一种基于超声波技术的水路物联网监控设备的制作方法

1.本发明涉及物联网领域，更具体地说涉及一种基于超声波技术的水路物联网监控设备。


背景技术：

2.同领域产品使用涡轮流量计配合机械机构实现对小流量的监测，此种方式会受到水中小颗粒杂质的影响较大，容易产生堵塞，造成监测失灵；
3.同领域产品多为独立设备，判断算法固定，无法学习实际使用场景下调整优化，针对不同的使用场景和工况应对能力有限，无法在投入时提供独立优化方案，不符合用户使用习惯。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种基于超声波技术的水路物联网监控设备。
5.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
6.一种基于超声波技术的水路物联网监控设备，包括：
7.超声波管道及换能器，用于发送及接收超声波在顺流及逆流下的超声波信号；
8.流量采集卡，用于根据顺流和逆流下的超声波信号，计算超声波信号在顺流和逆流之间的运动速度和时间差，并根据所述运动速度和时间差计算瞬时流量值、累加流量值、t1和
△
t；
9.所述周期瞬时流量值包括q1、q2；
10.所述累加流量值包括q3，即为最后一次不间断用水连续求和后的总流量；
11.控制器，用于获取所述流量采集卡计算的周期瞬时流量值和累加流量值，在设备端对用水状态的判定，生成用水状态判定结果，并将根据用水状态判定结果控制阀门执行开关动作；
12.阀门执行器，用于接收来自所述控制器的判定结果，以执行阀门开关动作；
13.平台系统，用于接收来自所述控制器上报的数据，基于预设判定条件同步完成判定，完成对来自所述控制器的所述用水状态判定结果的复核；以及用于基于用户设备上报的数据，系统分析实际应用情况，给出优化数据并更新设备；
14.在进行用水判定之前，不满以下条件时，则进入本次用水判定，该条件如下：
15.△
t≥t1*2；
16.所述平台系统判定异常用水的判定条件为：
17.条件1：q4＞q5；
18.条件2：q3≥q6。
19.优选地，所述流量采集卡计算出的所述周期瞬时流量值还包括
△
q，其中，所述
△
q＝q1
‑
q2。
20.由上述任一方案优选的是，所述平台系统进一步用于判定渗漏，其中，判定渗漏判定条件为：
21.条件1：|
△
q|＜q8；
22.条件2：t2≥t3；
23.条件3：q4＜q5。
24.由上述任一方案优选的是，所述平台系统判定爆管的判定条件为：
△
q≥q9。
25.由上述任一方案优选的是，所述q7为进入到平稳阶段后的第一次采集到的q4。
26.由上述任一方案优选的是，用水进入平稳阶段的条件为：|
△
q|＜q8。
27.由上述任一方案优选的是，用水退出平稳阶段的条件为：|q7
‑
q4|≥q8。
28.由上述任一方案优选的是，q1：当前时刻采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值。
29.由上述任一方案优选的是，q2：上一次采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值，为当前瞬时流量数据的上一条数据。
30.本发明的有益效果为：
31.本方案的优点是不会因为水中小颗粒杂质带来的堵塞、监测失灵，对异常用水的判断更加准确；
32.本方案具有水路泄露判定的算法，有能力适应不同的使用场景和用水工况；
33.本方案具有设备端和云端联网同步判定并核对的能力，提高准确性、稳定性，可在设备发生异常是及做出判断，给出提示。
附图说明
34.图1是渗漏判定的算法的逻辑示意图；
35.图2是异常用水判定的算法的逻辑示意图；
36.图3是爆管判定的算法的逻辑示意图；
37.图4是平稳阶段判定的算法的逻辑示意图；
38.图5是本次用水判定的算法的逻辑示意图。
具体实施方式
39.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
40.一种基于超声波技术的水路物联网监控设备，包括超声波管道及所述换能器，用于发送/接收超声波在顺流/逆流超声波信号；
