一种用于农业自动化喷淋灌溉系统的管道漏水检测装置的制作方法

文档序号:14918941发布日期:2018-07-11 02:38

本实用新型涉及一种管道漏水检测装置,具体是一种用于农业喷淋灌溉系统中主管道的漏水检测装置,属于农业自动化设备领域。



背景技术:

随着经济的发展,对农业自动化水平的要求越来越高。同时,为进一步解决水资源、能源的短缺和人工成本增加等问题,越来越多的农林产业中采用自动控制灌溉系统。例如,时序控制灌溉系统将灌水开始时间、灌水延续时间和灌水周期作为控制参量,实现整个系统的自动灌水,其基本组成包括:控制器、电磁阀,还可选配土壤水分传感器、降雨传感器及霜冻传感器等设备,其中控制器是系统的核心。灌溉管理人员可根据需要将灌水开始时间、灌水延续时间、灌水周期等设置到控制器的程序当中,控制器通过电缆向电磁阀发出信号,开启或关闭灌溉系统。

再如,中央计算机控制灌溉系统将与植物需水相关的气象参量(温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等)通过自动电子气象站反馈到中央计算机,计算机会自动决策当天所需灌水量,并通知相关的执行设备,开启或关闭某个子灌溉系统。美国亨特公司开发的IMMS中央计算机控制灌溉系统,可通过有线、无线、光缆、电话线、甚至手机网络等方式对无限量的子系统实现计算机远程控制,如对小到一个公园、大到一个城市甚至几个城市的所有园林灌溉系统,均可由一台中央计算机进行自动控制,这在园林绿地灌溉系统,以及高尔夫球场的灌溉系统中已被广泛采用。

灌溉的控制方式与控制设备的改进均是围绕如何解决水资源、能源的短缺和人工成本增加等问题的,在自动喷淋灌溉系统中同样存在水资源的浪费情况,例如自动灌溉系统采集的用于设定灌溉时间等参数的周围自然环境数据有可能出现误差从而导致控制不精确造成水资源浪费;此外,喷淋灌溉系统中的管道出现漏水,但由于管道线路较长采用人工巡查方式难以及时发现也将造成较大的水资源浪费。



技术实现要素:

针对现有技术存在的上述不足,本实用新型的目的是:怎样提供一种能够对农业自动化喷淋灌溉系统的管道漏水进行检测并将检测结果实时发送给计算机终端以利于人工排查修复的检测装置。

为了实现上述目的,本实用新型采用了以下的技术方案。

一种用于农业自动化喷淋灌溉系统的管道漏水检测装置,其特征在于:它主要由检测装置外壳和检测装置电子系统组成;所述检测装置外壳为球状空心结构;所述检测装置电子系统安装在基板上,基板为检测装置电子系统提供固定载体;所述基板设置在检测装置外壳内;

所述检测装置电子系统包括:单片机、收发一体式超声波换能器单元和远程通信模块;

所述收发一体式超声波换能器单元主要包括:超声波探头、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2;所述第一晶体管Q1为和第二晶体管Q2均为NPN晶体管,所述第一晶体管Q1的发射极接地,所述第一晶体管Q1的集电极与升压变压器的输入端相连接,所述升压变压器的输出端与超声波探头相连接;超声波探头还与第二晶体管Q2的基极相连接,第二晶体管Q2的集电极与电源VCC相连接,第二晶体管Q2的发射机接地;所述第二晶体管Q2的集电极还与信号放大电路模块的输入端相连接,所述信号放大电路模块的输出端与滤波器模块的输入端相连接;

所述远程通信模块为SIM5320型芯片;

所述第一晶体管Q1的基极与单片机的IO相连接,带通滤波器的输出端与单片机的IO相连接;

单片机的串口的接收端RXD与远程通信模块的串口接收端SIMRXD相连接;单片机的串口发送端TXD与远程通信模块的串口发送端SIMTXD相连接;远程通信模块能够与计算机终端相通信。

进一步的:所述信号放大电路模块为仪表放大器。

更进一步的:所述滤波器模块为带通滤波器。

相比现有技术,本实用新型具有如下优点:本实用新型单片机产生低压高频脉冲电压信号,该脉冲信号经第一晶体管Q1和升压变压器处理后,产生相应的高压激励信号,高压激励信号驱动超声波探头发射超声波,利用超声波的反射特性,可以采集从管道缺陷界面反射回来的反射波,单片机根据反射波的具体情况来进行缺陷探测。本实用新型将检测装置电子系统设置在球状的检测装置外壳中,检测装置随水流进入被探测管道中,并且能够实时的将检测结果通过远程通信模块将探测结果发送给计算机终端方便人工排查修复;因此本实用新型具有能够有效检测喷淋灌溉系统管道破损漏水,节约灌溉系统水资源、降低人工排查修复难度的的优点。

附图说明

图1为本实用新型中检测装置电子系统电路结构图;

