TWI746187B - 智慧型水塔監控系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種智慧型水塔監控系統，包含：一感測模組、一監控模組、一通訊模組及一管理模組；該感測模組包含一高水位感測器及一低水位感測器，用以偵測水位高低及產生導通信號與否；該監控模組與該感測模組電性連接，用以接收導通信號並轉換成警示信號；該通訊模組與該監控模組電性連接，用以將警示信號以有線或無線的方式傳輸至一使用者設備；該管理模組與該通訊模組電性連接，用以接收警示信號並提示使用者水塔的水位異常，完成即時水位監控。

Description

智慧型水塔監控系統

一種監控系統，尤其指一種應用於偵測水塔水位的監控系統。

以現今的文明社會而言，家家戶戶的頂樓處皆設有水塔，使取水更為方便，而將水塔設於頂樓等高處是為了在使用時能透過重力增加水壓，減少使用加壓馬達加壓用水的成本。

但由於水塔往往設於住家的最高處，若注水系統有所故障，造成持續注水或是停止注水，使用者若非自行發現，僅能在沒水時或水費暴增時才能發現水塔的注水系統異常，造成許多不便。

有鑑於現今並無能監控水塔水位的監測裝置，本發明提出一種智慧型水塔監控系統，透過高水位感測器及低水位感測器，在注水系統異常而導致水塔水位過高或過低時，能即時偵測到水位異常，進而通知使用者前往處理。

為達成上述目的，本發明提供之智慧型水塔監控系統包含：一感測模組，包含：一高水位感測器，用以偵測水塔的水位是否高於一高水位設定值，當水位高於該高水位設定值時，該高水位感測器產生一高導通信號； 一低水位感測器，用以偵測水塔的水位是否低於一低水位設定值，當水位低於該低水位設定值時，該低水位感測器停止輸出一低導通信號；一監控模組，與該感測模組電性連接，該監控模組包含：一中央處理單元，與該高水位感測器及該低水位感測器電性連接，當該中央處理單元接收到該高導通信號時，發送一過高警示信號；當該中央處理單元無接收到該低導通信號時，發送一過低警示信號；一警示單元，與該中央處理單元電性連接，用以接收該過高警示信號或該過低警示信號並發出提示的訊息；一電源單元，與該中央處理單元電性連接，用以供電至本系統。

藉由上述技術，本發明具下列特點：

1.本發明具備該高水位感測器及該低水位感測器，能同時偵測水位是否過高或過低，並在偵測到水位異常時，立即發出警示信號提醒使用者前往處理。

2.該高水位感測器及低水位感測器採用偵測「感測迴路是否導通」的方式判斷水位的高低是否超過臨界值，易於設置且精確性高。

3.該等水位感測器可進一步使用絕緣體固定該等正負極導線，以避免該等正負極導線在水中任意飄動造成短路而產生誤信號；同時，可採用不會溶解於水的玻璃塊體做為絕緣體，可避免水質遭受絕緣體汙染。

4.本發明可進一步設置一保護層於各正負極導線的表面，避免各正負極導線之間短路；同時，可採用食品級材質的矽膠管作為保護層，以避免該保護層釋出有害人體健康的成分而影響用水衛生與安全，讓使用者能安心飲用。

5.本發明可進一步設置一水質感測器，讓使用者能得知水塔的儲水是否雜質過多甚至遭受汙染，並即時通知使用者前往處理，確保水塔的水質符合安全標準。

6.另外，本發明更可採用該一塔蓋感測器，該塔蓋感測器同樣藉由偵測正負極導線是否導通的方式判斷塔蓋是否脫落，易於設置且容易判讀，讓使用者能即時得知塔蓋脫落，盡快前往處理，避免過多的灰塵、雜質落入水塔中影響用水的品質。

