CN109813983A - 管网监测设备使用的供电、数据传输装置及施工应用方法 - Google Patents

Abstract

管网监测设备使用的供电、数据传输装置，包括球阀、交流转直流电源模块、锂蓄电池、水流发电机、单片机模块、无线传输模块、宝塔形导线密封螺杆、积水探测头、元件盒，还具有连接管道、锁紧管、伸缩管、锁紧螺母、手柄杆，球阀、水流发电机、单片机模块、宝塔形导线密封螺杆、连接管道、锁紧管、伸缩管、锁紧螺母、手柄杆安装在一起，交流转直流电源模块、锂蓄电池、单片机模块、无线传输模块安装在元件盒内，积水探测头通过螺杆螺母安装在管道井壁报警高度位置，管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法分为六个步骤。本发明不需要外部能源的供给，安装方便，不对供水造成影响，能有效利用管道内水流进行发电，并省了使用成本。

Description

管网监测设备使用的供电、数据传输装置及施工应用方法

技术领域

本发明涉及供水配套设备以及安装、应用技术领域，特别是一种管网监测设备使用的供电、数据传输装置及施工应用方法。

背景技术

现有技术中，无论是在市政管网供水中，还是小区内管网供水中（例如小区二次增压供水系统），都需要掌握管道内的水压、水流等数据，从而为供水部门制定相关控制策略，或经接收的水压、水流数据直接控制供水系统的工作方式（比如接收的用户管道内水流、水压低，供水系统在其控制系统作用下加大供水量，比如接收的用户管道内水流、水压高，供水系统在其控制系统作用下减小供水量，）提供数据支撑。

在实际应用中，为了得到管道内水压、水流数据，水压、水流监测设备等是安装在需要检测点的管道侧端（管道位于管道井内），水压、水流监测设备等检测后数据实时通过3G或无线传输模块传递给供水管理部门。为了保证水压、水流监测设备的正常工作，以及为了保证水压、水流监测设备等检测后数据的有效传递，为3G或无线传输模块、水压及水流监测设备等供电是保证上述设备正常工作的前提。现有为3G或无线传输模块及水压、水流监测设备等供电方式，一般采用两种方式，一种是直接采用220V市电供电，另一种是采用蓄电池供电。采用220V电源供电由于需要铺设供电导线，会加大施工难度，特别在管道远离220V电源线时，更会给施工带来不便、并增加施工成本，且由于有导线的连接，如果输电线架设在地面之上，不但影响周围环境的协调，还会给平时的安全管理带来一定的影响；如果采用蓄电池供电，使用过程中又需要每间隔一定时间为蓄电池充电或者更换电池，由于每个终端信号和功耗差异，导致电池用电量不一样，这样日常电池的巡检维护管理必须成为一种常态，会给平时的管理带来极大不便，大大增加了使用和管理成本，特别在管理人员因各种原因忘记充电时，会导致3G或无线传输模块、水压及水流监测设备等无法正常工作，进而影响供水系统的正常监测工作。

现有技术中，安装相关设备的管道井多数地处边远偏僻处，尤其有的管道井分布在道路中央，没法采用太阳能或者风能给相关用电设备提供电源，所以日常的管理工作更会不便。且管道井为了增加道路强度和行人安全，采用的是铁井盖，由于铁井盖会导致无线信号屏蔽严重，因此无线传输模块等需要增加功率才能实现与基站的连接，同时管道井内湿度大，电池效率也会降低，势必导致电耗加快，如果没有补充电源，电池使用寿命就会降低，进而会导致用电设备在较短时间内就无法再继续工作。现有应用于管道内水压、水流数据的监测设备需要安装在管道侧端，其存在成本高的缺点。现有的管道井中还无一种可实时对其内部积水进行监测的设备，当实际应用中，由于爆管或者渗漏，暴雨路面积水渗漏到井内，发生管道井内部积水量过多时，不但容易造成因为水淹导致相关仪器仪表损坏不能正常工作，还会导致水源受到污染。现有技术中，为了延长电池的使用寿命，通常采用延长数据传输时间间隔的方式来实现，比如每15分钟或者一个小时传输一次数据，这样管理方就无法获得管网完整的运行数据，管网管理部门也就无法更好的决策分析。基于上述，在供水领域中，提供一种能持续供电充电的电源，能保证相关设备做到全天24小时，不间断传输实时数据到后台管网管理部门服务器，还能有效实时监测管道井内是否积水的装置及施工应用方法显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有市政管网供水以及小区内管网供水中，为3G或无线传输模块、水压及水流监测设备等供电方式存在的缺点，以及现有监测设备成本高，且无法实现监测管道井内是否积水存在的弊端，本发明提供了一种安装方便，可在管道供水情况下实现安装，使用中不需要任何外部能源的供给，能有效利用管道内水流进行发电，保证各用电设备的用电，实现管网内包括各种水压、水流数据的实时监测以及管道井内是否积水监测，由此达到安装、使用方便、监测数据全面、并节省了使用成本的管网监测设备使用的供电、数据传输装置及施工应用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

