基于STM32的紅外感應飲水機漏水檢測裝置

摘"要：傳統的飲水機往往無法做到在漏水時第一時間給出漏水提醒，導致了水資源和用電的浪費，針對這一問題提出了一種基于STM32為核心控制的紅外感應飲水機漏水檢測裝置，該設計由STM32主控模塊、人體紅外感應模塊、漏水檢測模塊、OLED顯示模塊、蜂鳴器模塊與GA6B短信模塊構成，實現了對飲水機漏水的檢測，以及當出現漏水時能及時給予用戶提醒，從而避免了因飲水機漏水維修不及時或者未被他人發現而造成水資源和用電的浪費。在經過反復的實驗與測試后，該裝置能很好地實現上述功能，檢測相對穩定。

關鍵詞：STM32；漏水檢測；人體紅外；信息傳輸

近年來，智能家居技術的飛速發展為我們的生活帶來了諸多便利和舒適，但也存在例如飲水機水龍頭漏水的問題，這可能導致資源浪費和安全事故。因此，已有人針對這些問題提出了相應的漏水檢測方法，例如劉艷妮所研究的智能漏水檢測系統以漏水時水聲信號來判斷管道漏水［1］，浙江天摩電子科技有限公司的黃峰等人所研究的一種漏水檢測保護功能的飲水機以引水框與檢測框相結合來判斷是否漏水［2］，但這些都并未涉及及時的漏水信息提示。而本文設計了一種基于STM32紅外感應飲水機漏水檢測裝置，通過高精度的人體紅外感應檢測技術來檢測是否有人使用飲水機，在無人使用時，通過漏水檢測模塊檢測到漏水后，會給用戶手機發送飲水機漏水的短信提示，從而能夠迅速、準確地檢測到飲水機水龍頭的漏水情況，為我們提供了一個及時發現并預防漏水問題的有效工具。

1"系統硬件設計

1.1"系統的組成結構

飲水機漏水檢測裝置由STM32主控模塊、人體紅外感應模塊、漏水檢測模塊、OLED顯示模塊、信息發送模塊以及蜂鳴器模塊，系統的結構框圖如圖1所示。以STM32F103C8T6單片機作為主控制器的核心［34］，用于處理來自各模塊所輸送的信息；人體紅外感應模塊用于檢測飲水機前是否有人在用水［5］；漏水檢測模塊用于當無人用水時檢測到水龍頭出水，則將其判斷為飲水機漏水；OLED顯示模塊用于顯示飲水機當前的狀態，包括有人、無人及無人時飲水機漏水三種情況；蜂鳴器模塊在檢測到飲水機水龍頭漏水時，會通過發出蜂鳴聲響來提示飲水機出現漏水問題；之后GA6B短信模塊會將飲水機漏水的情況通過短信的形式發送至用戶手機端來提示用戶，從而避免了水資源的浪費。

1.2"STM32F103C8T6主控模塊

STM32F103C8T6是一款32位的ARM"cortexM3內核的微控制器模塊，擁有強大的性能與豐富的功能，運行頻率可高達72MHz，具有64KB的Flash存儲器和20KB的靜態ARM，同時支持SPI、I2C及USART等多種串行通信接口，支持多個ADC通道和GPIO引腳，支持直接內存訪問，從而實現高速數據傳輸和處理。該模塊工作時可以使用20～3.6V直流電壓（實驗時可通過連接電腦USB或者充電寶即可），帶有兩個外部晶振電路來提供較為穩定的始終信號給微控制器模塊或其他電子設備，同時帶有一個按鍵復位電路及一個電源電路（AMS11173.3V芯片）［610］。

1.3"人體紅外感應模塊

常用的人體紅外檢測模塊包含有HCSR501人體紅外感應模塊［1011］、E18D80NK模塊及紅外對管避障傳感器模塊（TCRT5000）等，表1是三者的功能參數對比。從表1中可知，由于是用于飲水機水龍頭的漏水檢測，所以感應距離應該盡量短一些才不會出現只是有人經過便感應到人，從而將其判定為有人的情況，因此選用工作距離在2～30cm的紅外對管避障傳感器模塊作為人體紅外檢測模塊。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節，順時針調電位器檢測距離增加，逆時針調電位器檢測距離減少，且對環境光線適應能力強，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，廣泛應用于機器人避障、避障小車和智能家電等眾多場合。

紅外對管避障傳感器模塊的工作原理是基于紅外傳感技術。模塊由一個紅外發射器和紅外接收器組成，在模塊工作時，發射器發射出紅外光束，當光束被障礙物遮擋時，部分或全部的紅外光會被遮擋，無法到達接收器，此時接收器會檢測到光信號的變化，并將光信號轉化為電信號輸出。根據輸出信號的變化，可以確定是否由障礙物（即人體）存在。