41.流量采集卡，用于计算超声波的顺流和逆流之间的时间差，给出周期瞬时流量值和累加值；
42.所述流量采集卡计算出的所述周期瞬时流量值包括q1、q2、
△
q和q7。
43.q1：当前时刻采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值。
44.q2：上一次采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值，为当前瞬时流量数据的上一条数
据。
45.△
q：流量差，邻两次瞬时流量的差值，
△
q＝q1
‑
q2。
46.q3：本次累加流量，不间断用水连续求和后的总流量；
47.△
t：瞬时流量时间差，相邻两次瞬时流量的时间差值，
△
t＝t4
‑
t5；
48.t1：瞬时流量采集周期，两次相邻瞬时流量采集设定间隔时长；
49.t2：平稳阶段用水累加时长，进入平稳阶段后的不间断用水总时长；
50.t4：当前瞬时流量记录时间，当前时刻采集到的瞬时流量的记录时间；
51.t5：上次瞬时流量记录时间，上一次采集瞬时流量的记录时间。
52.判断用水进入平稳阶段的条件：|
△
q|＜q8；
53.如图4所示判断退出用水的平稳阶段的条件：|q7
‑
q4|≥q8。
54.q4：平稳阶段瞬时流量，是在用水的平稳阶段间隔采集的流量，是时序数据。
55.q7：平稳阶段简化流量，进入到平稳阶段后的第一次采集到的当前瞬时流量，当“|
△
q|＜q8”时候的q1，赋值给
‘
q7’,
56.if(|
△
q|＜q8)
57.{
58.q7＝q1；
59.}
60.所述累加值为q3，即为不间断用水连续求和后的总流量。
61.主控卡板，用于获取所述流量采集卡的数据，实现在设备端对用水状态的判定，与云端系统通信，控制球阀执行开关；
62.阀门执行器，基于主控板卡判定结果，执行球阀开关；
63.平台系统，用于接收设备上报的数据，基于判定条件同步完成判定，完成对所述设备端判定的用水状态的复核；以及用于基于用户设备上报的数据，系统分析实际应用情况，给出优化数据并更新设备。
64.在设备实现监控前，设定以下阈值：
65.t3：渗漏判定设定时间，用来判断渗漏的时长，取值范围1
‑
36000，可通过云端修改；
66.q5：分界流量设定阀值，判断正常用水和非正常用水的临界值，取值范围1
‑
999999，可通过云端修改；
67.q6：单次最大设定流量，单次用水量的最大值，取值范围1
‑
999999，可通过云端修改；
68.q8：匀速波动流量设定阀值，进入平稳用水阶段后，允许的流量波动范围，取值范围1
‑
600，可通过云端修改；q9：爆管流量差设定阀值，爆管情况下流量差的最小值，取值范围(1
‑
999999)理论经验可通过云端修改。
69.△
t：瞬时流量时间差，相邻两次瞬时流量的时间差值，
△
t瞬时流量时间差＝t当前瞬时流量记录时间
‑
t上次瞬时流量记录时间；
70.t1：瞬时流量采集周期，两次相邻瞬时流量采集设定间隔时长；
71.t2：平稳阶段用水累加时长，进入平稳阶段后的不间断用水总时长；
72.t3：渗漏判定设定时间，用来判断渗漏的时长，可通过云端修改；
73.t4：当前瞬时流量记录时间，当前时刻采集到的瞬时流量的记录时间；
74.t5：上次瞬时流量记录时间，上一次采集瞬时流量的记录时间；
75.△
q：流量差，相邻两次瞬时流量的差值，
△
q流量差＝q1
‑
q2；
76.q1：当前瞬时流量，当前时刻采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值；
77.q2：上次瞬时流量，上一次采集到的瞬时流量，通过超声波换能器上下游运动速度和时间的差值计算得出流速，通过流速与管道截面积相乘，得到流量值，为当前瞬时流量数据的上一条数据；
78.q3：本次累加流量，不间断用水连续求和后的总流量；
79.q4：平稳阶段瞬时流量，在用水的平稳阶段间隔采集的流量，是时序数据；
80.q5：分界流量设定阀值，判断正常用水和非正常用水的临界值，可通过云端修改；
