用于城市供水的地下金属管道漏损检测电路的制作方法

本实用新型涉及城市供水系统的检测与安全运行领域，具体涉及一种用于城市供水的地下金属管道的漏损检测电路。

背景技术：

供水系统保证城市的生活用水、工业用水以及其它用水的正常供应，是现代城市的生命。长期以来，我国城市地下供水管网漏损率很高，大量的水通过地下管网的渗漏，造成水资源的巨大浪费；管网漏损造成供水压力不稳和突变、水质差和管网的“二次污染”等都影响着百姓日常生活；地下供水管道漏损会把大量泥沙带走，形成大量塌陷，构成大量的工程隐患。由此可见，地下供水管道漏损导致大量经济损失，给城市的生活和安全生产都带来了巨大的安全隐患。

城市供水管道深埋在地下，环境恶劣，其漏损检测技术不够完善，给供水管道漏损的及时检测定位，维修和安全运行带来了很大困难。传统的供水管网漏损检测方法有被动检修法和听音法。被动检修法是发现明漏后才进行检修的一种方法。听音法检漏是利用地下管道漏水产生声音以及敲击水管，在地面来估计管道是否漏水、估计漏孔部位的一种方法。听音法检漏方法的主要缺点是：(1)有时声响大,听到声响的范围过大,难以确定正确的漏水位置；(2)有时漏水声响处不一定是漏点,主要依靠人长期积累的经验；(3)在交通繁忙、噪声强的地区,听音法难以正常工作；(4)有些声音过小,也难以用听音法检出。虽然现在以听音法为基础，进行了许多改进，仪器性能及操作人员的技术不断提高,但仍存在很大的局限性,特别是自动化程度低，噪声过大,管道埋设过深时,推断管道是否漏损仍然非常困难。

技术实现要素：

本实用新型针对已有供水管道漏损检测的不足，本实用新型提出一种用于城市地下供水的金属管道漏损检测电路。

本实用新型一种用于城市地下供水的金属管道漏损检测电路，包括：控制和报警模块、高频振荡模块、数据采集与放大模块、模数转换模块和电源模块。

控制和报警模块由控制芯片MSP430f149、第一电阻R1、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、按键RESET、蜂鸣器BELL、第二发光二极管LED2、第一三极管Q1、第一陶瓷电容C1、第二陶瓷电容C2、第三陶瓷电容C3、第四陶瓷电容C4、第十六陶瓷电容C16、第十八陶瓷电容C18、第十九陶瓷电容C19、第一电解电容C17、第二电解电容C20、第一晶振CRYSTAL和第二晶振CRYSTAL2组成。其中，控制芯片MSP430f149的4、5、6、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、45、49、50、51、53、54、55、56、57、59、60、61脚架空。

第四陶瓷电容C4的一端与控制芯片MSP430f149的62、63脚连接并接地，第四陶瓷电容C4的另一端与控制芯片MSP430f149的64脚连接。第一电阻R1的一端接电源VCC，第一电阻R1的另一端与控制芯片MSP430f149的58脚、第三陶瓷电容C3的一端、按键RESET的一端连接，第三陶瓷电容C3的另一端与按键RESET的另一端、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端连接并接地，第二陶瓷电容C2的另一端与第二晶振CRYSTAL2的一端、控制芯片MSP430f149的53脚连接，第一陶瓷电容C1的另一端与第二晶振CRYSTAL2的另一端、控制芯片MSP430f149的52脚连接。蜂鸣器BELL的一端接电源VCC，蜂鸣器BELL的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与控制芯片MSP430f149的3脚连接。第二十电阻R20的一端接电源VCC，第二十电阻R20的另一端与第二发光二极管LED2的阳极连接，第二发光二极管LED2的阴极与控制芯片MSP430f149的2脚连接。第十六陶瓷电容C16的一端接 地，第十六陶瓷电容C16的另一端与控制芯片MSP430f149的1脚连接。第一电解电容C17的阴极与第十八陶瓷电容C18的一端、第十九陶瓷电容C19的一端、第二电解电容C20的阴极、控制芯片MSP430f149的11脚连接，第一电解电容C17的阳极与第十八陶瓷电容C18的另一端、控制芯片MSP430f149的7脚连接，第二电解电容C20的阳极与第十九陶瓷电容C19的另一端、控制芯片MSP430f149的10脚连接，第一晶振CRYSTAL的一端与控制芯片MSP430f149的8脚连接，第一晶振CRYSTAL的另一端与控制芯片MSP430f149的9脚连接。