10:感測模組

11:高水位感測器

111:第一正極導線

113:第一負極導線

12:低水位感測器

121:第二正極導線

123:第二負極導線

13:水質感測器

131:第三正極導線

133:第三負極導線

14:絕緣體

141:吊環

15:塔蓋感測器

151:套筒

153:引線

154:導線開口

155:絕緣片

157:第四正極導線

159:第四負極導線

19:保護層

20:監控模組

21:中央處理單元

23:電源單元

25:水塔監控單元

27:警示單元

30:通訊模組

31:有線通訊單元

33:無線通訊單元

40:管理模組

41:管理平台

43:資料庫儲存單元

51:用戶電腦設備

511:網頁操作模組

53:行動裝置

513:應用程式操作模組

60:水塔

61:開口

63:塔蓋

A,B,C:線段

D:距離

P:接點焊錫

H1:高水位設定值

H2:低水位設定值

圖1：本發明之系統方塊圖。

圖2：本發明之高水位感測器及低水位感測器安裝示意圖。

圖3：本發明之水質感測器安裝示意圖。

圖4：本發明之塔蓋感測器安裝示意圖。

圖5：本發明之正負極導線分段安裝示意圖。

圖6：本發明之高水位監控步驟流程圖。

圖7：本發明之低水位監控步驟流程圖。

圖8：本發明之水質監控步驟流程圖。

圖9：本發明之塔蓋監控步驟流程圖。

請參見圖1，本發明之智慧型水塔監控系統包含：一感測模組10、一監控模組20、一通訊模組30及一管理模組40。

請進一步參見圖2，該感測模組10包含一高水位感測器11及一低水位感測器12；該高水位感測器11包含一第一正極導線111及一第一負極導線 113，該第一正極導線111之一端及該第一負極導線113之一端分別由一水塔60之一開口61垂入該水塔60內至一高水位設定值H1處，且該第一正極導線111及該第一負極導線113相距一沒入水面下時可導電的距離D。

在正常情形下，該水塔60的水位最高僅位於該高水位設定值H1處，使該第一正極導線111及該第一負極導線113位於水面上方。當注水系統異常而持續加水時，水位會升高而使該第一正極導線111的一端及該第一負極導線113的一端沒於水面下，此時該第一正極導線111及該第一負極導線113會因導通而形成迴路，進一步產生一高導通信號。

在本發明之較佳實施例中，該第一正極導線111之一端及該第一負極導線113之一端進一步由一絕緣體14固定，其中該絕緣體14的表面設有吊環141，供該第一正極導線111及該第一負極導線113穿設；該絕緣體14可為玻璃塊體。

該低水位感測器12包含一第二正極導線121及一第二負極導線123，該第二正極導線121之一端及該第二負極導線123之一端分別由該水塔60之該開口61垂入該水塔60內至一低水位設定值H2處，且該第二正極導線121及該第二負極導線123相距該沒入水面下時可導電的距離D，該高水位設定值H1大於該低水位設定值H2。

在正常情形下，該水塔60的水位最低僅位於該低水位設定值H2處，使該第二正極導線121的一端及該第二負極導線123的一端位於水面下而持續導通，產生一低導通信號。當注水系統異常而停止加水時，水位會因持續用水而逐漸降低，使該第二正極導線121的一端及該第二負極導線123的一端露於水面上，此時該第二正極導線121及該第二負極導線123會因不導通而形成斷路，停止產生該低導通信號。

在本發明之較佳實施例中，該第二正極導線121之一端及該第二負極導線123之一端同樣由另一絕緣體14固定，其中該絕緣體14的表面設有吊環141，供該第二正極導線121及該第二負極導線123穿設。另外，該高導通信號及該低導通信號皆可屬於類比信號。

該監控模組20與該感測模組10電性連接，且該監控模組20包含一中央處理單元21、一電源單元23、一水塔監控單元25及一警示單元27。

該中央處理單元21與該第一正極導線111、該第一負極導線113、該第二正極導線121及該第二負極導線123電性連接，並對該第一正極導線111、該第一負極導線113、該第二正極導線121及該第二負極導線123通電，用以接收該高水位感測器11及該低水位感測器12的該高導通信號及該低導通信號。若該中央處理單元21收到該高水位感測器11的該高導通信號，則產生一過高警示信號；若該中央處理單元21未收到該低水位感測器12的該低導通信號，則產生一過低警示信號。在一較佳實施例中，該中央處理單元21為一Arduino Micro微電腦控制板。