管网监测设备使用的供电、数据传输装置，包括球阀、交流转直流电源模块、锂蓄电池、水流发电机、单片机模块、无线传输模块、导线密封螺杆、积水探测头、水压探头、元件盒，其特征在于还具有连接管道、锁紧管、伸缩管、锁紧螺母、手柄杆，连接管道的下端安装在管网的供水管道上端开孔的外侧，连接管道的上端外侧具有外螺纹，连接管道的内部具有内螺纹，球阀的下端安装在连接管道上端，锁紧管的上部体积大于下部体积，锁紧管的上下两部均具有内螺纹，锁紧管的下部具有外螺纹，锁紧螺母下端外侧具有外螺纹，锁紧螺母内侧具有内螺纹，锁紧管下端安装在球阀的上端，伸缩管的外侧由上至下具有外螺纹，两只手柄杆的内侧端分别安装在伸缩管的上部左右两端，伸缩管的上下两部为密封式结构，伸缩管的下部具有多个螺孔，多只导线密封螺杆上端分别安装在伸缩管的下部多个螺孔内，伸缩管的上端中部具有一个开孔，伸缩管的中部焊接有一根连接水管，连接水管下部和供水管道内部相通，连接水管上部经伸缩管上端中部开孔向元件盒内引入，连接水管的上端和水压探头的气压输入管经软管连接，元件盒的下端中部具有一个开孔，元件盒下部安装在伸缩管的上端，锁紧螺母下端安装在锁紧管上端内，伸缩管的后侧端下部由上至下有一只固定板，多只水流发电机由上至下分别安装在固定板前侧端，伸缩管安装在锁紧螺母、锁紧管、球阀的阀芯、连接管道的内中部，多只水流发电机位于供水管道内上部，在锁紧螺母的上端有一个轴孔，轴孔内旋入有一只锁紧螺杆，积水探测头安装在管道井壁报警高度位置，和多只水流发电机相连的电源输出导线分别从多只导线密封螺杆中部螺孔向上引出，并从伸缩管上端中部开孔向元件盒内引入，和多只水流发电机相连的电源输出导线分别套在一只食品级别硅胶软管内，交流转直流电源模块、锂蓄电池、单片机模块、无线传输模块、水压探头安装在电路板上，电路板安装在元件盒内，多只水流发电机的电源输出两端分别和交流转直流电源模块电源输入两端经导线连接，交流转直流电源模块电源输出两端和锂蓄电池、单片机模块、无线传输模块、积水探测头、水压探头电源输入两端分别经导线连接，积水探测头信号输出端、水流发电机电源输出端、水压探头信号输出端和单片机模块第一路、第二路、第三路信号输入端经数据线连接，单片机模块信号输出端和无线传输模块信号输入端经RS485数据线连接。

所述连接管道内径、锁紧管下部内径、锁紧螺母内径，以及球阀的阀芯开孔内径大于伸缩管的外径，并大于水流发电机的横向长度。

所述供水管道上端开孔的内径大于连接管道内径、锁紧管下部内径、锁紧螺母内径、球阀的阀芯开孔内径。

所述交流转直流电源模块是可调输出稳压模块。

所述每只水流发电机是涡轮式叶片交流水流发电机。

所述单片机模块主控芯片为STC12C5A60S2，单片机模块具有两路信号输入端1及2脚、3及4脚，第二路信号输入端3及4脚的两个接线端和水流发电机两个电源输出端之间各自串联有一只降压采样电阻，单片机模块具有一个RS485数据输出端口。

