基于MCU的智能漏水檢測系統設計

摘 要:在智能家居系統中家居防漏水具有非常重要的意義，能檢測漏水并及時報警，能有效阻止損失進一步惡化。提出一種基于MCU的智能防漏水系統方案，當檢測到有漏水狀況發生時，控制電磁閥自動關閉水管，并通過聲光等方式報警，同時加強人工交互能力，優先處理人工指令。經測試及試用，本方案性能穩定，經濟可行，能有效處理家居中漏水問題，同時還可應用于機房、倉庫等需要嚴格防水的地方，具有十分廣闊的前景。

關鍵詞:智能家居; 傳感器; 微控制器; 電磁閥

中圖分類號:TN911.23; TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0155-02

Design of Smart Leakage Detecting System Based on MCU

WU Peng-cheng

(Xi’an Metro Company， Xi’an 710061， China)

Abstract:It is important in the smart home to prevent the further deterioration of water leakage by detecting the water and alarming. A design of the smart anti-leakage system based on the MUC is proposed in this paper. When the leakage is detected， asoleniod is started， the water pipe is closed， and then the alarm is given by LED and a speaker. The testing showes that the system has the stable performance and is economically feasible， which can be able to effectively deal with the leakage problem at home. The system can also be applied to machine rooms or storage areas where the water is strictly forbidden.

Keywords:smart home; sensor; MCU; soleniod

近年來，隨著自動化技術及人們生活水平的提高，智能家居的概念被越來越多的人所接受。所謂智能家居，是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

在智能家居系統中，智能防漏水系統是在家居安全里具有十分重要的作用。通常由于一時疏忽，如停水時忘關水龍頭、下水不通暢、管道破損等意外原因所造成家居漏水，很多情況下事態嚴重，不僅是自家受損失，同一棟樓里的人也會同樣受害。文中設計了一種家居智能防水系統，能自動檢測選定區域的意外漏水，通過電磁閥及時切斷水管，并伴隨聲光報警，提示出現的浸水事件，減少漏水狀況的惡化，能有效地防止各種損失進一步擴大。

1 系統設計

家居智能防水系統主要分為4個部分，包括檢測組件、MCU控制部分、報警及按鍵電路、電磁閥及驅動電路。通過MCU的并口I/O檢測水傳感器狀態，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報警電路，同時通過驅動電路控制水電磁閥的通斷，其系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

系統通過MCU一直監測水傳感器狀態，若發現漏水，通過發光LED顯示和蜂鳴器報警，并延時一段時間，然后啟動電磁閥關閉水管。如果家中有人，在聽到報警后，檢查漏水情況，可手動切斷水管，或者關閉報警系統(若發現是誤報警的情況下)。

2 硬件設計

2.1 水傳感器檢測電路

電路采用適當的電極型水傳感器，布置在需要監測的區域，可以是某一固定區域，也可以是多個區域同時監測。主要根據電極浸水阻值變化原理，通過電壓檢測確定傳感器的狀態。通過電壓比較器，得到外部狀態電平，并送往MCU單元進行檢測處理。水感傳器接口電路如圖2所示。

2.2 MCU控制電路

MCU單元電路主要完成整個系統的監測、判斷、報警控制以及人機交互控制等功能。本方案中選用Atmel的89C52單片機作為控制MCU，其結構簡單，價格低廉，通用性好，內部集成了CPU，RAM，ROM，定時器/計數器和多功能I/O，串口通信等部等基本功能部件，可靈活編程控制外部I/O接口。結合本案例，通過MCU的并口I/O檢測水水傳感器狀態，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報警電路，同時通過驅動電路控制水電磁閥的通斷。MCU及外圍電路如圖3所示。

圖2 水傳感器接口電路

圖3MCU及外圍電路

2.3 顯示及報警電路

蜂鳴器選擇有源蜂鳴器，其內部集成了多諧振蕩器，只需要在外部施加必要的直流電平即可發生，其驅動及控制電路簡單。同時驅動發光二極管，在檢測到漏水時點亮二極管。蜂鳴器及驅動電路如圖4所示，LED及驅動電路如圖5所示。

2.4 電磁閥驅動電路

電磁閥是用來控制流體方向的自動化基礎元件，通常用于機械控制和工業閥門，對介質方向進行控制，從而達到對閥門開關的控制。本方案中水管在一般狀態下是暢通的，所以選擇常開型的電磁閥，先導閥接受電控制信號開關后帶動主閥動作，切斷水管，從而避免漏水狀況的進一步惡化。由于單片機輸出控制信號為TTL電平，不能直接控制電磁閥動作，需要增加驅動電路，如圖6所示。

圖4 蜂鳴器及驅動電路

圖5 LED及驅動電路

圖6 電磁閥驅動電路

圖6所示電路采用光電耦合器將控制信號輸出電路與電磁閥驅動電路隔離，從而抑制驅動電路的高頻干擾進入控制電路部分，以保證其正常工作。電阻R6和二極管D在噴油器關閉時構成放電通路，以防止功率三極管損壞，它們和電磁閥線圈組成消弧電路。

3 軟件設計

3.1 系統軟件流程

系統控制軟件采用循環掃描時，實時監測水傳感器狀態。如果檢測到傳感器異常，啟動聲光報警電路。如果周圍有人，確認是否發生了漏水，則可以手動關閉進水閥門;如果周圍沒有人，系統在報警后5 s內啟動電磁閥控制電路，自動切斷進水閥門，等待人員前來解決問題。其中單片機的軟件流程圖如圖7所示。

圖7 控制器工作流程圖

3.2 中斷子程序設計

在系統中將人機交互的按鍵行為作為中斷，其優先級別比較高。在系統工作的任何過程中，都可以優先響應人工命令。其按鍵中斷類型分為電路復位、手動關閉電磁閥、手動打開電磁閥、關閉報警等。其中斷子程序流程如圖8所示。

圖8 控制器中斷相應流程圖

4 結 語

針對智能家居中關鍵區域防漏水問題，提出一種基于水傳感器檢測、MCU控制的方案，在檢測到有漏水狀況發生時，控制啟動電磁閥自動關閉水管，并通過聲光等方式報警。同時增加人工交互能力，優先處理人工指令。經測試及試用，本方案經濟可行，電路可靠，能有效處理家居中漏水問題，同時可以擴展到機房、檔案管理室、倉庫等需要嚴格防水的地方，具有十分廣闊的前 景。

在未來的工作中，可以考慮進一步增加該系統功能，如增加GPRS信息通信功能，可以通過接入通信網，實現報警信息的遠程發送等;也可以將通過電力線通信接入物業服務網絡，實現遠程監測及控制等。

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