼內(nèi)，鋰電池和無線充電接收線圈被壓板固定在下球殼內(nèi)，鋰電池分別和無線充電接收線圈、控制電路板連接進(jìn)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(fā)送線圈，無線充電發(fā)送線圈固定在充電座上，無線充電發(fā)送線圈與外部的電源適配器相連，無線充電發(fā)送線圈和所述封閉球的無線充電接收線圈電磁連接實(shí)現(xiàn)無線充電。

所述的控制電路板包括單片機(jī)控制電路、供電電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)控制電路：采用單片機(jī)atmega128作為主控芯片，PEN腳經(jīng)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(jīng)電容C1相連、并聯(lián)復(fù)位開關(guān)S1后接地，同時(shí)RESET腳串聯(lián)電阻R6后接VCC，XTAL2腳、XTAL1腳之間并聯(lián)晶振后分別通過電容C2、電容C3接地，PF4腳經(jīng)電阻R1接VCC，PF4腳同時(shí)連接J-TAG接口1腳，PF5腳經(jīng)電阻R2接VCC，PF5腳同時(shí)連接J-TAG接口5腳，PF6腳經(jīng)電阻R3接VCC，PF6腳同時(shí)連接J-TAG接口3腳，PF7腳經(jīng)電阻R4接VCC，PF7腳同時(shí)連接J-TAG接口9腳，PC7腳經(jīng)LED燈D3接地，PC6腳經(jīng)LED燈D2接地，AVCC腳經(jīng)電感L1接VCC并同時(shí)經(jīng)C5接地，AREF腳經(jīng)C4接地，J-TAG接口的4腳接VCC，J-TAG接口的6腳接單片機(jī)的RESET腳；

2)供電電路：采用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(jīng)電源開關(guān)POWER-SW、負(fù)極接地，電阻R5與LED燈D1的串聯(lián)電路與電容C6、電容C7并聯(lián)，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(zhuǎn)換電路：利用AMS1117芯片將5V電壓轉(zhuǎn)為3.3V電壓，芯片1腳接地，2腳經(jīng)電容C9后接地，3腳接VCC，4腳經(jīng)電容C8接地；

4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路：選用SD卡作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，1腳、2腳、5腳和7腳分別經(jīng)電阻R11、電阻R10、電阻R9和電阻R8后均接VCC3.3，4腳接VCC3.3，1腳接單片機(jī)的TOSC2腳，2腳接單片機(jī)的PB2腳，5腳接單片機(jī)的PD1腳，7腳接單片機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的PD2腳，3腳接單片機(jī)的PD3腳，4腳接地。

所述的串口轉(zhuǎn)換器的型號為PL2303HX模塊，無線發(fā)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(fā)送線圈的型號為XKT-801，電源適配器的型號為YG-24W。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

本發(fā)明利用該測漏球系統(tǒng)，可以對深地管道、金屬管道等與外界無法即時(shí)信號交換的管道進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位；

適用于現(xiàn)成的管道系統(tǒng)，不需要對管道進(jìn)行傳感器安裝等額外改動(dòng)；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；

本泄漏檢測球?qū)τ谳斔筒煌黧w的管道，只需更換配重，調(diào)節(jié)識別算法即可，能以很低的成本獲得最大的效益。

本發(fā)明所涉及的接口標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)簡單，檢測步驟簡易，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為檢測球總體硬件結(jié)構(gòu)。

圖2為上半球結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為上半球結(jié)構(gòu)正面剖視圖。

圖4為上半球結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖5為下半球結(jié)構(gòu)正面剖視圖。

圖6為下半球結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖7為充電座結(jié)構(gòu)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(jī)控制電路圖。

圖11為供電電路圖。

圖12為電壓轉(zhuǎn)換電路圖。

圖13為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)，2、無線充電發(fā)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(fā)訊器，10、串口轉(zhuǎn)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(jī)控制電路，16、供電電路，17、電壓轉(zhuǎn)換電路，18、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括計(jì)算機(jī)1、串口轉(zhuǎn)換器10、無線發(fā)訊器9、封閉球和無線充電組件；計(jì)算機(jī)1經(jīng)串口轉(zhuǎn)換器10和無線發(fā)訊器9連接，無線發(fā)訊器9與封閉球無線連接，封閉球在管道中沿管道內(nèi)壁滾動(dòng)，封閉球置于無線充電組件上進(jìn)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(nèi)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(fā)訊器9無線通信連接。如圖2～圖4所示，控制電路板11經(jīng)螺栓5固定安裝在上球殼8內(nèi)，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(nèi)，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(jìn)行供電，無線充電接收線圈12用于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(fā)送線圈2，無線充電發(fā)送線圈2通過螺栓5固定在充電座6上，無線充電發(fā)送線圈2與外部的電源適配器4相連，無線充電發(fā)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(shí)現(xiàn)無線充電。

如圖10-圖16所示，控制電路板11包括單片機(jī)控制電路15、供電電路16、電壓轉(zhuǎn)換電路17、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)控制電路15分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jīng)供電電路16、電壓轉(zhuǎn)換電路17后與單片機(jī)控制電路15連接。

如圖10所示，單片機(jī)控制電路：采用單片機(jī)atmega128作為主控芯片，1腳經(jīng)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(jīng)電容C1相連、并聯(lián)復(fù)位開關(guān)S1后接地，同時(shí)20腳串聯(lián)電阻R6后接VCC，23腳、24腳之間并聯(lián)晶振后分別通過電容C2、電容C3接地，57腳經(jīng)電阻R1接VCC，57腳同時(shí)連接J-TAG接口1腳，56腳經(jīng)電阻R2接VCC，56腳同時(shí)連接J-TAG接口5腳，55腳經(jīng)電阻R3接VCC，55腳同時(shí)連接J-TAG接口3腳，54腳經(jīng)電阻R4接VCC，54腳同時(shí)連接J-TAG接口9腳，42腳經(jīng)LED燈D3接地，41腳經(jīng)LED燈D2接地，21、52腳接VCC，64腳經(jīng)電感L1接VCC，64腳同時(shí)經(jīng)C5接地，62腳經(jīng)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(jī)20腳；

