智能水電氣開關(guān)

1、2014年重慶地區(qū)第7屆合泰杯”大學生單片機應用設(shè)計競賽作品創(chuàng)意書(20140136 )智能水電氣控制裝置重慶大學城市科技學院電氣信息學院指導教師:張紅梅參賽學生1 :程莉參賽學生2:王俊棣參賽學生3:伍海波參賽學生4:蔡國偉公元 20 1 3 年12月25日作品創(chuàng)意書一、摘要因為水、電、煤氣開閥泄漏無人管理而造成的資源浪費和危險事故不勝枚舉，時時監(jiān)測自動管理的智能水電氣控制裝置可以解決這一問題，本設(shè)計方案以HOLTEHMCI作為主控芯片，加上LCD GSM5片、ADC無線WIFI等外圍裝置，實現(xiàn)對煤氣監(jiān)測和開關(guān)的 自動控制以及智能收發(fā)短信的功能。利用 LCD顯示監(jiān)測信息，并可進行功能設(shè)置；利

2、用 GSM5片收發(fā)短信；ADC實現(xiàn)模/數(shù)信息的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計實現(xiàn)對水、電、煤氣的時時監(jiān)測 及自動控制，以防止漏水無人關(guān)造成浪費，煤氣泄漏無人管造成危險的情況發(fā)生。本智 能水電氣控制裝置監(jiān)測穩(wěn)定，性價比高，是現(xiàn)代家庭的可靠選擇。二、作品介紹（一）、創(chuàng)作動機：大多數(shù)家用水電氣開關(guān)，都是采用手動方式，操作起來十分不便。煤氣看不見摸不著， 當發(fā)生煤氣泄漏時，在一定濃度內(nèi)，人體因為沒有察覺出泄漏的煤氣而過多吸入一氧化碳 等有毒氣體便會發(fā)生中毒現(xiàn)象。市面上雖有很多煤氣檢測報警裝置，但在報警后等待人來 處理的過程中煤氣依然在泄漏，所以只是簡單的報警還遠遠不夠，在某些特殊情況下危險 得不到及時處理也會釀成大禍。

3、基于上述的原因，我們設(shè)計了這套方便、安全、節(jié)能的智能水電氣控制裝置。（二八創(chuàng)作目的：我們設(shè)計這套多功能的裝置，可以在危險、浪費等情況發(fā)生的第一時間自動檢測并關(guān) 閉總閥。與市面上的煤氣檢測、報警、手動處理這種功能單一的煤氣檢測報警器相比，本作品 的創(chuàng)新點在于它不僅能靈敏地探測出煤氣的濃度，還能在斷定其是否發(fā)生了煤氣泄漏之后 自動去處理這類安全事故，從而有效地避免了危險事故的發(fā)生；本裝置還具備自動控制水 閥和電源的功能。使手動開關(guān)天然氣、自來水泄漏無人處理、電資源待機浪費等問題得到 很好的解決表1現(xiàn)有水電氣控制裝置與智能水電氣裝置功能對比比較項目水控制氣控制電控制現(xiàn)有控制裝置不能自動關(guān)水。檢測、報

4、警、等待 處理時煤氣繼續(xù) 泄漏。斷路器。多用手動 （電動）合閘。出現(xiàn)危險才跳閘。智能水電氣控制 裝置檢測到室內(nèi)無人， 自動關(guān)水。煤氣濃度實時監(jiān) 測，發(fā)現(xiàn)危險，自 動報警，自動控制 處理。室內(nèi)無人自動關(guān) 閉部分電源，節(jié)約 電資源、降低危險 系數(shù)。三、工作原理（一）、裝置示意圖細述:圖1裝置示意圖如圖1所示是智能水電氣控制裝置的示意圖：通過紅外傳感器檢測室內(nèi)有無人。有人 時煤氣傳感器采集家里煤氣濃度信息并將信息送到HOLTEHMCI輔甫助芯片，如果煤氣濃度超過安全閾值時，HOLTEHMCI輔甫助芯片關(guān)斷電控氣閥，同時通過無線收發(fā)模塊向HOLTEHMCU主控芯片發(fā)出危險提示信息。HOLTEK MC主

5、控芯片用智能短信收發(fā)功能 GSM告知用戶，同 時在LCD觸屏顯示器上顯示相關(guān)信息。當家里沒人時，主控芯片向輔助芯片發(fā)送無線信息， 關(guān)閉電控水閥、電控氣閥和部分電源，同時斷開信號采集模塊電源。若用戶超過一天沒回家，主控芯片將自動關(guān)閉智能水電氣控制裝置。若智能水電氣控制裝置已關(guān)閉，用戶也可發(fā)送短信給主控芯片遠程開機。（二）、功能部件詳細分述：1. 信號的采集：由紅外傳感器、煤氣傳感器和 ADC莫數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。紅外傳感器檢測家里人口流動情 況，煤氣傳感器實時采集室內(nèi)煤氣濃度信息，并由ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給HOLTEK MC輔助芯片分析其濃度值。2. 開關(guān)控制：電控水閥門、部分電源電閥門

6、和電控氣閥門，受 HOLTE輔助芯片控制。3. HOLTEK MC主 控芯片：1. 接收紅外傳感器采集的信息，對家里是否有人作出判斷。2. 主控芯片和輔助芯片通過無線WIFI相互傳輸信息和控制。3. 完成系統(tǒng)與人的交互，用戶通過輸入裝置向主控芯片發(fā)出指令從而達到控制整個系 統(tǒng)運作的目的。4. H0LTEK MC輔助芯片：接收關(guān)于煤氣濃度的數(shù)字信息，判斷是否達到危險濃度閾值，根據(jù)相應情況作出相應 處理。若超過安全濃度范圍，自動關(guān)閉電控氣閥門。同時接受主控芯片發(fā)送來的無線信息 并根據(jù)信息的內(nèi)容去執(zhí)行相關(guān)操作。5 LCD觸控顯示屏：用戶可以進行手動檔和自動擋的切換，也可在顯示屏上查看各個開關(guān)的狀態(tài)信