81.q6：单次最大设定流量，单次用水量的最大值，可通过云端修改；
82.q7：平稳阶段简化流量，进入到平稳阶段后的第一次采集到的当前瞬时流量；
83.q8：匀速波动流量设定阀值，进入平稳用水阶段后，允许的流量波动范围，可通过云端修改；
84.q9：爆管流量差设定阀值，爆管情况下流量差的最小值，可通过云端修改；
85.实施例1
86.所述平台系统判定渗漏的判定条件为：
87.条件1：|
△
q|＜q8；
88.条件2：t2≥t3；
89.条件3：q4＜q5。
90.具体判定过程，监测到0＜q1＜q5，且|
△
q|＜q8、基于采集次数和t1计算t2，判断t2大于等于t3，认定为渗漏；
91.如图1、图5所示，满足
△
t≥t1*2时，即用户用水停止，退出本次用水，该次判定结束；
92.当
△
t＜t1*2时，则进入本次用水判定，当监测到监测到0＜q1＜q5、且|
△
q|＜q8、且基于采集次数和t1计算t2，判断t2≥t3，认定为渗漏，上报水路状态到云端，平台系统复核，发送报警信息给用户，如果和设备单检测不一致，则将情况发送给管理员。
93.若|
△
q|≥q8或者t2＜t3或者q1≥q5，本次累加流量时，则重新获取q1，并上报数据到平台系统；
94.当设备端检测到的是渗漏状态，且该平台系统检测到的也为渗漏状态，那么该平台系统复核结果为渗漏状态；
95.优选地，该设备端和平台系统检测的标准是一样的；
96.当设备端检测到的是正常用水/异常用水/爆管中的任一状态，与该平台系统检测到的渗漏状态不一致时，那么该平台系统复核结果以设备端检测到的结果为准。该平台系统复核起到如下目的：
97.1.校验结果的目的；
98.2.监测设备判断结果，出现云与设备不同，可以给出报警，技术人员进行分析和解决；
99.3.设备端和云端的计算结果的比对，可以作为网络稳定性、设备程序是否异常的判断条件。
100.云端的系统通过在线方式，包括但不仅限于app、短信、微信、邮箱、电话等远程通知绑定产品的用户，同时控制产品发出声光提醒。
101.实施例2
102.所述平台系统判定异常用水的判定条件为：
103.条件1：q1＞q5；
104.条件2：q3≥q6。
105.具体判定过程：监测到q5＜q1，且q6≤q3时，认定为异常用水；
106.如图2、图5所示，满足
△
t≥t1*2时，即用户用水停止，退出本次用水，该次判定结束；
107.当
△
t＜t1*2时，则进入本次用水判定，当监测到q5＜q1，且q6≤q3时，则更新水路状态，上报水路状态到云端，平台系统复核，发送报警信息给用户，如果和设备单检测不一致，则将情况发送给管理员。
108.若q5≥q1，或者q6＞q3时，则重新获取q1，并上报数据到平台系统；
109.当设备端检测到的是异常用水状态，且该平台系统检测到的也为异常用水状态，那么该平台系统复核结果为异常用水状态；
110.优选地，该设备端和平台系统检测的标准是一样的；
111.当设备端检测到的是正常用水/渗漏/爆管中的任一状态，与该平台系统检测到的异常用水状态不一致时，那么该平台系统复核结果以设备端检测到的结果为准。
112.该平台系统复核起到如下目的：
113.1.校验结果的目的；
114.2.监测设备判断结果，出现云与设备不同，可以给出报警，技术人员进行分析和解决；
115.3.设备端和云端的计算结果的比对，可以作为网络稳定性、设备程序是否异常的判断条件。
116.云端的系统通过在线方式，包括但不仅限于app、短信、微信、邮箱、电话等远程通知绑定产品的用户，同时控制产品发出声光提醒。
117.实施例3
118.所述平台系统判定爆管的判定条件为：
△
q≥q9。
119.具体判定过程：监测到
△
q≥q9时，判定为爆管。
120.如图3、如图5所示满足
△
t≥t1*2时，即用户用水停止，退出本次用水，该次判定结束；
121.如图5所示当
△
t＜t1*2时，则进入本次用水判定，当
△
q≥q9，则更新水路状态，执行阀门关闭，上报水路状态到云端，平台系统复核，发送报警信息给用户，如果和设备单检测不一致，则将情况发送给管理员。
