家庭防水管漏水簡易裝置的設計

摘要：家庭防水管漏水簡易裝置可以為市場提供一種防止因水管設備意外漏水引起水災和水資源浪費的設備。文章設計了一種基于單片機的防漏水控制裝置，給出裝置的硬件結構與軟件控制方案。測試結果表明，該裝置實現了對家庭漏水的穩定和有效控制，滿足了產品測試時的要求。

關鍵詞：防漏水；電源模塊；光纖傳感器；繼電器；單片機

中圖分類號：TU81 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0036-02

1 概述

水是生命之源，人們越來越認識到“水”是人類繁衍、生命延續、社會發展過程中不可替代的物質，同時也越來越認識到節約用水的重要性。專業水管斷裂、水管漏水是家庭里常遇到的問題之一，由于管道老化、水管的耐熱性降低以及水管的安裝不到位也會造成這種情況發生。由于家中無人，出現水管漏水將造成不必要的經濟損失。本裝置在水表基礎上增加一個開關、一個控制器和一個電磁閥。控制器主要用來判斷水管是否漏水并發出控制指令。電磁閥主要用來控制水管（入戶總管）的通斷。當家庭發生不正常用水狀態時本裝置能有效防止漏水的發生。

2 系統的硬件設計

該裝置的控制器主要由電源模塊、光纖傳感器、繼電器、單片機等構成。

對電源模塊的設計要求：電路能提供5V和12V的直流電；電路的結構盡量簡化；電路的輸出電壓穩定；電路的控制足夠精確；電路的功能具有可擴充性。本模塊220V家用電經變壓器兩路輸出，后經7805和7812穩壓得到穩定的5V和12V的直流電，為整個裝置提供所需電源。

控制器上的單片機采用的是Atmel公司的AT89C52單片機，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內集成了通用的8位CPU和ISP Flash為存儲單元，可為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、高性價比的解決方案。運用單片機控制成本較低，且可以有效設定控制時間。

裝置內的繼電器采用的是DS2Y-SL2-DC12V繼電器，它屬于固態繼電器，有兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離，在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

光電耦合器采用TOSHIBA公司的TLP521型，具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強、無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，在本裝置中它主要將光纖傳感器輸出的信號轉化為數字開關量來控制單片機。

光纖傳感器采用OMROM公司的E3X-NA11型，可以直接觀測光量變化的LED入光量級顯示，放大器間采用光通信方式，可防止互相干擾，電壓12-24VDC，在本裝置中它主要用來采集水表內飛輪的轉動信號，并將該信號傳給光電耦合器。

電磁閥采用普通常開型，其工作電壓為交流220V，它主要用來控制總水管的通斷，從而起到防漏水的作用。

硬件設計的方框圖如圖1所示：

3 系統的軟件設計

軟件設計使用C語言，編譯器是Keil Software的uVision2。Keil 8051開發工具具有很強的人機對話功能。uVision2 IDE基于Window的開發平臺，包括編輯器、項目管理器和MAKE工具。uVision2 IDE是一個基于Window的開發平臺，包含一個高效的編輯器、一個項目管理器和一個MAKE工具。uVision2支持所有的Kell 8051工具，包括C編譯器、宏匯編器、連接/定位器目標代碼到HEX的轉換器。uVision2通過以下特性加速嵌入式系統的開發過程：全功能的源代碼編輯器；器件庫用來配置開發工具設置；項目管理器用來創建和維護你的項目；集成的MAKE工具可以匯編編譯和連接你的嵌入式應用；所有開發工具的設置都是對話框形式的；真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調試器；高級GDIAGDI接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和Monitor-51進行通信；與開發工具手冊、器件數據手冊和用戶指南有直接的鏈接。

該裝置的工作流程：當家里無人或夜間休息時（不用水狀態），按下安裝在室內的啟動開關，此時控制器得電工作，家庭在不用水狀態發生漏水時，傳感器在一定時間內（該時間可以通過單片機程序進行調節）連續檢測到水表內流量指示輪盤轉動的信號達到設定值，單片機運行程序驅動繼電器來控制電磁閥的動作，此時電磁閥關閉切斷總水管，起到了防漏水的作用。在此期間家庭進行正常的短時用水（如洗手、如廁等），該動作不會立即執行（動作時間通過單片機可自由設定），可以避免誤動作。

4 系統的測試

對于該裝置的測試，主要包括以下內容：該裝置電源部分能否滿足要求，經測試兩路電源達到5±0.2V和12±0.5V；光電耦合器的輸出：低電平為0±0.1V、高電平為12±0.5V，能達到設計需要；繼電器驅動電路輸出：低電平為0±0.2V、高電平為12±0.6V，在設計要求范圍內；測試該裝置能否正確地按照流程控制電磁閥打開關閉，從而達到關閉總水管的目的，本裝置在2分鐘內如發現非正常用水狀態將動作，動作時間誤差為10秒左右。

通過以上測試所示，本方案所設計的控制裝置能夠準確、穩定地實現產品測試時的要求，控制精確，解決了家庭意外漏水時產生的系列問題。

5 存在的問題

該裝置需要在水表玻璃上打孔安裝光纖傳感器，破壞了水表的密封性，需廠家專業定制；用水狀態和非用水狀態的設定要人工控制，今后可考慮智能實現；如家庭發生微小滲水現象，該裝置不能有效動作。

總之，該裝置通過一段時間的調試和使用，對漏水狀態均能有效地控制，實現了家庭防漏水的功能。當然該裝置還可以在用水狀態判斷、水表安裝等方面進一步改進，從而實現精確控制。

參考文獻

[1] 黃麗亞，楊恒新.模擬電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社.

[2] 謝維成，楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計

[M].北京：清華大學出版社.

[3] Stuart R.Bal.嵌入式微處理器模擬接口設計[M].北京：電子工業出版社.

作者簡介：王志華（1979-），男，江蘇蘇州人，蘇州市相城中等專業學校一級教師，研究方向：電子電工類。

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