CN204833643U - 基于gsm技术的多终端异常用水监控报警器 - Google Patents

Abstract

基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器主要包括检测、发射和接收三个模块，通过双层PCB电路板将各模块连接起来。检测模块包括水流传感器、检测单片机；发射模块包括发送单片机、GSM模块；接收模块为手机。本报警器通过一个GSM模块控制六个检测模块，可实现六个用水场所的同步监控。异常用水报警时间可根据具体情况个性化设置，达到报警时间时，相应的检测单片机发送信号驱动GSM模块发出报警短信，管理员利用手机接收短信可实现异常用水远程监控。该装置最大优点是采用GSM通信技术，可突破地域限制进行远程监控，具有很好的节水效益和应用价值。双层PCB电路板使电路***具有体积小，功耗低，运行稳定等优点。

Description

基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器

技术领域

单片机控制技术是一种目前比较成熟并且应用非常广泛的智能控制技术，单片机具有控制功能强、功耗低、体积小、扩展灵活、环境适应能力强和使用方便等优点，利用单片机制作的电路可以构成形式多样的控制***、通信***、数据采集***、信号检测***、测控***、无线感知***、机器人等应用控制***。另外，利用GSM通信技术，实现对特定场所异常用水(过量用水或漏水)进行不受地域限制的远程监控报警功能。

本发明是结合单片机控制和GSM两种技术的一种实际应用，通过对检测模块、发射模块、接收模块三部分设计以及程序控制，能准确对用水异常的情况进行短信报警，能够方便、高效地解决水资源浪费的现象，达到了节约用水、保护水资源的目的。

背景技术

水是一种人类赖以生存和发展的宝贵资源，尤其淡水资源最为珍贵。我国是一个水资源极其匮乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的四分之一。所以，节约用水，防止水资源浪费，意义重大。

在日常生活中，水资源浪费现象随处可见，屡见不鲜。我们经常会遇到水管长时间漏水，但管理人员没有及时发现和抢修，从而造成水资源白白地浪费的现象。也有人节水意识淡薄而过量用水，造成水资源很大浪费。所以，在特定用水场所安装过量用水或漏水监控报警装置不失为一种有效的节水措施。

本报警装置采用单片机智能控制并利用GSM通信技术，能够有效地同时远程监控六个用水场所的用水情况。而且，本报警装置使用方便，易于操作，符合当前节约用水的环保主题，具有很好的应用前景和节水效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为特定的用水场所设置个性化的异常用水报警时间，利用一个发射模块同时对六个用水终端进行检测监控，利用GSM技术向管理员手机发送用水异常报警短信，从而达到远程监控报警的目的。

本发明采用的技术方案是：

当某一用水终端的水流传感器有水流通过时，其将输出一个高频矩形脉冲信号并输入到对应的检测单片机，检测单片机通过控制程序对输入信号进行检测，测量持续用水的时间。若该用水场合某次用水持续时间超过了预设的报警时间，则说明该场所存在过量用水或漏水现象，此时该检测单片机立即会发送水流异常信号给发送单片机进行报警。发送单片机主要通过接收到报警信号的IO引脚的编号来判断水流异常水管所对应的号码，接着通过程序驱动GSM模块向设定的管理人员手机发送包含异常用水的水管号码的报警短信，管理人员可根据短信中异常用水的水管编号快速定位异常用水场所并前去管理和维修。报警时间可根据具体用水场所正常用水情况而个性化设置。若在用水后有关水动作(水流停止)，表示正常用水，计时器会自动清零，重新进行下一次监控。整个监控报警***包括检测、发射和接收三大模块(如图1所示)，具体组成如下：检测模块：包括六个水流传感器(1)、六个检测单片机(2)；发射模块：发送单片机(3)、GSM模块(4)；接收模块：手机(5)。本报警装置六个检测模块共用一个发射模块，由于六个检测模块的电路完全相同，图2只画出了其中一个检测模块的电路图。另外，设计了PCB电路(6)，并将其制作成PCB板，PCB电路如图4所示。