該電源單元23與該中央處理單元21電性連接，用以提供電力至本系統。該電源單元23可為一包含電池、整流器、變壓器等元件之供電設備。

該水塔監控單元25設置於該監控模組20，用以將該高導通信號及該低導通信號由類比信號的形式轉換成數位的該過高警示信號及該過低警示信號。該水塔監控單元25可為硬體及軟體的組合，在一較佳實施例中，該水塔監控單元25為一Arduino應用程式。

該警示單元27與該中央處理單元21電性連接，用以接收該過高警示信號或該過低警示信號並發出提示的訊息。在一較佳實施例中，該警示單元27可為一蜂鳴器、複數發光二極體燈具或一揚聲器，當接到該過高警示信號 或該過低警示信號時，該蜂鳴器或該揚聲器會發出聲響，或該發光二極體燈具會持續點亮或閃爍。

該管理模組40與該監控模組20電性連接，其中該管理模組40包含一管理平台41及一資料庫儲存單元43。

該管理平台41與該通訊模組30訊號連接，其中該管理平台41用以接收由該通訊模組30的一有線通訊單元31或一無線通訊單元33傳輸之該過高警示信號或該過低警示信號，並且用以供使用者調整該水塔監控單元25的作業參數、檢索水位異常的次數及時間等警報紀錄，以及分析所述紀錄。

該資料庫儲存單元43與該管理平台41電性連接，用以儲存該過高警示信號及該過低警示信號，供使用者日後查詢水位異常的次數及時間等數據。

該通訊模組30與該管理模組40可以有線或無線的方式訊號連接，且可包含該有線通訊單元31、該無線通訊單元33或其組合。該有線通訊單元31可為乙太通訊模組，該無線通訊單元33可為藍芽、Wi-Fi等通訊模組。在一較佳實施例中，該通訊模組30可為HC-05藍牙通訊模組。

本系統更可提供一網頁操作模組511及一應用程式操作模組531，該網頁操作模組511儲存於一用戶電腦設備51，該應用程式操作模組531儲存於一行動裝置53。該用戶電腦設備51及該行動裝置53皆可以有線或無線的方式與該管理模組40訊號連接，該管理模組40將該過高警示信號或該過低警示信號傳送至該用戶電腦設備51及該行動裝置53，讓使用者透過操作該網頁操作模組511或該應用程式操作模組531監控該水塔60的水位異常。該用戶電腦設備51可為桌上型個人電腦，該行動裝置53可為平板電腦或智慧型手機。該網頁操作模組511可為網頁(Web)版本的應用程式，該應用程式操作模組531可為智慧型手機、平板電腦所使用的應用程式。

更進一步，每一警報開關更可對應電性連接一指示燈，當其中一警報開關啟動時，對應該警報開關之該指示燈點亮；當其中一警報開關關閉時，對應該警報開關之該指示燈熄滅。每一指示燈可採用不同顏色，以顏色區分各指示燈對應何警報開關。在一較佳實施例中，該指示燈為一發光二極體(LED)燈具。

舉例而言，當該高水位警報開關啟動時，對應該高水位警報開關之該指示燈點亮，代表該高水位警報開關啟動高水位偵測功能；當該高水位警報開關關閉時，對應該高水位警報開關之該指示燈關閉，代表該高水位警報開關關閉高水位偵測功能。

