便携式水管冰冻堵塞位置探测仪的制作方法

本发明属于电子电路技术领域，涉及一种便携式水管冰冻堵塞位置探测仪，其主要涉及高频超声波发送与接收检测、微控制单元(MCU: Microcontroller Unit)对超声波发送功率的控制、接收时间的计算以及警报提醒技术。

背景技术：

近年来全球气候变化幅度较大，导致经常出现极端天气，甚至在我国南方大部分地区的冬天，气温也容易降低至零摄氏度以下。当温度低于零度时，水管内的水流在用户不用水的情况下，极易在短时间内结冰冻住，导致停水，给用户正常生产生活带来极大不便。

现有的住宅楼水管多采用聚氯乙烯（PVC：Polyvinyl chloride）和高密度聚乙烯（HDPE ：High Density Polyethylene）材料，且多安装于封装的空间内或墙体内，只有少数部分是裸露在外，而正是这段裸露在外的水管容易发生结冰冻住现象。当发生上述现象时，居民常采用电吹风、电暖器等方法对这段裸露在外的水管依次逐段加热，最终也能够将结冰冻住的水管内的冰块融化，重新恢复供水。然而，由于无法看见具体是哪一段结冰冻住，整段裸露在外的水管都需要加热，工作量大、耗时且效率低。因此，迫切需要研发一种能够在不对水管进行拆卸的情况下，直接从外部对水管进行检测，迅速找到水管结冰部位，再有针对性地加热融化冰冻位置处的冰块，从而快速恢复供水的设备。

目前探测水管结冰主要技术有光学法结冰传感器，英国Lucas MK3系列结冰探测器，磁致伸缩式传感器，平模谐振式传感器，压电谐振式平膜结冰传感器等，这些技术灵敏度虽高，但测量范围小，只可探测冰厚度0~2.0mm。利用冰与水导电特性的厚度传感器需要与冰完全接触也不具有实用性。而红外热像仪，成本较高，技术依赖进口，国内这方面产品较少。

对于水管防冻措施做的不好的地方，特别是我国南方地区，当冬季遇到极寒天气时，将会造成水管结冰堵塞，影响用户的正常使用。如果可以快速检测到水管结冰部位，则可以根据冰冻规模的大小采取相应的措施，以恢复用户正常使用。本发明正是基于此而提出的。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种便携式水管冰冻堵塞位置探测仪。

本发明采取如下技术方案：一种水管冰冻堵塞位置探测仪，其包括：

主控MCU，控制超声波发射器发出超声波信号并接收超声波接收器发来的电信号，以测得超声波通过水管的时间；

超声波发射器，与超声波接收器相对布设，两者间留有间距；接收主控MCU的控制信号后，发出超声波脉冲调制信号；

超声波接收器，收到超声波信号并转化为电信号发送给主控MCU；

提醒模块，当所测超声波通过水管的时间与基准时间差值超过设定值时，则主控MCU通过提醒模块发出提醒信息。

本发明根据超声波穿过冻结与没有冻结水管的时间不同来判断不同位置水管的冻结堵塞程度，时间越短堵塞越严重，当所测时间与设定的标准差距超过一定的范围则通过蜂鸣器发出警报。

优选的，超声波发射器与超声波接收器通过一连接装置相连。

优选的，所述的连接装置能够调节超声波发射器与超声波接收器间的距离。将发射器和接收器固定在一起，中间距离可调，使得在一次测量过程中发射器与接收器之间的距离保持不变。

优选的，所述的提醒模块包括一蜂鸣器，当所测超声波通过水管的时间与基准时间差值超过设定值时，蜂鸣器发出警报。

优选的，还包括一显示器，与主控MCU联接，用于显示超声波通过水管的时间。

优选的，超声波的功率根据待测水管的直径和/或材料进行调节。

采用本发明技术方案，具有如下技术效果：

（1）高频超声波发射器和接收器，发射器发出的高频超声波脉冲调制信号由接收器接收。物体阻断声束，使接收器做出反应，并发出输出信号。用户可以根据需要调节输入信号的放大倍数。当物体阻断声束时，接收器做出反应，并发出输出信号。