所述无线传输模块具有一组RS485数据输入接口，积水探测头采用无源干簧管浮球探头成品，水压探头是压阻式压力敏感器件，型号是XGZP，当压阻式压力敏感器件的气压输入管输入不同的压力信号时，其信号输出端2脚和5脚会输出1到4.5V之间变化的电压模拟信号。

管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法，其特征在于施工安装过程如下，第一步：安装前，把连接管道的上端外螺纹旋入球阀下端的外螺纹，将两者连接在一起；第二步：把连接管道下端焊接在供水管道上端需要开孔的上外侧，还可通过用管箍固定的方式将连接管道下端安装在供水管道上端需要开孔的上外侧；第三步：对连接管道下端和供水管道上端需要开孔的上外侧之间进行试压，保证两者之间密封好；第四步：采用带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部对供水管道上端需要开孔的位置进行开孔；第五步：开好孔后，把带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部慢慢拔出，将球阀关闭；第六步：安装好锁紧管、锁紧螺母，通过伸缩管外螺纹，把伸缩管由上至下分别从锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹、球阀由上至下分布的阀芯开孔、连接管道中部螺纹旋入，安装到位后，多只水流发电机位于供水管道内上部；应用中，多只水流发电机输出的电源信号进入单片机模块，供水管道内部的水压经

连接水管、水压探头的气压输入管作用于水压探头内部的压力感受面后，单片机模块在其内部编程作用下，对输入信号进行采样处理，单片机模块通过监测水流发电机涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化，通过与供水管道直径数据综合计算，可以得到水流量、流速变化趋势，通过对水压探头输入的电压信号进行处理，可以得到供水管管道内水压数据，实现管网关键参数监测能力，并将数据信号模数转换后经无线传输模块通过无线移动网络传递给后台；积水探头对管道井内积水进行监测，有积水后，输入开关量信号进入单片机模块开关量信号输入端，并经无线传输模块传递给远端后台，提醒管道维护人员巡查，降低爆管引起的损失。

所述第五步、第六步中，开好孔后，带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部慢慢拔出工序中，当钻头的下端刚位于阀芯上端后，操作者即通过球阀的操作杆关闭球阀的阀芯；把伸缩管由上至下分别从锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹、球阀由上至下分布的阀芯开孔、连接管道中部螺纹旋入工序中，当伸缩管下部旋入锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹，伸缩管最下端的一只水流发电机接近球阀的阀芯上端前，再打开阀芯继续向下旋入，能防止供水管道内的水溢出。

所述施工安装中，需要保证多只水流发电机或一只水流发电机的涡轮前端正对供水管道内水流流入方向，在伸缩管外侧上面有方向和刻度标记，便于调节水流发电机的涡轮的方向，并能通过刻度调节伸缩管插入供水管道内的深度。

本发明有益效果是：本发明不但可以用在市政供水主干网上，同时也可以安装在需要监测且布线复杂的小区内管网上，形成一个独立自循环监测系统。安装时可在不中断供水的前提下操作，尽可能减少了对供水的影响。本发明不需要外部能源的供给，供水管道内的自来水流动的同时会驱动小型水流发电机的涡轮叶片转动，进而小型水流发电机发出电能、经交流转直流电源模块转换为6.7V直流电源为锂蓄电池进行浮充电，保证锂蓄电池长期浮充电保持蓄电性能还不至于过充电而损坏；锂蓄电池输出的电源为微功耗单片机模块、无线传输模块、积水探测头等实时供电，保证了上述设备的正常工作；本发明只在管道上开一个孔就实现了发电和管网水压监测，管网流速监测，无需再安装其余单独的管道水流水压检测设备，多只水流发电机输出的电源信号进入单片机模块，供水管道内部的水压经连接水管、水压探头的气压输入管作用于水压探头内部的压力感受面后，单片机模块在其内部编程作用下，对输入信号进行采样处理，单片机模块通过监测水流发电机涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化，通过与供水管道直径数据综合计算，可以得到流量、流速变化趋势，通过对水压探头输入的电压信号进行处理，可以得到供水管管道内水压数据，各种数据经单片机模块模数转换后通过无线传输模块经无线移动网络传递给后台，后台管理方能有效掌握各种数据，能有效实现管网关键参数数据监测的能力；使用中，积水探头对管道井内进行积水监测，有积水后，输出信号进入单片机模块信号输入端，并经无线传输模块传递给远端后台，提醒管道维护人员进行巡查，降低了渗漏或者爆管引起的损失。本发明不需要任何外部能源的供给，安装方便，不对供水造成影响，在使用中能有效利用管道内水流进行发电，并省了使用成本。本发明通过宝塔形导线密封螺杆、软管，隔离导线与水接触的可能性，软管施工安装更灵活。本发明还能方便实现在不停水情况下维护更换发电机。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明管网监测设备使用的供电、数据传输装置和管网供水管道局部的前视结构示意图。

