基于51單片機的水下設(shè)備漏水檢測與報警方案

熊思任

摘要：本文針對水下工程中密封設(shè)備的漏水檢測與報警問題，提出了一種基于51單片機的解決方案。之后，通過設(shè)計相關(guān)驗證試驗，證實了該方案能夠完成對水下密封設(shè)備漏水的高靈敏檢測和報警。

關(guān)鍵詞：水下工程；漏水檢測；51單片機

引言

水下工程中經(jīng)常會運用密封筒存放水下電子設(shè)備。在水下設(shè)備中，只要有密封就會存在漏水的風(fēng)險。當(dāng)出現(xiàn)漏水情況后，如果沒有有效的檢測報警手段就無法采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，從而造成更大的損失。針對這一問題，本文提出了一種基于51單片機的解決方案。當(dāng)發(fā)生漏水情況時，MCU（單片機）會檢測到，并通過自身的串口將信息發(fā)送給上位機。上位機在屏幕上顯示“設(shè)備漏水”，并通知工作人員采取相應(yīng)的應(yīng)急維護(hù)措施。

1解決方案的結(jié)構(gòu)劃分與相互連接

解決方案以單片機為中心，可以分為三個部分：1）漏水檢測電路部分；2）單片機處理部分；3）上位機處理部分。如圖1所示。

如圖1所示，單片機通過P1.0口與外圍的漏水檢測電路連接。通過檢測P1.0口的電壓情況進(jìn)行漏水檢測。單片機與上位機電腦的連接通過CH340芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)接。單片機引出Vcc、GND、RXD、TXD四個I/O口，通過CH340芯片將TTL電平轉(zhuǎn)化為USB電平，并連接至上位機電腦。

2漏水檢測電路原理與實現(xiàn)

漏水檢測的原理實質(zhì)上是利用了水的導(dǎo)電特性。但水的電阻一般較大，若用5V的電壓直接檢測，一般不能較靈敏地檢測到其導(dǎo)通時的微弱的電流。因此可以考慮采用三極管放大。電路如圖2所示。

當(dāng)探頭A和B之間沒有水時，探頭B可視為低電位，此時NPN型三極管V1截止，單片機P1.0口檢測到高電平。當(dāng)A和B探頭間有水時（設(shè)備內(nèi)已經(jīng)漏水），探頭B為高電位，三極管V1導(dǎo)通，單片機P1.0口檢測到低電平。

3單片機處理部分原理與編程實現(xiàn)

本試驗中選取的單片機型號為STC89516RD+ 40I-PDIP40。該單片機為宏晶公司生產(chǎn)的增強型51單片機，其指令系統(tǒng)及IO引腳完全兼容于傳統(tǒng)的51單片機。在本方案中，重點運用的IO口包括：P1.0腳（一位準(zhǔn)雙向口）、Vcc腳（電源）、P3.0（RXD）串行輸入口、P3.1（TXD）串行輸出口、GND（地）。其中P1.0口用于檢測漏水信號；P3.0及P3.1用于連接上位機并發(fā)送漏水檢測信息。其主程序如圖3所示：

4上位機處理原理與實現(xiàn)

上位機的內(nèi)容采用Visual Studio 2013軟件的C#語言編寫而成。主要完成以下功能：1）對下位機（單片機）發(fā)送串行信號的接收；2）判斷信號為漏水信號或者是未漏水信號；3）在窗口上顯示相應(yīng)信息。如圖4所示：

5試驗驗證

該方案只需進(jìn)行原理驗證即可，因此不必設(shè)計和加工PCB板。試驗采用面包板及杜邦線外加51單片機最小系統(tǒng)及筆記本電腦即可開展快速廉價的驗證。如圖5所示：

通過試驗可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩根探頭導(dǎo)線同時浸入到水里時（密封裝置漏水），上位機上軟件能顯示“設(shè)備漏水”字樣。當(dāng)把兩根探頭拔出水面后，上位機顯示消除。達(dá)到了試驗的目的。

6結(jié)論

本文利用最普通廉價的51單片機設(shè)計了一種能有效檢測密封裝置漏水情況的方案。并且通過設(shè)計相關(guān)試驗，驗證了該方案的可行性。考慮到方案中使用的單片機還有相當(dāng)富余的資源未被使用，該方案搭建的鏈路還可擴展出其它功能，能為其它類似試驗提供基礎(chǔ)。

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