如圖11所示，供電電路：采用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(jīng)電源開關(guān)POWER-SW、負(fù)極接地，并聯(lián)電容C6、C7、電阻R5與LED燈D1的串聯(lián)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(zhuǎn)換電路：利用AMS1117芯片將5V電壓轉(zhuǎn)為3.3V電壓，芯片1腳接地，2腳經(jīng)電容C9后接地，3腳接VCC，4腳經(jīng)C8接地。

如圖13所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路：選用SD卡作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。SD卡座選用SDPR09-A0-0285封裝，1腳經(jīng)電阻R11接VCC3.3，2腳經(jīng)電阻R10接VCC3.3，3腳、6腳接地，4腳接VCC3.3，5腳經(jīng)電阻R9接VCC3.3，7腳經(jīng)電阻R8接VCC3.3，同時(shí)，1腳接單片機(jī)18腳，2腳接單片機(jī)12腳，5腳接單片機(jī)11腳，7腳接單片機(jī)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(jī)的2腳，接口2腳連單片機(jī)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(jī)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(jī)27腳，3腳接單片機(jī)28腳，4腳接地。

具體實(shí)施中，陀螺儀模塊選用串口6軸加速度計(jì)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(tǒng)以控制電路板11為核心，包括計(jì)算機(jī)1、串口轉(zhuǎn)換器10、無線發(fā)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(fā)送線圈2、充電座6和電源適配器4。計(jì)算機(jī)1依次通過串口轉(zhuǎn)換器10、無線發(fā)訊器9與控制電路板11進(jìn)行通信，計(jì)算機(jī)1發(fā)出指令，控制電路板11執(zhí)行相應(yīng)指令，完成信號采集、發(fā)送的任務(wù)，計(jì)算機(jī)1接收信號后按照日期格式存儲(chǔ)信息；電源適配器4為無線充電發(fā)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(jìn)行。

如圖1所示，本發(fā)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(shí)采集聲音強(qiáng)度信號和旋轉(zhuǎn)角度信號，并存儲(chǔ)至球體控制電路板的SD存儲(chǔ)卡中；球被打撈起后，計(jì)算機(jī)控制球體信號收發(fā)，并在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信號的存儲(chǔ)和處理，分析管路泄漏狀況。

本發(fā)明的各模塊配合按以下過程進(jìn)行：

1)打開計(jì)算機(jī)操作界面，與控制電路板11建立無線連接。

如圖1所示，計(jì)算機(jī)1與電路板11之間通過全雙工無線方式進(jìn)行通信，無線通信模塊之一經(jīng)過串口轉(zhuǎn)換器10與計(jì)算機(jī)1連接，計(jì)算機(jī)將其識別為串口，通過串口控件實(shí)現(xiàn)串口的打開、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和關(guān)閉功能。

2)計(jì)算機(jī)發(fā)出“采集”指令，控制電路板11開始采集數(shù)據(jù)。

正常狀態(tài)下，控制電路板11處于等待任務(wù)狀態(tài)，接收并識別計(jì)算機(jī)1發(fā)出的指令，指令系統(tǒng)需要相互統(tǒng)一；計(jì)算機(jī)發(fā)出“采集開始”指令后，控制電路板11執(zhí)行采集數(shù)據(jù)的任務(wù)，按照設(shè)定的頻率同時(shí)采集聲音信號和球體姿態(tài)信號，并將同一時(shí)刻的信號打包成長度為10字節(jié)的數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)至SD卡中；控制電路板11不斷執(zhí)行采集任務(wù)，使得SD卡中存儲(chǔ)按時(shí)間排序的數(shù)據(jù)序列，直至計(jì)算機(jī)1發(fā)送“采集結(jié)束”指令，控制電路板11停止任務(wù)，并重新處于等待任務(wù)狀態(tài)。

3)計(jì)算機(jī)發(fā)出“接收數(shù)據(jù)”指令，控制電路板11開始發(fā)送數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)1發(fā)出“接收數(shù)據(jù)”指令后，控制電路板11從SD卡中按順序讀取其中的數(shù)據(jù)后通過無線通信模塊發(fā)送給計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)后以txt格式將聲音信號和球體姿態(tài)信號整理和儲(chǔ)存，并篩除錯(cuò)誤信息?？刂齐娐钒?1發(fā)送完畢后自動(dòng)重新進(jìn)入等待任務(wù)狀態(tài)，以便執(zhí)行新一輪數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

4)計(jì)算機(jī)以時(shí)間軸繪聲音強(qiáng)度圖和球體姿態(tài)圖，分析數(shù)據(jù)得到管道泄漏相關(guān)信息。

計(jì)算機(jī)1將聲音信號和球體姿態(tài)信號從數(shù)據(jù)包中分離出來后，繪制出數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上的變化曲線，以聲音強(qiáng)度信號通過閾值判斷分析獲得管道泄漏點(diǎn)，對應(yīng)得到時(shí)間軸坐標(biāo)，然后在球體姿態(tài)曲線中獲得球體相應(yīng)時(shí)刻的姿態(tài)，以姿態(tài)積分得到球體運(yùn)動(dòng)軌跡，從而分析得到管道泄漏的位置信息。