图2是本发明管网监测设备使用的供电、数据传输装置和管网供水管道局部右后视结构示意图。

图3是本发明管网监测设备使用的供电、数据传输装置电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，管网监测设备使用的供电、数据传输装置，包括球阀1、交流转直流电源模块2、锂蓄电池3、水流发电机4、单片机模块5、无线传输模块6、宝塔形导线密封螺杆7、积水探测头8、水压探头19、元件盒9，还具有连接管道10、锁紧管11、伸缩管12、锁紧螺母13、手柄杆14，连接管道10的下端安装在管网的供水管道15上端开孔的外侧，连接管道10的上端外侧具有外螺纹，连接管道10的内部具有内螺纹，球阀1的下端安装在连接管道10上端，锁紧管11的上部体积大于下部体积，锁紧管11的上下两部均具有内螺纹，锁紧管11的下部具有外螺纹，锁紧螺母13外侧下部具有外螺纹，锁紧螺母13内侧具有内螺纹，锁紧管11下端安装在球阀1的上端，伸缩管12的外侧由上至下具有外螺纹，两只手柄杆14的内侧端分别安装在伸缩管12的上部左右两端（两只手柄杆14利于施力操作伸缩管12左右旋转），伸缩管12的上下两部为密封式结构，伸缩管12的下部具有多个螺孔，三只宝塔形导线密封螺杆7上端分别安装在伸缩管12的下部三个螺孔内，伸缩管12的上端中部具有一个开孔，伸缩管12的中部焊接有一根连接水管18，连接水管18下部和供水管道15内部相通，连接水管18上部经伸缩管12上端中部开孔向元件盒9内引入，连接水管18的上端和水压探头19的气压输入管经软管连接，元件盒9的下端中部具有一个开孔，元件盒9下部用螺母安装在伸缩管12的上端，锁紧螺母13下端安装在锁紧管11上端内，伸缩管12的后侧端下部由上至下有一只固定板16，三只水流发电机4由上至下分别通过固定夹螺杆螺母安装在固定板16前侧端，伸缩管12安装在锁紧螺母13、锁紧管11、球阀1的阀芯、连接管道10的内中部，三只水流发电机4位于供水管道15内上部，在锁紧螺母13的上端有一个轴孔，轴孔内旋入有一只锁紧螺杆13-1，积水探测头8通过螺杆螺母安装在管道井壁报警高度位置，和三只水流发电机4相连的电源输出导线分别从三只宝塔形导线密封螺杆7中部螺孔向上引出，并从伸缩管12上端中部开孔向元件盒9内引入，三只宝塔形导线密封螺杆7配套螺母旋紧后保证水不会经供水管道15内、三只宝塔形导线密封螺杆7内溢出至伸缩管12的中部内，和三只水流发电机相连的电源输出导线分别套在一只食品级别硅胶软管内，保证导线不会和管道15内水接触，交流转直流电源模块2、锂蓄电池3、单片机模块5、无线传输模块6、水压探头19安装在电路板上，电路板安装在元件盒9内。