高频振荡模块由555定时器、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第五陶瓷电容C5、第六陶瓷电容C6、第七陶瓷电容C7、第八陶瓷电容C8、第二电感L2和第二三极管Q2组成。

555定时器的4、8脚接电源VCC，第二电阻R2的一端接电源VCC，第二电阻R2的另一端与555定时器的7脚、第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与555定时器的2、6脚、第六陶瓷电容C6的一端连接。555定时器5脚与第五陶瓷电容C5的一端连接，第五陶瓷电容C5的另一端与555定时器1脚、第六陶瓷电容C6的另一端连接并接地。555定时器的3脚与第七陶瓷电容C7的一端连接，第七陶瓷电容C7的另一端与第二三极管Q2的基极连接。第四电阻R4的一端接电源VCC，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地。第六电阻R6的一端接电源VCC，第六电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极、第八陶瓷电容C8的一端连接，第八陶瓷电容C8的另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端接地。第二三极管Q2的发射极与第七电阻R7的一端、第九陶瓷电容C9的一端连接，第七电阻R7的另一端与第九陶瓷电容C9的另一端连接并接地。

数据采集与放大模块由芯片UGN3503U、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第 一滑动变阻器Rw1、第二滑动变阻器Rw2、第十陶瓷电容C10、第十一陶瓷电容C11、第十二陶瓷电容C12、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一运算放大器LM324A、第二运算放大器LM324B和第三运算放大器LM324C组成。

芯片UGN3503U的1脚接地，芯片UGN3503U的3脚接电源VCC，芯片UGN3503U的2脚与第十陶瓷电容C10的一端连接，第十陶瓷电容C10的另一端与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端连接，第十电阻R10的另一端接地，第十一电阻R11的另一端与第一运算放大器LM324A的正相输入端连接；第九电阻R9的一端与电源VCC连接，第九电阻R9的另一端与第一运算放大器LM324A的负相输入端、第一滑动变阻器Rw1的一端连接，第一滑动变阻器Rw1的另一端与第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端与第一运算放大器LM324A的输出端、第十一陶瓷电容C11的一端连接。第一运算放大器LM324A的正电源端接电源VCC，第一运算放大器LM324A的负电源端接地。第十一陶瓷电容C11的另一端与第二运算放大器LM324B的正相端连接，第二运算放大器LM324B的负相端与第二二极管D2的阳极、第十三电阻R13的一端连接，第二二极管D2的阴极与第二运算放大器LM324B的输出端、第一二极管D1的阳极连接，第二运算放大器LM324B的正电源端接电源VCC，第二运算放大器LM324B的负电源端接地。第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阳极、第十四电阻R14的一端连接，第三二极管D3的阴极与第十二陶瓷电容C12的一端、第三运算放大器LM324C的正相端连接，第十二陶瓷电容C12的另一端接地。第十三电阻R13的另一端与第三运算放大器LM324C的负相端、第十四电阻R14的另一端连接，第三运算放大器LM324C的输出端与第十三电阻R13的另一端、第二滑动变阻器Rw2的第一固定端连接，第二滑动变阻器Rw2的第二固定端接地，第二滑动变阻器Rw2的第三滑动端接模数转换芯片ADC0809的26脚。第三运算放大器LM324C的正电源端接电源VCC，第三运算放大器LM324C的负电源端接地。

模数转换模块由控制芯片MSP430f149、模数转换芯片ADC0809和第二滑动变阻器Rw2组成。其中，模数转换芯片ADC0809的1、2、3、4、5、27、28脚架空。

模数转换芯片ADC0809的6脚与控制芯片MSP430f149的46脚连接，模数转换芯片ADC0809的7脚与控制芯片MSP430f149的44脚连接，模数转换芯片ADC0809的8脚与控制芯片MSP430f149的39脚连接，模数转换芯片ADC0809的9脚与控制芯片MSP430f149的47脚连接，模数转换芯片ADC0809的10脚与控制芯片MSP430f149的48脚连接，模数转换芯片ADC0809的11、12脚接电源VCC，模数转换芯片ADC0809的13、16、23、24、25脚接地，模数转换芯片ADC0809的14脚与控制芯片MSP430f149的37脚连接，模数转换芯片ADC0809的15脚与控制芯片MSP430f149的38脚连接，模数转换芯片ADC0809的17脚与控制芯片MSP430f149的36脚连接，模数转换芯片ADC0809的18脚与控制芯片MSP430f149的40脚连接，模数转换芯片ADC0809的19脚与控制芯片MSP430f149的41脚连接，模数转换芯片ADC0809的20脚与控制芯片MSP430f149的42脚连接，模数转换芯片ADC0809的21脚与控制芯片MSP430f149的43脚连接，模数转换芯片ADC0809的26脚与第二滑动变阻器Rw2的滑动端连接。