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

一、电路组成与连接关系

如图1所示,一种用于农业自动化喷淋灌溉系统的管道漏水检测装置,它的基本结构是在检测装置外壳内设置有检测装置电子系统。

检测装置外壳为球状空心结构,并且采用防水材料制作而成;检测装置电子系统安装在基板上,基板为检测装置提供固定载体。

检测装置电子系统包括:单片机、收发一体式超声波换能器单元和远程通信模块。

(1)单片机:单片机采用内部集成有AD转换器的芯片实现,例如常见的STC系列单片机STC12C5A60S2。

(2)远程通信模块:远程通信模块采用SIM5320型芯片实现;

(3)收发一体式超声波换能器单元

收发一体式超声波换能器单元是电子系统的关键,它主要包括:超声波探头、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2;其中,第一晶体管Q1为和第二晶体管Q2均为NPN晶体管;超声波探头采用同时具有接收和发送功能的收发一体式超声波探头,它在电脉冲的激励下可以将电能转换为机械能向外发送超声波,当处于接收状态时又能将超声波(声能)转换为电信号(电能)。

收发一体式超声波换能器单元的结构如下:第一晶体管Q1的发射极接地,第一晶体管Q1的集电极与升压变压器的输入端相连接,所述升压变压器的输出端与超声波探头相连接;超声波探头还与第二晶体管Q2的基极相连接,第二晶体管Q2的集电极与电源VCC相连接,第二晶体管Q2的发射机接地;所述第二晶体管Q2的集电极还与信号放大电路模块的输入端相连接,所述信号放大电路模块的输出端与滤波器模块的输入端相连接;

(4)单片机与远程通信模块、收发一体式超声波换能器单元之间的电路连接关系:

收发一体式超声波换能器单元的第一晶体管Q1的基极与单片机的IO相连接,收发一体式超声波换能器单元的带通滤波器的输出端与单片机的IO相连接;

单片机的串口的接收端RXD与远程通信模块的串口接收端SIMRXD相连接;单片机的串口发送端TXD与远程通信模块的串口发送端SIMTXD相连接;

远程通信模块能够与计算机终端相通信。

二、本实用新型工作原理与工作过程如下:

声音的频率就是声波每秒钟振动的次数。人耳可以听到的声波范围是20hz至20000hz。低于20hz的声波被称为次声波,而高于20000hz的声波就是现在经常说的超声波了。超声波人耳是听不到的,它的实质也是一种机械振动波。超声波检测在五种常见的无损检测方法中,超声波检测是应用最为广泛、优点最多的检测方式。像其他的机械振动波一样,超声波在遇到介质表面后也会发生相应的反射、折射等现象。利用超声波的反射特性,可以采集从缺陷界面反射回来的反射波,根据反射波的具体情况来进行缺陷探测。具体的,超声波传播到管道破损缺陷的界面处时,就会全部或部分被反射,反射回的反射波被相应装置接收后,经过放大、滤波等处理,就可以利用单片机等智能处理器分析出缺陷的特性并根据超声波的时域特性,对缺陷点进行准确的定位。因此实现管道破损缺陷检测的关键在于发射超声波、接收超声波的反射波,并将反射波转换为电信号后对该电信号进行处理从而提取分析出破损缺陷点具体位置信息。

(1)超声波的发射:单片机芯片通过其IO发送高高频脉冲电压信号,该信号经过第一晶体管Q1放大后再由升压变压器升压后成为高频高压电脉冲成为驱动超声波探头的高压激励信号。激励脉冲电压加在探头两端,根据压电效应,压电晶体被激发,发射出超声波。

(2)超声波的接收:为了避免超声波法发射波和反射波之间的相互干扰(发射波和反射波同时存在,较大能量的驱动信号和较弱的反射波信号直接进入放大滤波电路将造成电路工作不稳定),因此在信号放大模块和滤波模块之前接入第二晶体管Q2实现对后续放大滤波电路的保护。

(3)反射波信号的处理

超声波探头接收到超声波后转换得到的反射波信号较微弱,因此需要进行放大处理,信号放大电路模块实现这一功能,信号放大电路模块是一个由仪表放大器AD623构成的差动放大器。

在超声波检测过程中,反射回的超声波信号会夹杂着很多噪声,而超声回波信号本身又非常微弱,往往是微伏级别的,需要放大后才能进行后续处理,这时候,夹杂在其中的声学噪声、非声学噪声也被成倍的放大。通频带若越宽,噪声也就越大。这时候,如果不处理被放大的噪声,噪声就有可能完全湮没目标信号。这样就严重干扰了检测结果,会导致超声检测的误差甚至错误。为了提高检测的准确度,进行超声波回波信号去噪非常有必要,嗯实用新型中利用一个运算放大器构成无限增益二阶带通滤波电路实现信号去噪,具体电路结构见图1所示。

经处理后的信号便送入单片机中的AD转换模块,经过转换后得到数字信号,单片机CPU将数据进行分析得出缺陷的特性并根据超声波的时域特性,对缺陷点进行准确的定位,实现漏水点的检测。

此外,远程通信模块SIM5320芯片基于GSM和WCDMA双网络数据通信能力,实现无线数据传输功能。

本实用新型的使用方式是将本实用新型投入被测管道中,因为本实用新型检测装置外壳为球状,因此检测装置将随水流在管道中流动实时检测管道的破损缺陷处,并将检测结果发送给计算机终端便于人工排查修复管道。

最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方。案而非限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

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