图1、2中所示，连接管道10内径、锁紧管11下部内径、锁紧螺母13内径，以及球阀13的阀芯开孔内径大于伸缩管12的外径，并大于水流发电机4的横向长度。供水管道15上端开孔的内径大于连接管道10内径、锁紧管11下部内径、锁紧螺母13内径、球阀1的阀芯开孔内径。交流转直流电源模块2是型号XL4016E1的AC-DC可调输出稳压模块，输出是直流6.7V，锂蓄电池3型号是6V/10Ah。每只水流发电机4是品牌嘉栢晨的小型涡轮式叶片交流水流发电机成品，其壳体是全密封结构，其转子的转轴和壳体中部轴承座之间有水封橡胶片，能防止工作中外部的水进入壳体内，视驱动水流速度而定，其输出电压最高可到15V，涡轮式叶片水流发电机成品4的涡轮叶片加上壳体的左右长度是4.5cm。单片机模块5主控芯片为STC12C5A60S2，单片机模块5具有两路信号输入端1及2脚、3及4脚，第二路信号输入端3及4脚的两个接线端和水流发电机4两个电源输出端之间各自串联有一只降压采样电阻，单片机模块4具有一个RS485数据输出端口。无线传输模块6是型号HF-2411的低功耗无线传输模块成品，具有一组RS485数据输入接口。积水探测头8采用无源干簧管浮球探头成品。水压探头19是压阻式压力敏感器件，型号是XGZP，当压阻式压力敏感器件的气压输入管输入不同的压力信号时，其信号输出端2脚和5脚会输出1到4.5V之间变化的电压模拟信号。

图1、2中所示，管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法，施工安装过程如下，第一步：安装前，把连接管道10的上端外螺纹旋入球阀1下端的外螺纹，将两者连接在一起；第二步：把连接管道10下端焊接在供水管道15上端需要开孔的上外侧，还可通过用管箍固定的方式将连接管道10下端安装在供水管道15上端需要开孔的上外侧；第三步：对连接管道10下端和供水管道15上端需要开孔的上外侧之间进行试压，保证两者之间密封好；第四步：采用带压开孔机的钻头经球阀1的阀芯、连接管道10内部对供水管道15上端需要开孔的位置进行开孔；第五步：开好孔后，把带压开孔机的钻头经球阀1的阀芯、连接管道10内部慢慢拔出，将球阀1关闭；第六步：安装好锁紧管11、锁紧螺母13，通过伸缩管12外螺纹，把伸缩管12由上至下分别从锁紧螺母13中间螺纹、锁紧管11中部螺纹、球阀1由上至下分布的阀芯开孔、连接管道10中部螺纹旋入，安装到位后，三只水流发电机4位于供水管道15内上部；应用中，三只水流发电机4输出的电源信号进入单片机模块5信号输入端，供水管道15内部的水压经连接水管18、水压探头19的气压输入管作用于水压探头19内部的压力感受面后，水压探头19输出电压信号进入单片机模块5信号输入端，单片机模块在其内部编程作用下，对输入信号进行采样处理，单片机模块通过监测水流发电机涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化，通过与供水管道直径数据综合计算，可以得到流量、流速变化趋势，通过对水压探头输入的电压信号进行处理，可以得到供水管管道内水压数据，并将数据信号模数转换后经无线传输模块6通过无线移动网络传递给后台；积水探头8对管道井内积水进行监测，有积水后，输入开关量信号进入单片机模块5开关量信号输入端，并经无线传输模块6传递给远端后台，提醒管道维护人员巡查，降低爆管引起的损失。

图1、2中所示，第五步、第六步中，开好孔后，带压开孔机的钻头经球阀1的阀芯、连接管道10内部慢慢拔出工序中，当钻头的下端刚位于球阀1的阀芯上端后，操作者即通过球阀1的操作杆关闭球阀1的阀芯；把伸缩管12由上至下分别从锁紧螺母13中间螺纹、锁紧管11中部螺纹、球阀1由上至下分布的阀芯开孔、连接管道10中部螺纹旋入工序中，当伸缩管12下部旋入锁紧螺母10中间螺纹、锁紧管11中部螺纹，伸缩管12最下端的一只水流发电机4接近球阀1的阀芯上端前，再打开阀芯继续向下旋入，能防止供水管道15内的水溢出。施工安装中，需要保证三只水流发电机4的涡轮前端正对供水管道15内水流流入方向，在伸缩管12外侧上面有方向和刻度标记，便于调节水流发电机4的涡轮的方向，并能通过刻度调节伸缩管12插入供水管道15内的深度。施工安装中，多只水流发电机4的数量根据需要配置，通过调节伸缩管12位于锁紧螺母13、锁紧管11、球阀1阀芯、连接管道10中部的上下高度， 能调节三只水流发电机4位于供水管道15内上下高度，获得最有效的发电效率并获得水流发电机4最佳的转速数据，伸缩管12调节好高度后将锁紧螺母的上轴孔内锁紧螺杆13-1旋紧，防止工作中伸缩管12无外力旋转。

