基于水傳感器檢測、MCU的家居智能防水系統(tǒng)

文中設(shè)計了一種家居智能防水系統(tǒng)，能自動檢測選定區(qū)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(xiàn)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(jìn)一步擴(kuò)大。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　家居智能防水系統(tǒng)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(qū)動電路。通過MCU的并口I/O檢測水傳感器狀態(tài)，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報警電路，同時通過驅(qū)動電路控制水電磁閥的通斷，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)通過MCU一直監(jiān)測水傳感器狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)漏水，通過發(fā)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(guān)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(guān)閉報警系統(tǒng)(若發(fā)現(xiàn)是誤報警的情況下)。

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 水傳感器檢測電路

　　電路采用適當(dāng)?shù)碾姌O型水傳感器，布置在需要監(jiān)測的區(qū)域，可以是某一固定區(qū)域，也可以是多個區(qū)域同時監(jiān)測。主要根據(jù)電極浸水阻值變化原理，通過電壓檢測確定傳感器的狀態(tài)。通過電壓比較器，得到外部狀態(tài)電平，并送往MCU單元進(jìn)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(tǒng)的監(jiān)測、判斷、報警控制以及人機(jī)交互控制等功能。本方案中選用Atmel的89C52單片機(jī)作為控制MCU，其結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，通用性好，內(nèi)部集成了CPU，RAM，ROM，定時器/計數(shù)器和多功能I/0，串口通信等部等基本功能部件，可靈活編程控制外部I/0接口。結(jié)合本案例，通過MCU的并口I/O檢測水水傳感器狀態(tài)，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報警電路，同時通過驅(qū)動電路控制水電磁閥的通斷。MCU及外圍電路如圖3所示。

　　2.3 顯示及報警電路

　　蜂鳴器選擇有源蜂鳴器，其內(nèi)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(fā)生，其驅(qū)動及控制電路簡單。同時驅(qū)動發(fā)光二極管，在檢測到漏水時點亮二極管。蜂鳴器及驅(qū)動電路如圖4所示，LED及驅(qū)動電路如圖5所示。

　　2.4 電磁閥驅(qū)動電路

　　電磁閥是用來控制流體方向的自動化基礎(chǔ)元件，通常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門，對介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對閥門開關(guān)的控制。本方案中水管在一般狀態(tài)下是暢通的，所以選擇常開型的電磁閥，先導(dǎo)閥接受電控制信號開關(guān)后帶動主閥動作，切斷水管，從而避免漏水狀況的進(jìn)一步惡化。由于單片機(jī)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(qū)動電路，如圖6所示。

　　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(qū)動電路隔離，從而抑制驅(qū)動電路的高頻干擾進(jìn)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(guān)閉時構(gòu)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(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)控制軟件采用循環(huán)掃描時，實時監(jiān)測水傳感器狀態(tài)。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(rèn)是否發(fā)生了漏水，則可以手動關(guān)閉進(jìn)水閥門;如果周圍沒有人，系統(tǒng)在報警后5s內(nèi)啟動電磁閥控制電路，自動切斷進(jìn)水閥門，等待人員前來解決問題。其中單片機(jī)的軟件流程圖如圖7所示。[!--empirenews.page--]

　　3.2 中斷子程序設(shè)計

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

　　4 結(jié)語

　　針對智能家居中關(guān)鍵區(qū)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(fā)生時，控制啟動電磁閥自動關(guān)閉水管，并通過聲光等方式報警。同時增加人工交互能力，優(yōu)先處理人工指令。經(jīng)測試及試用，本方案經(jīng)濟(jì)可行，電路可靠，能有效處理家居中漏水問題，同時可以擴(kuò)展到機(jī)房、檔案管理室、倉庫等需要嚴(yán)格防水的地方，具有十分廣闊的前景。