电源模块由220V交流电源U、变压器TF1、三端稳压器LM317、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一发光二极管LED1、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第三滑动变阻器Rw3、第十四陶瓷电容C14、第三电解电容C13和第四电解电容C15组成。

220V交流电源U与变压器TF1连接，变压器TF1的一端与第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阳极连接，第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阳极连接并接地，第五二极管D5的阴极与变压器TF1的另一端、第七二极管D7的阳极连接；第七二极管D7的阴极与第六二极管D6的阴极、第十六电阻R16的一端、第三电解电容C13的阳极、第十四陶瓷电容C14的一端、第八二极管D8的阴极、三端稳压器LM317的3脚连接，第十六电 阻R16的另一端与第一发光二极管LED1的阳极连接；第一发光二极管LED1的阴极、第三电解电容C13的阴极、第十四陶瓷电容C14的另一端接地，第八二极管D8的阳极与三端稳压器LM317的2脚、第十七电阻R17的一端、第四电解电容C15的阳极连接，第十七电阻R17的一端与第三滑动变阻器Rw3的第一固定端连接，三端稳压器LM317的1脚与第三滑动变阻器Rw3的第三滑动端连接，第三滑动变阻器Rw3的第二固定端与第十八电阻R18的一端连接，第十八电阻R18的另一端、第四电解电容C15的阴极接地。

有益效果：本实用新型利用电磁感应原理，让交流电通过电感线圈，产生迅速变化的磁场，该磁场能在被检测的地下金属供水管道内部产生感生涡流。感生涡流反过来又会影响原来的磁场强度。利用霍尔传感器将磁场强度转换为电压信号，将该电压值与预先设定值作差，通过对差值的分析来判断检测的金属供水管道是否发生漏损。不仅如此，根据采集到的检测数据与设定值比较，可以分析出管道漏水的精确位置和漏损的大致程度，还可以判断该区域地下金属供水管的磨损状况和评估发生漏损的可能程度。对易于发生漏损的区域及管道，可以利用本方法进行不定时的检测，对于及时发现地下供水管道的漏损，检修及供水系统的安全运行具有重要的经济和社会效益。

附图说明

图1是控制和报警模块电路；

图2是高频振荡模块电路；

图3是数据采集与放大模块；

图4是模数转换模块；

图5是电源模块。

具体实施方式

一种用于城市地下供水的金属管道漏损检测电路包括：控制和报警模块、高频振荡模块、数据采集与放大模块、模数转换模块和电源模块。

如图1所示，控制和报警模块由控制芯片MSP430f149、第一电阻R1、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、按键RESET、蜂鸣器BELL、第二发光 二极管LED2、第一三极管Q1、第一陶瓷电容C1、第二陶瓷电容C2、第三陶瓷电容C3、第四陶瓷电容C4、第十六陶瓷电容C16、第十八陶瓷电容C18、第十九陶瓷电容C19、第一电解电容C17、第二电解电容C20、第一晶振CRYSTAL和第二晶振CRYSTAL2组成。其中，控制芯片MSP430f149的4、5、6、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、45、49、50、51、53、54、55、56、57、59、60、61脚架空。