图1、2中所示，本发明不但可以用在市政供水主干网上，同时也可以安装在需要监测且布线复杂的小区内管网上，形成一个独立自循环监测系统。安装时可在不中断供水的前提下操作，尽可能减少了对供水的影响。本发明不需要外部能源的供给，供水管道15内的自来水流动的同时会驱动小型水流发电机4的涡轮叶片转动，进而小型水流发电机4发出电能、经交流转直流电源模块2转换为6.7V直流电源为锂蓄电池3进行浮充电，保证锂蓄电池3长期浮充电保持蓄电性能还不至于过充电而损坏；锂蓄电池3输出的电源为微功耗单片机模块5、无线传输模块6、积水探测头8实时供电，保证了上述设备的正常工作；本发明只在管道上开一个孔就实现了发电和管网水压监测，管网流速监测，无需再安装其余单独的管道水流水压检测设备，单片机模块5通过监测水流发电机4涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化，通过与供水管道15直径数据综合计算，可以得到流量、流速、水压变化趋势，各种数据经单片机模块5模数转换后通过无线传输模块6经无线移动网络传递给后台，后台管理方能有效掌握各种数据，能有效实现管网关键参数数据监测的能力；使用中，积水探头8对管道井内进行积水监测，有积水后，输出信号进入单片机模块5信号输入端，并经无线传输模块6传递给远端后台，提醒管道维护人员进行巡查，降低了渗漏或者爆管引起的损失。本发明不需要任何外部能源的供给，安装方便，不对供水造成影响，在使用中能有效利用管道内水流进行发电，并省了使用成本。本发明通过宝塔形导线密封螺杆7、软管17，隔离导线与水接触的可能性，软管17施工安装更灵活。本发明还能方便实现在不停水情况下维护更换发电机4。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

图3中所示，交流转直流电源模块U1是型号XL4016E1的AC-DC可调输出稳压模块，输出是直流6.7V，锂蓄电池G型号是6V/10Ah。每只水流发电机M是品牌嘉栢晨的小型涡轮式叶片交流水流发电机成品、输出电流为50mA。单片机模块U2主控芯片为STC12C5A60S2，单片机模块U2具有两路信号输入端1及2脚、3及4脚，第二路信号输入端3及4脚的两个接线端和水流发电机M两个电源输出端之间各自串联有一只降压取样电阻R1、R2，单片机模块U2具有一个RS485数据输出端口。无线传输模块U3是型号HF-2411的低功耗无线传输模块成品，具有一组RS485数据输入端口。积水探测头U4采用无源干簧管浮球探头成品。水压探头U5是压阻式压力敏感器件，型号是XGZP，当压阻式压力敏感器件U5的气压输入管输入不同的压力信号时，其信号输出端2脚和5脚会输出1到4.5V之间变化的电压模拟信号。三只水流发电机M的电源输出两端（三只水流发电机M的电源输出两端分别并联在一起）分别和交流转直流电源模块U1电源输入两端1及2脚经导线连接，交流转直流电源模块U1电源输出两端3及4脚和锂蓄电池G、单片机模块U2电源输入两端5及6脚、无线传输模块U3电源输入两端1及2脚、积水探测头U4电源输入两端1及2脚、水压探头U5电源输入两端3及1脚分别经导线连接，积水探测头U4信号输出端3及4脚和单片机模块U2第一路信号输入端1及2脚经数据线连接，水流发电机M电源输出端和单片机模块U2第二路信号输入端电阻R1、R2另一端经数据线连接，水压探头U5信号输出端2及5脚和单片机模块U2第三路信号输入端7及8脚经数据线连接，单片机模块U2信号输出端和无线传输模块U3信号输入端经RS485数据线连接。