（2）通过主控MCU上的电位计，用户可以根据需要调节输入信号的放大倍数，用LED指示输出级的状态和信号强度。

（3）通过主控MCU对高频超声波发射器发送信号到接收器收到超声波信号进行计时。连续测量不同位置的时间，选取最长时间作为基准。

（4）当所测出的时间比基准时间短一定值时发出警报提醒。

本发明可以快速检测被冰冻堵塞的部分水管，对冰冻堵塞的部分有针对性的进行加热，快速解决用户无法用水的问题。

附图说明

图1为本发明系统结构示意框图。

图2为本发明系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

本发明的原理如下：超声波功率大，能量比一般声波大得多，因而穿透力强。由于它频率高，波长短，衍射不严重，具有良好定向性。超声波在气体、液体和固体中的传播速度依次增大，因而超声波在流动的水中的传播速度要比在结冰的冰块中慢，表现为传输时延更大，而且速度相差比较明显。当两个物体的密度相差较小时，需要用高频超声波的频率来区别。因为冰和水的密度差很小，因而选择高频超声波技术作为检测技术。目前，超声波在金属探伤、测距及医疗方面已有应用。

如图1所示，主控MCU 2与显示器1、蜂鸣器3、高频超声波发射器4、高频超声波接收器7都相联。高频超声波发射器4与高频超声波接收器7相对布设于水管5即待检测目标的两侧，高频超声波发射器4产生高频超声波6穿过水管5后由高频超声波接收器7接收。且高频超声波发射器4与高频超声波接收器7通过连接装置8相连，连接装置8长度可调，其可以避免在同一测量过程中因高频超声波发射器4和高频超声波接收器7之间距离变化造成的误差。

显示器1用来显示超声波由发射到接收所经历的时间，同时也可以用来显示水管冰冻位置信息。主控MCU采用现有技术（如：msp430f5529单片机、8051系列单片机等），控制超声波发射器发送高频超声波、接收超声波接收器传输的信号以及对高频超声波传输时间的计算。蜂鸣器3用于发出警报。超声波发射器4发送一定功率的高频超声波。超声波接收器7将接收到的高频超声波转化为电信号传送给主控MCU。

如图2所示，具体工作流程如下：

（1）首先按下主控MCU的启动按键，选择是否要进行功率调节，若选择是，主控MCU发出信号使得超声波发射器发出的连续信号由接收器接收。用户根据实际管道材料和材料半径调节输入信号的放大倍数，使得在高频超声波接收器能够收到信号的情况下，超声波发射器发射功率合适的高频超声波脉冲信号。

（2）若选择否，则直接进行检测，主控MCU发出信号使得超声波发射器发出高频超声波脉冲调制信号，高频超声波穿过水管后被接收器接收，高频超声波接收器将高频超声波信号转化为电信号并发送给主控MCU，主控MCU通过计时程序计算高频超声波穿过水管的时间，并通过显示器进行显示。

（3）高频超声波在水中的传播速度远远小于在冰中的传播速度。在超声波发射器和接收器中间距离不变的情况下，对堵塞水管多个部位进行测量，比较几次测量时间，选择最长时间作为基准时间，当所测时间与基准时间差值超过一定值时通过蜂鸣器发出警报，表明水管堵塞，根据堵塞情况进行定点加热即可快速解决问题。

本发明便携式水管冰冻堵塞位置探测仪，可以快速检测水管由于结冰而堵塞的位置，特别适用于裸露在外面的水管。本发明可以根据在同一水管中结冰部分和未结冰部分测量时间的差异快速判断该位置是否结冰堵塞，当结冰时通过蜂鸣器发出警报。