智能化家居水系統(tǒng)的設計

摘要:該文給出了一種解決意外停水造成生活不便和溢水事件引起的財產損失問題的解決方案。所設計的系統(tǒng)硬件包括傳感器、CPU和電磁閥執(zhí)行器;軟件系統(tǒng)由8031匯編語言實現。系統(tǒng)首先通過傳感器檢測水槽內水位及跑水信號，再由中央控制處理器對傳感信號進行處理判斷，最后由電磁閥執(zhí)行處理結果，控制進水總閥門。

關鍵詞:智能家居;單片機;供水;電磁閥;傳感器

中圖分類號:TP18文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)11-2722-02

The Designation of an Intelligent Water Supply Control System

YANG Jie， JIA Shu-hong

(Experimental Center， Aviation University of Airforce， Changchun 130022， China)

Abstract: In this paper， a solution project has been provided to avoid the water waste and properties losing caused by abnormal water supply stopping and water overflowing. The hardware part of the system construct by the water sensor， central processor and electromagnetic valve. The software is programmed by 8031 assembly language. Firstly， the signal of the water position and overflow situation is checked by the sensors， the CPU treats the signal and makes a judgment， and finally the valve execute the statement coming from the processor and control the main water valve.

Key words: SCM; sensor; electromagnetic valve; intelligent controller

目前，隨著經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，家居的裝修和設備也有很大的發(fā)展。但家居的供水系統(tǒng)卻還是幾十年一貫制，沒有實質性的變化，存在著供水則有水，停水則斷水的問題，另外偶然的跑水事故也經常發(fā)生。現代高檔次的生活需要一種能夠能比較好解決家居水系統(tǒng)問題的智能化家居水系統(tǒng)。本文的智能化家居水系統(tǒng)采用人性化的設計理念，綜合了人們對性能安全、可靠，安裝、使用方便以及經濟、美觀等諸多需求，在設計思想上運用微電子、傳感器、自動控制等先進的技術手段，在有水時能安全、方便、衛(wèi)生地儲備水、還能徹底防止跑水;在停水時能滿足日常生活用水，比較理想地解決了家居的用水問題。

1 系統(tǒng)介紹

本智能化家居水系統(tǒng)的設計由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分構成，該系統(tǒng)在設計上滿足三個要求:第一，在自來水主管路正常供水時，一方面供給正常使用，另一方面經過智能供水控制器給蓄水器蓄水。當蓄水器內的水位升至上限檢測點時，控制器得到信號，自動關閉進水閥門，這時蓄水器已經蓄滿。如果萬一進水管沒有及時關閉，蓄水器中水從溢水管流出排入下水道，避免發(fā)水。一旦溢水管有水流出，控制器自動關閉進戶電磁閥，切斷進水并報警檢修。第二，當主管路停水時，戶內管路失壓。控制器通過水壓檢測傳感器檢測到失壓后，自動開通蓄水器和戶內管路的閥門，將蓄水器中的水注入管路，這時由單向閥確保蓄水器中的水不會流向戶外，而只供戶內使用。當恢復供水時又開始重新蓄水。第三，防水控制，家中一旦發(fā)生跑水事故，在沒有造成損害之前由安裝在室內比較低洼的傳感器檢測到跑水信號，對跑水信號進行可靠的判斷處理，在產生聲光報警的同時還要控制電磁閥關閉入戶總閥門，切斷水源，從而中止跑水。

2 設計方案

基于以上設計思想，該系統(tǒng)除需設計必要的硬件、軟件系統(tǒng)外，還需對家居管路進行合理的設計和改造。改造后的管路框圖如圖1所示，改造要求如下:

1) 在住戶的自來水進戶的手動閥門后，加裝單向閥，其作用是確保水只能流進而不能流出。2) 在單向閥后再加裝一個電磁閥，其作用是受中央控制處理器電路控制，切斷或開通進水總閥門，實現供水的自動開關控制。3) 在家居內低洼處的一個或多個位置安裝水傳感器，用來檢測是否發(fā)生了跑水事故，安裝的原則是要確保一旦跑水后在沒有造成損害之前就能檢測到水信號，建議安裝在衛(wèi)生間和廚房門口的水源附近。4) 在管路中加裝水壓傳感器，檢測管路中是否斷水。5) 智能控制器安裝在蓄水器和戶內管路中，其作用是實現自動蓄水供水以及防止跑水的綜合智能控制功能。6) 在室內合適位置加裝適當容積的蓄水器。蓄水器上安裝有進水管、溢水管和水位檢測裝置。

2.1 硬件設計

控制器是智能水系統(tǒng)的核心，控制著整個系統(tǒng)的正常運行。

防水控制系統(tǒng)有三部分構成:1) 水傳感器主要采用二線制方式，在無水時，兩線間電阻很大，而在有水時在兩個傳感電極間由水構成通路，電阻變得較小，經以運算放大器為主體的模擬電路分析處理產生有或無水的信號。傳感器電極采用鍍金結構，以保長期穩(wěn)定反復工作。安裝的位置，要確保產生跑水事故后，傳感器首先能得到水信號。2) CPU的職能是對水傳感器的跑水信號進行可靠的判斷處理、并做出響應。3) 電磁閥受CPU控制，CPU不斷巡查水傳感器的狀態(tài)，當檢測到水信號時，說明有跑水事故發(fā)生，這時CPU首先發(fā)出聲光報警，然后發(fā)出控制信號，控制入戶的總執(zhí)行器(閥門)關閉入戶總進水，從而中止跑水。系統(tǒng)在實現自動控制的同時，還具有手動控制功能，以便檢修人員手動控制系統(tǒng)恢復供水。

智能化不間斷供水控制系統(tǒng)是由水壓檢測、水位檢測、電磁閥開/關、電動閥開關等電路構成。系統(tǒng)的工作過程:

1) 水壓檢測:水壓檢測是安裝在管路上的壓力開關，當管內水壓正常時開關吸合，而當停水后失壓導致開關斷開。由此，CPU得到信號，以確定是否發(fā)生了斷水現象。2) 水位檢測:檢測蓄水池內水位是否達到了預定值。池內水位分為兩級，第一級是滿水水位。達到此水位時，由水對兩個電極構成通路，經電壓比較產生信號，送給CPU，CPU將關閉電動閥停止蓄水。第二級為溢水，如果水位升至第二級，同樣信號送給CPU，這時為非正常的溢水故障，CPU會將進戶電磁閥關閉，并產生聲光報警。根據控制器的功能需求，CPU選擇intel89c2051。

2.2 軟件設計

軟件主要用8031的匯編寫，采用了模塊化結構的程序設計方法，便于使用、維護與擴展。控制器軟件主要分為主程序模塊、時間中斷管理模塊、水和水壓信號檢測處理模塊、手動控制處理模塊，電磁閥和電動閥開關等模塊。各模塊主要以中斷方式調用。系統(tǒng)設計在充分利用CPU功能的前提下，盡量減少硬件數量。除合理選擇硬件外，在軟件上還采取抗干擾陷阱與冗余處理，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3 結束語

本家居智能水系統(tǒng)采用了先進可靠的單片機、多傳感器和先進的電磁閥等器件，實現了家居的不間斷供水和防跑水功能;具有硬件電路簡單、可靠性高、工作穩(wěn)定、使用方便和性價比高等特點。經過歷時幾年的研究和升級改進，已經成功用于多個家居，取得了非常好的效果。這項技術還可用于資料室、圖書館、設備控制室和機房等公共設施。

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