图3中所示，供水管道内的自来水流动的同时会驱动三只小型水流发电机M的涡轮叶片转动，进而三只小型水流发电机M发出电能进入交流转直流电源模块U1电源输入两端1及2脚，经交流转直流电源模块U1内部电路作用，交流转直流电源模块U1电源输出两端3及4脚输出6.7V直流电源为锂蓄电池G进行浮充电，保证锂蓄电池G长期浮充电保持蓄电性能还不至于过充电而损坏。锂蓄电池G输出的6V电源进入微功耗单片机模块U2、无线传输模块U3、积水探测头U4、水压探头U5后，单片机模块U2、无线传输模块U3、积水探测头U4、水压探头U5同时得电工作，保证了上述设备的正常工作。本发明的单片机模块U2、无线传输模块U3、积水探测头U4、水压探头U5待机电流只有10mA左右，每时每刻只要管道内有水流动三只小型水流发电机M就可进行发电，能充分满足单片机模块U2、无线传输模块U3、积水探测头U4、水压探头U5等的用电。本发明无需再安装其余单独的管道水流水压检测设备，水流发电机M输出电压信号进入电阻R1、R2另一端，单片机模块U2通过监测水流发电机M涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化（转速快、电压高相应水流速高，转速慢、电压低相应水流速低），电阻R1、R2将进入单片机模块U2信号输入端3及4脚的电压信号降压、限流，保证了单片机模块U2对信号的正常获取，单片机模块U2在其内部电路及编程作用下，通过与供水管道直径数据综合计算，可以得到水流量、流速变化趋势，工作时，供水管道内部的水压经连接水管、水压探头U5的气压输入管作用于水压探头U5内部的压力感受面后，水压探头U5输出电压信号进入单片机模块U2信号输入端，单片机模块U2在其内部编程作用下，对输入信号进行采样处理得出水压数据，各种数据经单片机模块U2模数转换后通过无线传输模块U3经无线移动网络传递给后台，后台管理方能有效掌握各种数据，能有效实现管网关键参数数据监测的能力，进而根据监测结果采取相应措施。使用中，积水探头U4对管道井内进行积水监测，有积水后，输出开关量信号进入单片机模块U2信号输入端1及2脚，单片机模块U2将开关量信号处理后，经无线传输模块U3传递给远端后台，提醒管道维护人员进行巡查，降低了爆管引起的损失。电阻R1、R2阻值是4.7K。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.管网监测设备使用的供电、数据传输装置，包括球阀、交流转直流电源模块、锂蓄电池、水流发电机、单片机模块、无线传输模块、导线密封螺杆、积水探测头、水压探头、元件盒，其特征在于还具有连接管道、锁紧管、伸缩管、锁紧螺母、手柄杆，连接管道的下端安装在管网的供水管道上端开孔的外侧，连接管道的上端外侧具有外螺纹，连接管道的内部具有内螺纹，球阀的下端安装在连接管道上端，锁紧管的上部体积大于下部体积，锁紧管的上下两部均具有内螺纹，锁紧管的下部具有外螺纹，锁紧螺母下端外侧具有外螺纹，锁紧螺母内侧具有内螺纹，锁紧管下端安装在球阀的上端，伸缩管的外侧由上至下具有外螺纹，两只手柄杆的内侧端分别安装在伸缩管的上部左右两端，伸缩管的上下两部为密封式结构，伸缩管的下部具有多个螺孔，多只导线密封螺杆上端分别安装在伸缩管的下部多个螺孔内，伸缩管的上端中部具有一个开孔，伸缩管的中部焊接有一根连接水管，连接水管下部和供水管道内部相通，连接水管上部经伸缩管上端中部开孔向元件盒内引入，连接水管的上端和水压探头的气压输入管经软管连接，元件盒的下端中部具有一个开孔，元件盒下部安装在伸缩管的上端，锁紧螺母下端安装在锁紧管上端内，伸缩管的后侧端下部由上至下有一只固定板，多只水流发电机由上至下分别安装在固定板前侧端，伸缩管安装在锁紧螺母、锁紧管、球阀的阀芯、连接管道的内中部，多只水流发电机位于供水管道内上部，在锁紧螺母的上端有一个轴孔，轴孔内旋入有一只锁紧螺杆，积水探测头安装在管道井壁报警高度位置，和多只水流发电机相连的电源输出导线分别从多只导线密封螺杆中部螺孔向上引出，并从伸缩管上端中部开孔向元件盒内引入，和多只水流发电机相连的电源输出导线分别套在一只食品级别硅胶软管内，交流转直流电源模块、锂蓄电池、单片机模块、无线传输模块、水压探头安装在电路板上，电路板安装在元件盒内，多只水流发电机的电源输出两端分别和交流转直流电源模块电源输入两端经导线连接，交流转直流电源模块电源输出两端和锂蓄电池、单片机模块、无线传输模块、积水探测头、水压探头电源输入两端分别经导线连接，积水探测头信号输出端、水流发电机电源输出端、水压探头信号输出端和单片机模块第一路、第二路、第三路信号输入端经数据线连接，单片机模块信号输出端和无线传输模块信号输入端经RS485数据线连接。