第四陶瓷电容C4的一端与控制芯片MSP430f149的62、63脚连接并接地，第四陶瓷电容C4的另一端与控制芯片MSP430f149的64脚连接。第一电阻R1的一端接电源VCC，第一电阻R1的另一端与控制芯片MSP430f149的58脚、第三陶瓷电容C3的一端、按键RESET的一端连接，第三陶瓷电容C3的另一端与按键RESET的另一端、第一陶瓷电容C1的一端、第二陶瓷电容C2的一端连接并接地，第二陶瓷电容C2的另一端与第二晶振CRYSTAL2的一端、控制芯片MSP430f149的53脚连接，第一陶瓷电容C1的另一端与第二晶振CRYSTAL2的另一端、控制芯片MSP430f149的52脚连接。蜂鸣器BELL的一端接电源VCC，蜂鸣器BELL的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极与第二十一电阻R21的一端连接，第二十一电阻R21的另一端与控制芯片MSP430f149的3脚连接。第二十电阻R20的一端接电源VCC，第二十电阻R20的另一端与第二发光二极管LED2的阳极连接，第二发光二极管LED2的阴极与控制芯片MSP430f149的2脚连接。第十六陶瓷电容C16的一端接地，第十六陶瓷电容C16的另一端与控制芯片MSP430f149的1脚连接。第一电解电容C17的阴极与第十八陶瓷电容C18的一端、第十九陶瓷电容C19的一端、第二电解电容C20的阴极、控制芯片MSP430f149的11脚连接，第一电解电容C17的阳极与第十八陶瓷电容C18的另一端、控制芯片MSP430f149的7脚连接，第二电解电容C20的阳极与第十九陶瓷电容C19的另一端、控制芯片MSP430f149的10脚连接，第一晶振CRYSTAL的一端 与控制芯片MSP430f149的8脚连接，第一晶振CRYSTAL的另一端与控制芯片MSP430f149的9脚连接。

如图2所示，高频振荡模块由555定时器、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第五陶瓷电容C5、第六陶瓷电容C6、第七陶瓷电容C7、第八陶瓷电容C8、第二电感L2和第二三极管Q2组成。

555定时器的4、8脚接电源VCC，第二电阻R2的一端接电源VCC，第二电阻R2的另一端与555定时器的7脚、第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与555定时器的2、6脚、第六陶瓷电容C6的一端连接。555定时器5脚与第五陶瓷电容C5的一端连接，第五陶瓷电容C5的另一端与555定时器1脚、第六陶瓷电容C6的另一端连接并接地。555定时器的3脚与第七陶瓷电容C7的一端连接，第七陶瓷电容C7的另一端与第二三极管Q2的基极连接。第四电阻R4的一端接电源VCC，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地。第六电阻R6的一端接电源VCC，第六电阻R6的另一端与第二三极管Q2的集电极、第八陶瓷电容C8的一端连接，第八陶瓷电容C8的另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端接地。第二三极管Q2的发射极与第七电阻R7的一端、第九陶瓷电容C9的一端连接，第七电阻R7的另一端与第九陶瓷电容C9的另一端连接并接地。

如图3所示，数据采集与放大模块由芯片UGN3503U、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一滑动变阻器Rw1、第二滑动变阻器Rw2、第十陶瓷电容C10、第十一陶瓷电容C11、第十二陶瓷电容C12、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一运算放大器LM324A、第二运算放大器LM324B和第三运算放大器LM324C组成。

芯片UGN3503U的1脚接地，芯片UGN3503U的3脚接电源VCC，芯片UGN3503U的2脚与第十陶瓷电容C10的一端连接，第十陶瓷电容C10的另 一端与第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端连接，第十电阻R10的另一端接地，第十一电阻R11的另一端与第一运算放大器LM324A的正相输入端连接；第九电阻R9的一端与电源VCC连接，第九电阻R9的另一端与第一运算放大器LM324A的负相输入端、第一滑动变阻器Rw1的一端连接，第一滑动变阻器Rw1的另一端与第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端与第一运算放大器LM324A的输出端、第十一陶瓷电容C11的一端连接。第一运算放大器LM324A的正电源端接电源VCC，第一运算放大器LM324A的负电源端接地。第十一陶瓷电容C11的另一端与第二运算放大器LM324B的正相端连接，第二运算放大器LM324B的负相端与第二二极管D2的阳极、第十三电阻R13的一端连接，第二二极管D2的阴极与第二运算放大器LM324B的输出端、第一二极管D1的阳极连接，第二运算放大器LM324B的正电源端接电源VCC，第二运算放大器LM324B的负电源端接地。第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阳极、第十四电阻R14的一端连接，第三二极管D3的阴极与第十二陶瓷电容C12的一端、第三运算放大器LM324C的正相端连接，第十二陶瓷电容C12的另一端接地。第十三电阻R13的另一端与第三运算放大器LM324C的负相端、第十四电阻R14的另一端连接，第三运算放大器LM324C的输出端与第十三电阻R13的另一端、第二滑动变阻器Rw2的第一固定端连接，第二滑动变阻器Rw2的第二固定端接地，第二滑动变阻器Rw2的第三滑动端接模数转换芯片ADC0809的26脚。第三运算放大器LM324C的正电源端接电源VCC，第三运算放大器LM324C的负电源端接地。