1.4"漏水檢測模塊

凹槽型漏水檢測模塊主要基于紅外線感應技術或壓力感應技術實現。通過內置的感應器監測凹槽型結構內部的濕度或水壓變化，一旦發現異常，立即發出警報，該模塊廣泛應用于各種凹槽型管道、儲水池等場所，實現快速有效檢測和預警。其檢測引腳連接如圖3所示。

閾值判定公式：檢測模塊通過測量的距離數據來判定是否存在物體。判定公式如下：

A=d＜h

其中A表示存在物體，d表示距離，h表示閾值，即當距離＜閾值時，則存在物體。

1.5"OLED顯示模塊

顯示模塊接上電源后會先顯示無人的字樣，在紅外感應模塊感應到人時會顯示有人的字樣，在檢測到漏水時會顯示漏水的字樣。其中OLED的GND接地，VCC接5V或3.3V電源（可用充電寶或電腦USB端口作為電源），SCL接PA6，SDL接PA7。

1.6"GA6B短信模塊

GA6B短信模塊是一種低功耗、高效率、高性能的無線通信模塊，具有高度集成化、高速率傳輸、低功耗、高穩定性和可靠性、靈活性和可擴展性等優勢。GA6B通信模塊通過與GPRS網絡進行通信，實現了設備與互聯網之間的數據傳輸。

1.7"蜂鳴器模塊

蜂鳴器模塊是一種能夠發出聲音的電子元件，其工作原理基于壓電效應或磁性效應，以磁性蜂鳴器為例，其內部包含一個電磁線圈和一個振片。在工作時，電流通過電磁線圈，產生一個磁場，由于磁場的作用，振片會產生振動。振動通過蜂鳴器的外殼傳播，并產生聲音，從而實現報警的功能。

2"系統軟件設計

在搭建好系統硬件設計后，進行軟件流程的編寫，本文采用Keil進行系統的程序編譯和調試。首先對各模塊初始化，然后進行人體紅外感應檢測，根據是否檢測到人來顯示不同的屏幕字樣。在檢測到有人時，凹槽型漏水檢測模塊不工作并且判定為有人在接水；在檢測到無人時，凹槽型漏水檢測模塊工作，當其檢測到水龍頭漏水后，會接著進行OLED顯示無人、蜂鳴器蜂鳴及傳輸漏水信息給用戶的操作。系統軟件設計流程圖如圖4所示：

3"系統測試與調整

3.1"系統各個模塊的測試與調整

系統各個模塊的測試與調整結果如表2所示，根據人體紅外感應模塊距離人體的距離、輸出信號燈是否亮起、OLED的顯示、蜂鳴器蜂鳴以及GA6B短信模塊是否接收到信息來測試。當距離大于15cm時，判定為沒有檢測到人體，此時飲水機出水則視為飲水機漏水，當距離小于等于15cm時，判定為檢測到人，此時飲水機出水則視為有人在接水。

3.2"系統總體測試結果

經過系統測試，在強光條件下紅外對管避障傳感器模塊（TCRT5000）易受影響會導致靈敏度發生變化，從而影響紅外感應人體的距離，因此實驗時要避免在強光的環境下進行測試。在非強光條件下，在紅外感應模塊檢測到人體后，輸出信號燈、OLED顯示、蜂鳴器蜂鳴及GA6B短信模塊發送的功能均可以實現。

結語

本裝置設計以STM32F103C8T6單片機為主控模塊，通過人體紅外感應模塊與漏水檢測模塊來采集在無人時漏水的信息發送至主控模塊，并通過OLED顯示、蜂鳴器及GA6B短信模塊來告知飲水機出現漏水問題，實現了對飲水機的智能監控及出現問題時的及時反饋。通過引入該裝置，我們能夠更好地保護我們的家庭、學校和辦公的環境，節約水資源并預防潛在的安全風險，同時符合國家提出的綠色節能的政策。

參考文獻：

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［5］陳俊妍，劉秒秒.基于STM32的智能臺燈系統設計［J］.中國新通信，2022，24（15）：2224，141.

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［7］周朝霞.基于STM32F103C8T6的藍牙智能垃圾桶設計［J］.無線互聯科技，2022，19（12）：6567.

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［9］吳曉紅，石麗梅，黃振興.基于STM32F103C8T6單片機的火災報警系統的設計與實現［J］.現代信息科技，2021，5（1）：171174.

［10］王海寧，王新龍，徐若洋.一種基于紅外技術的智能聲控燈系統設計［J］.電子世界，2019（05）：152154.

［11］袁必康，王旭，張晨旭，等.基于3D打印的智能垃圾回收裝置的設計［J］.現代信息科技，2020，4（03）：178179+182.

基金項目：廈門理工學院研究生創新計劃項目（YKJCX"2022115）

作者簡介：楊鵬（1999—"），男，漢族，福建莆田人，研究生，研究方向：電子信息、深度學習。

*通訊作者：徐代升（1968—"），男，漢族，湖南常德人，博士，教授，研究方向：綠色節能照明技術、3D光影技術。