特此說明，本發明可僅採用該感測模組10及該監控模組20即可達到水位監控的功能，該通訊模組30及該管理模組40可依使用者需求加裝，達到更完善的水位監控功能。

本發明可進一步包含一外盒B，該外盒B用以盛裝該監控模組20、該通訊模組30。

請參見圖3，本發明可進一步設置一水質感測器。該水質感測器包含一第三正極導線131、一第三負極導線133及一絕緣體14，該第三正極導線131及該第三負極導線133的其中一端與該中央處理單元21電性連接，另一端則同樣透過該兩吊環141連接固定該絕緣體14。該絕緣體14可設置於該水塔60內的底面，並以該第三正極導線141、該第三負極143導線之間的電壓強弱判斷儲水的電阻值，用以偵測水質是否異常。同時，在該中央處理單元21中更儲存一水質標準資料，該水質標準資料代表在儲水靜止的狀態下儲水的電阻值。該中央處理單元21會在一固定週期內持續量測儲水的電阻值，並產生一水質感測資料，該水質感測資料代表在該固定周期內儲水的平均電阻值。當在該固定周期內該水質感測資料的值大於該水質標準資料的值，代表該儲水的平均電阻值高 於在靜止狀態下的電阻值，該中央處理單元21判定儲水的水質異常。當在該固定周期內該水質感測資料的值小於該水質標準資料的值，代表該儲水的平均電阻值小於等於在靜止狀態下的電阻值，該中央處理單元21判定儲水的水質正常。

請參見圖4，本發明可進一步設置一塔蓋感測器15，該塔蓋感測器15包含一套筒151、一引線153、一絕緣片155、一第四正極導線157及一第四負極導線159。

該套筒151為一中空長條筒狀結構並固定於該水塔60的內表面，且其中一端形成一引線開口152，另一端則形成兩導線開口154；該絕緣片155設置於該套筒151內部的中央，且該絕緣片155的一端與該引線153連接，其中該絕緣片155以恰能通過該引線開口152的大小設於該套筒151內；該引線153的另一端則與繫於該水塔60的一塔蓋63上；該第四正極導線157及該第四負極導線159的其中一端分別卡入各導線開口154中，另一端則與該中央處理單元21電性連接；該絕緣片155隔絕該第四正極導線157及該第四負極導線159。

當該塔蓋63因強風等外界因素而脫離該開口61時，該塔蓋63拉動該引線153，使該絕緣片155由該引線開口152拉出，由於該第四正極導線157及該第四負極導線159失去該絕緣片155及該套筒151的支撐，在重力的影響下該第四正極導線157下垂接觸該第四負極導線159而形成迴路，產生一塔蓋導通信號，使該中央處理單元21接收該塔蓋導通信號並發送一塔蓋脫離信號至該監控模組20。另外，當該塔蓋63脫離該開口61時，由於該套筒151固定於該水塔60的內表面而不會掉入該水塔60的儲水中。在該絕緣片155的較佳實施例中，該絕緣片155的內部可包覆一彈簧，該彈簧與該引線153連接；當該塔蓋63欲脫離該開口61時，該彈簧可提供緩衝的彈力拉住該塔蓋63，使該塔蓋63較不易脫離。

更進一步，該監控模組20更可設置一個以上的警報開關，該一個以上的警報開關可設置於該監控模組20、該網頁操作模組511、該應用程式操作模組531或同時設置在該監控模組20、該網頁操作模組511及該應用程式操作模組531上。該警報開關能讓使用者在該警示單元27啟動時啟動或關閉該警示單元27的功能，例如開啟或關閉蜂鳴器的聲響、發光二極體的閃爍。在該警報開關設置於該監控模組20的實施例中，該警報開關可為一按鈕或一撥動開關；在該警報開關設置於該網頁操作模組511或該應用程式操作模組531的實施例中，該警報開關可透過遠端開啟或關閉該警示單元27的功能。當該感測模組10中的任一感測裝置或感測器因偵測到水塔任何異常而使該警示單元27作動時(例如蜂鳴器發出警告聲)，使用者可於前往水塔處排除異常時利用該警報開關暫時將該警示單元27關閉，避免於作業時受到該警示單元27的吵雜聲響或燈光效果干擾；或是當使用者無法立即前往水塔處排除異常時，利用該網頁操作模組511及該應用程式操作模組531操作該警報開關將該警示單元27關閉，避免該警示單元27持續作動造成噪音汙染或因發光二極體不斷閃爍造成多餘的電力消耗。

在本發明之較佳實施例中，該第一正極導線111、該第一負極導線113、該第二正極導線121、該第二負極導線123、該第三正極導線131、該第三負極導線133、該第四正極導線157及該第四負極導線159皆為銅質電線，線徑1.25mm。