如图4所示，模数转换模块由控制芯片MSP430f149、模数转换芯片ADC0809和第二滑动变阻器Rw2组成。其中，模数转换芯片ADC0809的1、2、3、4、5、27、28脚架空。

模数转换芯片ADC0809的6脚与控制芯片MSP430f149的46脚连接，模数转换芯片ADC0809的7脚与控制芯片MSP430f149的44脚连接，模数转换芯片ADC0809的8脚与控制芯片MSP430f149的39脚连接，模数转换芯片ADC0809的9脚与控制芯片MSP430f149的47脚连接，模数转换芯片 ADC0809的10脚与控制芯片MSP430f149的48脚连接，模数转换芯片ADC0809的11、12脚接电源VCC，模数转换芯片ADC0809的13、16、23、24、25脚接地，模数转换芯片ADC0809的14脚与控制芯片MSP430f149的37脚连接，模数转换芯片ADC0809的15脚与控制芯片MSP430f149的38脚连接，模数转换芯片ADC0809的17脚与控制芯片MSP430f149的36脚连接，模数转换芯片ADC0809的18脚与控制芯片MSP430f149的40脚连接，模数转换芯片ADC0809的19脚与控制芯片MSP430f149的41脚连接，模数转换芯片ADC0809的20脚与控制芯片MSP430f149的42脚连接，模数转换芯片ADC0809的21脚与控制芯片MSP430f149的43脚连接，模数转换芯片ADC0809的26脚与第二滑动变阻器Rw2的滑动端连接。

如图5所示，电源模块由220V交流电源U、变压器TF1、三端稳压器LM317、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一发光二极管LED1、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第三滑动变阻器Rw3、第十四陶瓷电容C14、第三电解电容C13和第四电解电容C15组成。

220V交流电源U与变压器TF1连接，变压器TF1的一端与第四二极管D4的阴极、第六二极管D6的阳极连接，第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阳极连接并接地，第五二极管D5的阴极与变压器TF1的另一端、第七二极管D7的阳极连接；第七二极管D7的阴极与第六二极管D6的阴极、第十六电阻R16的一端、第三电解电容C13的阳极、第十四陶瓷电容C14的一端、第八二极管D8的阴极、三端稳压器LM317的3脚连接，第十六电阻R16的另一端与第一发光二极管LED1的阳极连接；第一发光二极管LED1的阴极、第三电解电容C13的阴极、第十四陶瓷电容C14的另一端接地，第八二极管D8的阳极与三端稳压器LM317的2脚、第十七电阻R17的一端、第四电解电容C15的阳极连接，第十七电阻R17的一端与第三滑动变阻器Rw3的第一固定端连接，三端稳压器LM317的1脚与第三滑动变阻器Rw3的第三滑动端连接，第三滑动变阻器Rw3的第二固定端与第十八电阻R18的一端连接，第十八电阻R18的另一端、第四电解电容C15的阴极接地。

工作过程

首先，由555定时器产生一定频率的脉冲信号，经过第七陶瓷电容C7输入到第二三极管Q2的基极使其导通，经第二三极管Q2放大之后，就形成了频率稳定度高、功率较大的脉冲信号输入。然后输入到第二电感L2中，在线圈内产生瞬间较强的电流，从而使线圈周围产生恒定的交变磁场。产生的磁场会被线性霍尔传感器UGN3503U采集并将感应到的磁场强度信号线性地转变为电压信号。经过电容耦合到第一运算放大器LM324A的同相输入端，将霍尔传感器获得的电压转换为对地电压。经第一运算放大器LM324A放大的信号经耦合电容第十一陶瓷电容C11输入到后级峰值检波电路中。峰值检波电路由两级运算放大器组成，第二运算放大器LM324B将输入信号的峰值传递到第十二陶瓷电容C12上，并保持下来。第三运算放大器LM324C组成缓冲放大器，将输出与电容隔离开来。通过峰值检波和后级缓冲放大电路，将采集到的微弱信号放大至0V-5V的直流电平。接着，放大后的直流模拟量经过模数转换模块后，转换成了数字量并输入到控制芯片MSP430f149中，根据采集到的检测数据与设定值比较，可以分析出管道漏水的精确位置和漏损的大致程度，还可以判断该区域地下金属供水管的磨损状况和评估发生漏损的可能程度。当测量结果显示该处金属水管漏损严重时，第二发光二极管LED2会不断闪烁，并且蜂鸣器BELL会根据漏损程度发出不同频率的警报声。