7、息，若 出現(xiàn)危險情況自動關(guān)閉閥門后會顯示相關(guān)信息例如時間、濃度等情況，也可以查看系統(tǒng)記 錄的安全日志。6.GSM智能短信收發(fā)功能：一旦出現(xiàn)煤氣泄漏等事故單片機將關(guān)閉電控氣閥門并通過GSM發(fā)送短信告知用戶。同時也能接收用戶遠程短信，并傳遞給主控芯片進行分析處理。四、作品功能、特色本作品有自動和手動兩種工作模式。1自動工作模式：第一功能：當檢測家里沒人時，本裝置將自動關(guān)閉水、天然氣總閥和部分電源，這時， 即使煤氣管道老化，也不會發(fā)生管道煤氣泄露。如果主人忘記關(guān)閉水龍頭，也不會造水資 源浪費。這個功能的重要之處在于，家里沒人的時候發(fā)生了煤氣泄漏，此功能將自動關(guān)閉 總閥并發(fā)送短信給用戶，從而有效防止了

8、用戶因不知情而進入充滿煤氣的房屋的危險發(fā)生， 本裝置自動關(guān)閉總閥的功能顯得既緊要又方便實用。第二功能：當家里有人的時候，系統(tǒng)會將所有的總閥 （水電氣）打開。省去了主人頻繁 開啟總閥的麻煩。在自動工作模式下，系統(tǒng)將實時地檢測空氣中煤氣的濃度， 僅當濃度達到 某一閾值時，才判定為煤氣泄露，這個時候，系統(tǒng)就會自動關(guān)閉煤氣總閥，并在液晶顯示 屏上顯示提示信息和相應的聲光報警，從而達到從根源上杜絕煤氣中毒事故發(fā)生的現(xiàn)象。第三功能：假若關(guān)閉了自動控制而又不在家，那么短信控制就成為另一個控制方法， 用戶可以根據(jù)自己的選擇發(fā)送不同短信來控制水電氣的開關(guān)，避免了回家控制開關(guān)的麻煩。除了發(fā)送短信，用戶也會接收短信

9、。比如發(fā)生了天然氣泄漏事故，裝置將會自動發(fā)送短信 通知用戶，讓用戶回家之前有所準備。如果超過一天無人在家，系統(tǒng)會自動關(guān)機，此時裝 置也會自動發(fā)送短信提示用戶。2、手動工作模式：手動擋只針對于氣閥的控制。當有需要的時候，可以手動開啟或關(guān)掉煤氣總閥。手動 開啟一般用于某次用戶處理完煤氣泄露事故之后，需要將煤氣總閥開啟的時候。使用本套 裝置的家庭，完全不用用戶第一時間去處理煤氣泄露事故，取而代之的是本裝置的高效實 時處理。本套裝置人性化，自動化，工作效率高，使用的硬件價格低廉，便于安裝，功能操作 起來方便快捷，實用性強，適用任何一個家庭，市場前景好。五、作品結(jié)構(gòu)本作品由硬件部分和軟件部分組成。硬件結(jié)

10、構(gòu)中包括HOLTEK MC主控芯片和HOLTEK MCI助芯片兩大部分。（一）、主控芯片和其他外部裝置構(gòu)成的主系統(tǒng)框圖如圖 2所示。HOLTEK MCU主控芯片通過安裝在門上的紅外傳感器檢測人的出入進行計數(shù)并判斷家 里是否有人，同時通過無線收發(fā)模塊接收從 HOLTEK MCI助芯片發(fā)送來的工作行為信息； 并由無線收發(fā)模塊向HOLTEK MCI助芯片發(fā)送操作信息。電源模塊為 HOLTEK MC主控芯 片提供電能；用戶通過輸入模塊對 HOLTEIMCI主控芯片發(fā)出指令再由芯片去發(fā)送相關(guān)操作 命令；顯示模塊將顯示當前開關(guān)狀態(tài)圖2主系統(tǒng)框圖及發(fā)生某事故后的相關(guān)信息，如發(fā)生煤氣泄漏 HOLTEMCU甫助芯片將自動關(guān)閉總閥并同時 向HOLTEMCI主控芯片發(fā)送時間和煤氣泄漏等信息同時通過報警模塊報警并顯示在主屏幕 上; GSh模塊用來發(fā)送開關(guān)狀態(tài)以及事故發(fā)生時間等信息和接收用戶發(fā)送的命令。（二）、主控芯片和其他外部裝置構(gòu)成的檢測執(zhí)行系統(tǒng)框圖如圖3所示。電源模塊無線收發(fā)模塊圖3檢測執(zhí)行系統(tǒng)框圖電源模塊為HOLTEMCU甫助芯片提供工作電能；煤氣檢測模塊檢測煤氣濃度值并與閾值進行比較，假如超過設(shè)定值系統(tǒng)將自動關(guān)閉煤氣閥，同時向HOLTEMCI主控芯片發(fā)送相關(guān)信息，沒有有超過設(shè)定值系統(tǒng)將會持續(xù)檢測。（二）軟件部分1主控制芯片系統(tǒng)（1）主程序