122.若
△
q＜q9时，则重新获取q1，并上报数据到平台系统；
123.当设备端检测到的是爆管状态，且该平台系统检测到的也为爆管状态，那么该平台系统复核结果为爆管状态，控制关闭阀门，终止水流通行。
124.当设备端检测到的是正常用水/渗漏/异常用水中的任一状态，与该平台系统检测到的爆管状态不一致时，那么该平台系统复核结果以设备端检测到的结果为准。
125.优选地，该设备端和平台系统检测的标准是一样的；
126.该平台系统复核起到如下目的：
127.1.校验结果的目的；
128.2.监测设备判断结果，出现云与设备不同，可以给出报警，技术人员进行分析和解决；
129.3.设备端和云端的计算结果的比对，可以作为网络稳定性、设备程序是否异常的判断条件。
130.云端的系统通过在线方式，包括但不仅限于app、短信、微信、邮箱、电话等远程通知绑定产品的用户，同时控制产品发出声光提醒。
131.实施例1
‑
3中发送云端的系统通过在线方式，远程通知绑定产品的用户的具体示例如下:
132.1.通知内容
133.a)微信、短信、app(内容相同)
134.i.渗漏风险提示
135.【智慧水系统】风险提示！您的设备所在水路系统可能存在滴漏、渗漏风险，请及时检查处理，时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
136.请在小程序查看详情。
137.ii.异常用水提示
138.【智慧水系统】风险提示！您的设备所在水路系统可能存在异常用水风险，请及时检查处理，时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
139.请在小程序查看详情
140.iii.爆管报警
141.【智慧水系统】爆管警告！您的设备所在水路系统可能发生管道爆裂，为了避免损失，已经关闭水路阀门，请及时检查，报警时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
142.请在小程序查看详情，确定没有异常后，可通过小程序开启阀门，或手动开启阀门。
143.b)邮箱
144.i.邮件类别：渗漏风险提示
145.邮件主题：【智慧水系统】渗漏风险提示！
146.邮件内容：
147.尊敬的用户：
148.【智慧水系统】风险提示！您的设备所在水路系统可能存在滴漏、渗漏风险，请及时检查处理，时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
149.请在小程序查看详情。
150.如您已处理，请忽略此邮件。
151.谢谢
152.ii.邮件类别：异常用水提示
153.邮件主题：【智慧水系统】异常用水提示！
154.邮件内容：
155.尊敬的用户：
156.【智慧水系统】风险提示！您的设备所在水路系统可能存在异常用水风险，请及时检查处理，时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
157.请在小程序查看详情。
158.如您已处理，请忽略此邮件。
159.谢谢
160.iii.邮件类别：爆管报警
161.邮件主题：【智慧水系统】爆管报警！
162.邮件内容：
163.尊敬的用户：
164.【智慧水系统】爆管警告！您的设备所在水路系统可能发生管道爆裂，为了避免损失，已经关闭水路阀门，请及时检查，报警时间：@var(time)！
165.请在小程序查看详情，确定没有异常后，可通过小程序开启阀门，或手动开启阀门。
166.如您已处理，请忽略此邮件。
167.谢谢
168.c)电话
169.i.爆管报警
170.【智慧水系统】爆管警告！您的设备所在水路系统可能发生管道爆裂，为了避免损失，已经关闭水路阀门，请及时检查，报警时间：2021
‑6‑
23 12:09:40！
171.请在小程序查看详情，确定没有异常后，可通过小程序开启阀门，或手动开启阀门。
172.以上对本发明的三个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。