2.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于连接管道内径、锁紧管下部内径、锁紧螺母内径，以及球阀的阀芯开孔内径大于伸缩管的外径，并大于水流发电机的横向长度。

3.根据权利要求2所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于供水管道上端开孔的内径大于连接管道内径、锁紧管下部内径、锁紧螺母内径、球阀的阀芯开孔内径。

4.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于交流转直流电源模块是可调输出稳压模块。

5.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于每只水流发电机是涡轮式叶片交流水流发电机。

6.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于单片机模块主控芯片为STC12C5A60S2，单片机模块具有两路信号输入端1及2脚、3及4脚，第二路信号输入端3及4脚的两个接线端和水流发电机两个电源输出端之间各自串联有一只降压采样电阻，单片机模块具有一个RS485数据输出端口。

7.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置，其特征在于无线传输模块具有一组RS485数据输入接口，积水探测头采用无源干簧管浮球探头成品，水压探头是压阻式压力敏感器件，型号是XGZP，当压阻式压力敏感器件的气压输入管输入不同的压力信号时，其信号输出端2脚和5脚会输出1到4.5V之间变化的电压模拟信号。

8.根据权利要求1所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法，其特征在于施工安装过程如下，第一步：安装前，把连接管道的上端外螺纹旋入球阀下端的外螺纹，将两者连接在一起；第二步：把连接管道下端焊接在供水管道上端需要开孔的上外侧，还可通过用管箍固定的方式将连接管道下端安装在供水管道上端需要开孔的上外侧；第三步：对连接管道下端和供水管道上端需要开孔的上外侧之间进行试压，保证两者之间密封好；第四步：采用带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部对供水管道上端需要开孔的位置进行开孔；第五步：开好孔后，把带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部慢慢拔出，将球阀关闭；第六步：安装好锁紧管、锁紧螺母，通过伸缩管外螺纹，把伸缩管由上至下分别从锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹、球阀由上至下分布的阀芯开孔、连接管道中部螺纹旋入，安装到位后，多只水流发电机位于供水管道内上部；应用中，多只水流发电机输出的电源信号进入单片机模块，供水管道内部的水压经连接水管、水压探头的气压输入管作用于水压探头内部的压力感受面后，单片机模块在其内部编程作用下，对输入信号进行采样处理，单片机模块通过监测水流发电机涡轮旋转转速频率的变化即可获得水流速的变化，通过与供水管道直径数据综合计算，可以得到水流量、流速变化趋势，通过对水压探头输入的电压信号进行处理，可以得到供水管管道内水压数据，实现管网关键参数监测能力，并将数据信号模数转换后经无线传输模块通过无线移动网络传递给后台；积水探头对管道井内积水进行监测，有积水后，输入开关量信号进入单片机模块开关量信号输入端，并经无线传输模块传递给远端后台，提醒管道维护人员巡查，降低爆管引起的损失。

9.根据权利要求8所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法，第五步、第六步中，开好孔后，带压开孔机的钻头经球阀的阀芯、连接管道内部慢慢拔出工序中，当钻头的下端刚位于阀芯上端后，操作者即通过球阀的操作杆关闭球阀的阀芯；把伸缩管由上至下分别从锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹、球阀由上至下分布的阀芯开孔、连接管道中部螺纹旋入工序中，当伸缩管下部旋入锁紧螺母中间螺纹、锁紧管中部螺纹，伸缩管最下端的一只水流发电机接近球阀的阀芯上端前，再打开阀芯继续向下旋入，能防止供水管道内的水溢出。

10.根据权利要求8所述的管网监测设备使用的供电、数据传输装置的施工应用方法，施工安装中，需要保证多只水流发电机或一只水流发电机的涡轮前端正对供水管道内水流流入方向，在伸缩管外侧上面有方向和刻度标记，便于调节水流发电机的涡轮的方向，并能通过刻度调节伸缩管插入供水管道内的深度。