1、每个水流传感器(1)上有三根引线，其中两根连接电源，另一根为信号线，传感器本身的铜管串接入水管中；可实现功能：向水流传感器(1)供5v直流电，有水流通过时从信号线上输出占空比约50％，高低电平分别为0.5v、5v，频率随水流快慢而变化的矩形波脉冲信号。

2、将水流传感器(1)信号线输出的信号输入检测单片机(2)，以贴片51单片机为核心，贴片51单片机，贴片电容22pf，晶振为11.0592Mhz构成单片机最小***；可实现功能：通过程序检测水流传感器发出的信号进行计时，从而判断是否用水异常，如果水流异常时间超过预设的报警时间则发送低电平报警信号到发送单片机(3)，报警时间可通过具体用水场所进行个性化设置；为了测得每次持续用水的时间，制定了一个简单有效的检测计时方案；这一方案的优点在于完全通过程序控制来测量持续用水时间，而不需要设计额外的复杂电路来处理识别频率随时变化的脉冲信号。

3、发送单片机(3)以贴片51单片机为核心，贴片51单片机，贴片电容22pf，晶振为11.0592Mhz构成单片机最小***；可实现功能：通过IO引脚判断水流异常的水管号码和报警信号；如果没有报警信号，继续检测，如果有报警信号，驱动GSM模块(4)，将包含异常用水的水管号码和中文提示信息的报警短信转化为十六进制数据并传输至GSM模块(4)。

4、GSM模块(4)以SIM900A模块为核心，卡座、镀金SMA天线接口，超大钽电容、电平接口构成***电路，GSM模块(4)和发送单片机(3)构成发射模块；可实现功能：发送单片机(3)驱动GSM模块，并接收来发送单片机(3)的十六进制数据，发送特定内容的短信至手机(5)。

5、根据实际电路连接的需要设计制作了PCB双层电路板(6)，包含模块间的连接电路；可实现功能：利用电路连接各个模块，双层板电路使电路***体积小，运行稳定，功耗低，节约能源。

本发明要实现的功能是：用5v的电源对各模块供电，对不同用水场合个性化设置异常用水报警时间，采用一个发射模块实现对六个检测模块的管理，利用GSM技术通过发射模块向管理人员手机发送带有异常用水场所水管编号的报警短信，从而实现不受地域限制的多终端(六个用水场合)异常用水监控报警功能。

附图说明

图1监控报警器模块结构示意图；

图2检测模块电路图；

图3发射模块电路图；

图4PCB电路图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的具体实施做出详细说明。

水流传感器(1)串接入需监控的用水场所的水管中，用5v电源对其供电。通过水流传感器检测水管中有无水流通过，若无水流流动则不输出信号，若有水流通过则输出占空比约50％，高低电平分别为0.5v、5v，频率随水流快慢而变化的矩形波脉冲信号，然后将该信号送入到对应号码的检测单片机(2)。六个水流传感器和六个检测单片机都具有自己编号并一一对应。

如图2所示，每个检测单片机(2)都以贴片51单片机为核心，由贴片51单片机，贴片电容22pf，晶振(11.0592MHz)等构成单片机最小***。由于设计的是PCB板，这里电子器件都为贴片封装。为了测得每次持续用水的时间，我们制定了简单有效的检测计时方案：当检测单片机的P1_5引脚接收到水流传感器发送的信号，其通过控制程序在检测周期T秒内对此信号进行10次检测判断，即每隔T/10秒进行一次信号检测和判断。检测周期T的大小是根据特定水流传感器发出的脉冲信号特征而设置的，要求信号检测频率大于输出矩形脉冲的最大输出频率即可，这样就可以保证及时准确检测到脉冲信号的有无，从而判断有无水流通过。在实际检测过程中，本监控报警器依据水流传感器的信号频率特征设置检测周期T＝1秒。在一个计时周期内进行10次测量，每次测量到高电平信号时，计数变量f自动加1(f的初始值为0)。当没有水流通过时，水流传感器发出的信号始终为高电平或低电平，这就会导致每个测量周期后f＝0或10(f＝0或10分别对应于始终低电平或高电平)。反之，当f在经过一个检测周期T后的值大于0但小于10时，表明这个检测周期T内信号有高低电平变化(脉冲信号)，也就是说有水流通过。每过一个测量周期T且f大于0小于10，计时变量m自动加1(m＝1表示该场所连续用水T秒钟)。持续m个检测周期后f仍然大于0但小于10，表示该场所持续用水达mT秒。当持续用水时间mT大于预设的报警时间，说明流水异常(过量用水或漏水)，检测单片机立即向发射单片机发出报警提示信号。具体发送过程为：通过对应检测模块的51单片机IO引脚P3_6口发送报警信号至发射模块的发送单片机(3)。在监控计时过程中，只要在某一测量周期T后f等于0或10，表示此检测周期T内有水流终止或关水动作发生(此场所用水正常)，计时变量m自动复位(m＝0)，检测模块重新开始下一次监控，有效避免了误报警。这一方案的优点在于完全通过程序控制来测量持续用水时间，而不需要设计额外的复杂电路来处理识别频率随时变化的脉冲信号。