另外，本發明更可包含一保護層19，該保護層19分別包覆該第一正極導線111、該第一負極導線113、該第二正極導線121、該第二負極導線123、該第三正極導線131、該第三負極導線133的表面，以避免相鄰的兩導線之間互相接觸而短路。在本發明的較佳實施例中，該保護層19可為食品級材質矽膠管，該矽膠管的孔徑為1.25mm。

請參見圖5，各導線111、113、121、123、131、133、157、159可分別由一第一線段A、第二線段B及一第三線段C組成，以該第一正極導線111為例，其中該第一線段A電性連接該第二線段B，該第二線段B電性連接第三線段C，且各線段A、B、C之間由一接點焊錫P連接使各線段A、B、C能通電。該第二線段B以ㄇ字型的方式掛設於該開口61的周緣上，使該第三線段C可懸吊於該水塔60內。

藉由上述的結構，以下說明本發明量測水位高低、水質是否異常及塔蓋監控的使用步驟流程，首先說明水位是否太高的量測步驟：請參見圖6，S11：該高水位感測器11啟動水位感測。

S12：判斷水位是否高於該高水位設定值H1；若是，則進入步驟S121：該第一正極導線111及該第一負極導線113的末端會因沒入水面下而導電形成迴路，該中央處理單元21接收該高導通信號並使該警示單元27發出警告訊息，或發送該過高警示信號至該管理模組40，以通知使用者須及時處理，預防儲水滿溢。

若否，則進入步驟S122：該第一正極導線111及該第一負極導線113的末端會因位於水面上而不導通，代表水位正常。

接下來說明水位是否太低的量測步驟：請參見圖7，S21：該低水位感測器12啟動水位感測。

S22：判斷水位是否低於該低水位設定值H2；若是，則進入步驟S221：該第二正極導線121及該第二負極導線123的末端會因高於水面下而不導通，該中央處理單元21無接收該低導通信號並使該警示單元27發出警告訊息，或發送該過低警示信號至該管理模組40，以通知使用者須及時處理，預防儲水耗盡。

若否，則進入步驟S222：該第二正極導線111及該第二負極導線113的末端會因沒於水面下而導通，代表水位正常。

接下來說明水質是否異常的量測步驟：請參見圖8，S31：該水質感測器13啟動水質感測。

S32：判斷水質是否異常；若是，則進入步驟S321：該水質感測器13回傳信號至該中央處理單元21，該中央處理單元21接收信號並發送一水質異常警示信號並使該警示單元27發出警告訊息，或將該水質異常警示信號發送至該管理模組40，以通知使用者須及時處理，預防水質持續惡化。

若否，則進入步驟S322：該水質感測器13停止回傳信號至該中央處理單元21，代表水質正常。

接下來說明塔蓋63監測的量測步驟：請參見圖9，S41：該塔蓋感測器15啟動水位感測。

S42：判斷該塔蓋63是否脫離；若是，則進入步驟S421：該第四正極導線157及該第四負極導線159同時下垂且互相接觸導電，產生該塔蓋導通信號，該中央處理單元21接收該塔蓋導通信號並發送該塔蓋脫離信號至該監控模組20，或使該警示單元27發出警告訊息，通知使用者塔蓋已脫落。

若否，則進入步驟S422：該第四正極導線157及該第四負極導線159之間不導通，代表該塔蓋63仍放置於該開口61。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是 未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10:感測模組

11:高水位感測器

12:低水位感測器

13:水質感測器

15:塔蓋感測器

20:監控模組

21:中央處理單元

23:電源單元

25:水塔監控單元

27:警示單元

30:通訊模組

31:有線通訊單元

33:無線通訊單元

40:管理模組

41:管理平台

43:資料庫儲存單元

51:用戶電腦設備

511:網頁操作模組

53:行動裝置

531:應用程式操作模組

Claims (11)