如图3所示，发送单片机(3)同样以贴片51单片机为核心，贴片电容22pf，晶振为11.0592Mz等构成单片机最小***。通过发送单片机(3)IO引脚的P3_2口至P3_7口接收水流异常的水管编号1至6的报警信号。如果没有接受到报警信号，则继续检测，当有报警信号输入时，判断水流异常的水管号码，接着通过单片机的RXD和TXD引脚发送十六进制数据给GSM模块，十六进制数据的内容包含该水流异常水管号码和提示管理员的中文报警短信。GSM模块是以SIM900A模块为核心，卡座、镀金SMA天线接口，超大钽电容、电平接口等***电路共同组成。通过程序驱动GSM模块(4)发送报警短信至设定的管理员手机(5)，从而提示管理监控人员具体场所的异常用水情况，从而达到异常用水监控报警的目的。

如图4所示，本监控报警装置采用Altiumdesign软件设计了PCB双层板电路，并将其打板。针对PCB双层板电路，本报警监控装置采用的是贴片电容、电阻、单片机、LED灯等。相对于洞洞板制作的电子器件，利用PCB板制作的电子器件体积更小，功耗更低，电路运行更稳定，抗干扰能力更强。

综上所述：整个***接通5V电源(或利用转换器***220V插座)，管理人员将不受地域限制，通过随身携带的手机即可同时实现对六个用水场所的异常用水情况进行远程监控。

Claims (5)

1.基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器，其特征在于包含三个功能模块和一个PCB双层电路板：检测模块包括水流传感器(1)和检测单片机(2)；发射模块包括发送单片机(3)和GSM模块(4)；接收模块即手机(5)；连接电路的PCB双层电路板(6)；其中水流传感器(1)、检测单片机(2)顺次连接构成发射模块；发送单片机(3)的RXD和TXD分别和GSM模块(4)的TXD和RXD相连接构成发射模块；通过三个模块和PCB板电路可使整个监控报警***正常工作。

2.根据权利要求1所述的基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器，其特征在于，所述的水流传感器(1)信号线输出的信号输入检测单片机(2)，检测单片机(2)以贴片51单片机为核心，贴片51单片机，贴片电容22pf，晶振为11.0592Mhz构成单片机最小***；可实现功能：通过程序检测水流传感器(1)发出的信号进行计时，发送报警信号到发送单片机(3)，报警时间个性化设置可满足不同需求。

3.根据权利要求1所述的基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器，其特征在于，所述的发送单片机(3)以贴片51单片机为核心，贴片51单片机，贴片电容22pf，晶振为11.0592Mhz构成单片机最小***；可实现功能：通过IO引脚判断水流异常的水管号码和报警信号，将报警短信转化为十六进制数据并传输至GSM模块(4)。

4.根据权利要求1所述的基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器，其特征在于，所述的GSM模块(4)以SIM900A模块为核心，卡座、镀金SMA天线接口，超大钽电容、电平接口组成***电路，GSM模块(4)和发送单片机(3)构成发射模块；可实现功能：发送单片机(3)驱动GSM模块(4)，发送报警短信至手机(5)。

5.根据权利要求1所述的基于GSM技术的多终端异常用水监控报警器，其特征在于，所述的PCB双层板电路板(6)，包含模块间的连接电路；可实现功能：利用电路连接各个模块，使整个控报警器正常工作。