1. 一種智慧型水塔監控系統，包含：一感測模組，包含：一高水位感測器，用以偵測水塔的水位是否高於一高水位設定值，當水位高於該高水位設定值時，該高水位感測器產生一高導通信號；一低水位感測器，用以偵測水塔的水位是否低於一低水位設定值，當水位低於該低水位設定值時，該低水位感測器停止輸出一低導通信號；一監控模組，與該感測模組電性連接，該監控模組包含：一中央處理單元，與該高水位感測器及該低水位感測器電性連接，當該中央處理單元接收到該高導通信號時，發送一過高警示信號；當該中央處理單元無接收到該低導通信號時，發送一過低警示信號；一警示單元，與該中央處理單元電性連接，用以接收該過高警示信號或該過低警示信號並發出提示的訊息；一電源單元，與該中央處理單元電性連接，用以供電至本系統；一塔蓋感測器，該塔蓋感測器包含：一套筒，為一中空長條筒狀結構並固定於該水塔的一塔蓋上，且其中一端形成一引線開口，另一端則形成兩導線開口；一引線，其中一端繫於該塔蓋上；一絕緣片，設置於該套筒內部的中央，且該絕緣片的一端與該引線連接，其中該絕緣片以恰能通過該引線開口的大小設於該套筒內；一第四正極導線，其中一端卡入其中一導線開口，另一端與該中央處理單元電性連接；及一第四負極導線，其中一端卡入其中一導線開口，另一端與該中央處理單元電性連接，且該第四正極導線及該第四負極導線由該絕緣片隔絕； 當該塔蓋脫落而拉動該引線時，該引線將該絕緣片拉出該套筒，使該第四正極導線及該第四負極導線接觸而產生一塔蓋導通信號，該中央處理單元接收該塔蓋導通信號並發送一塔蓋脫離信號至該監控模組。
2. 如請求項1所述之智慧型水塔監控系統，該高水位感測器進一步包含：一第一正極導線及一第一負極導線，該第一正極導線之一端及該第一負極導線之一端分別由該水塔之一開口垂入該水塔內至該高水位設定值處，且該第一正極導線及該第一負極導線相距一沒入水面下時可導電的距離；該低水位感測器進一步包含：一第二正極導線及一第二負極導線，該第二正極導線之一端及該第二負極導線之一端分別由該水塔之該開口垂入該水塔內至該低水位設定值處，且該第二正極導線及該第二負極導線相距該距離。
3. 如請求項2所述之智慧型水塔監控系統，進一步包含一水質感測器，該水質感測器包含一第三正極導線、一第三負極導線，該第三正極導線及該第三負極導線的其中一端與該中央處理單元電性連接。
4. 如請求項3所述之智慧型水塔監控系統，該第一正極導線、該第一負極導線的末端更分別設置一絕緣體；該第二正極導線、該第二負極導線的末端更分別設置另一絕緣體；該第三正極導線、該第三負極導線的末端更分別設置另一絕緣體。
5. 如請求項4所述之智慧型水塔監控系統，該第一正極導線、該第一負極導線、該第二正極導線、該第二負極導線、該第三正極導線、該第三負極導線的表面各別包覆一保護層。
6. 如請求項5所述之智慧型水塔監控系統，更包含一通訊模組，該通訊模組與該監控模組電性連接，用以接收該過高警示信號及該過低警示信號，並將該過高警示信號及該過低警示信號傳送至一管理模組。
7. 如請求項6所述之智慧型水塔監控系統，其中該管理模組與該監控模組訊號連接，且該管理模組更進一步包含：一管理平台，用以接收該過高警示信號及該過低警示信號；一資料庫儲存單元，與該管理平台電性連接，用以儲存該過高警示信號及該過低警示信號。
8. 如請求項7所述之智慧型水塔監控系統，該通訊模組更包含一有線通訊單元，該有線通訊單元與該管理平台電性連接。
9. 如請求項7所述之智慧型水塔監控系統，該通訊模組更包含一無線通訊單元，該無線通訊單元與該管理平台訊號連接。
10. 如請求項7所述之智慧型水塔監控系統，各正負極導線分別由一第一線段、第二線段及一第三線段組成，其中該第一線段電性連接該第二線段，該第二線段電性連接第三線段，且各線段之間由一接點焊錫連接；該第二線段掛設於該水塔之該開口的周緣上，使該第三線段懸吊於該水塔內。
11. 如請求項7所述之智慧型水塔監控系統，該管理模組更設置複數警報開關，該複數警報開關與該管理平台電性連接，用以啟動或關閉警報發送的功能。

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