基于MCU的智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計

1、題 目 基于MCU的智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計英文題目 Design of Smart Leakage Detecting System Based on*MCU學生姓名班級專業(yè)指導教師*東華理工大學高等職業(yè)技術(shù)學院二0 一二年四月基于MCU勺智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要在智能家居系統(tǒng)中家居防漏水具有非常重要的意義 ，能檢測漏水并及 時報警，能有效阻止損失進一步惡化。提出一種基于MCU的智能防漏水系統(tǒng)方案，當檢測到有漏水狀況發(fā)生時，控制電磁閥自動關(guān)閉水管，并通 過聲光等方式報警，同時加強人工交互能力，優(yōu)先處理人工指令。經(jīng)測試 及試用，本方案性能穩(wěn)定，經(jīng)濟可行，能有效處理家居中漏水問題，同時 還可應用于機

2、房、 倉庫等需要嚴格防水的地方，具有十分廣闊的前景。 關(guān)鍵詞：智能家居；傳感器；微控制器；電磁閥Design of Smart Leakage Detecting System Based on MCUAbstractIt is import ant in the smart home to prevent the further deterioration of water leakage by detecting the water and alarming. A design of the smart leakage system based on the MUC is proposed

3、 in this paper. When the leakage is detected, a solenoid is started, the water pipe is closed, and then the alarm is given by LED and a speaker. The testing shows that the system has t he stable performance and is economically feasible, which can be able to effectively deal with t he leakage problem

4、 at home. The system can also be applied to machine rooms or storage areas where the water is strictly forbidden.Keywords: smart home; sensor; MCU; solenoid目錄摘要AbstractI.L.第一章緒論1.1 項目背景11.2 項目概述11.3 本文的組織結(jié)構(gòu)1第二章系統(tǒng)設(shè)計 2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊的劃分22.2 系統(tǒng)功能說明22.3 開發(fā)環(huán)境及工具2第三章硬件設(shè)計4.3.1水傳感器檢測電路 43. 2 MCU控制電路43. 3 顯示及報警

5、電路 53. 4電磁閥驅(qū)動電路6第四章軟件設(shè)計7.4. 1系統(tǒng)軟件流程74. 2 中斷子程序設(shè)計 8第五章總結(jié)及展望9.5.1 總結(jié)95.2 展望10參考文獻1.1.附錄12.致詞巾16.第一章緒論1.1 項目背景近年來，隨著自動化技術(shù)及人們生活水平的提高 ，智能家居的概念被越來越多的 人所接受。所謂智能家居，是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安 全防范技術(shù)、 自動控制技術(shù)、 音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的 住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性,并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。在智能家居系統(tǒng)中，智能防漏水系統(tǒng)是在家居安全里具 有十分重

6、要的作用。通常由于一時疏忽，如停水時忘關(guān)水龍頭、下水不通暢、管道破 損等意外原因所造成家居漏水，很多情況下事態(tài)嚴重，不僅是自家受損失，同一棟樓里 的人也會同樣受害。因此設(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一步擴大。1.2 項目概述智能家居是利用先進的計算機技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、依照人體工 程學原理，融合個性需求，將與家居生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾 控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯(lián)動、地板采暖等有機地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò) 化綜合智能控制

7、和管理，實現(xiàn) 以人為本”的全新家居生活體驗。家居智能防水系統(tǒng)在 這是采用MCU的智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計。在該項目開發(fā)過程中要注意下面幾個問題：第一，要對各模塊電路理解與運用； 第二，理論知識與實踐相結(jié)合；第三，合理的布局把各部件組裝好；第四，把需要的 軟件TK Studio進行調(diào)試控制好！1.3 本文的組織結(jié)構(gòu)本文從項目的背景和我們的任務(wù)講起，逐步討論整個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)細節(jié)。第 二章開始對系統(tǒng)整體框架的設(shè)計，將系統(tǒng)劃分為若干模塊并歸納了各模塊的任務(wù)，確定了系統(tǒng)功能，并簡單介紹所用的開發(fā)工具。第三章對各實現(xiàn)的功能模塊的硬件電 路的介紹；第四章是運用軟件進行對功能模塊的編程及調(diào)試；第五章是對已完成

8、工作的總結(jié)和對未來的展望。第二章系統(tǒng)設(shè)計1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊的劃分家居智能防水系統(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/。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2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框圖1.2 系統(tǒng)功能說明系統(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）。1.3 開發(fā)環(huán)境及

9、工具本文用TKStudio IDE軟件，它集成開發(fā)環(huán)境是廣州致遠電子有限公司開發(fā)的一 個微處理軟件開發(fā)平臺，它是一款具有強大內(nèi)置編輯器的多內(nèi)核編譯/調(diào)試環(huán)境，支持8051、ARM AVR?內(nèi)核，可以完成從工程建立和管理，編譯，鏈接，目標代碼的生成，到軟件仿真，硬件仿真(掛接TKS系列仿真器的硬件)等完整的開發(fā)流程。 支持眾多主流內(nèi)核，全部操作界面高度統(tǒng)一，免除開發(fā)環(huán)境熟悉周期傻瓜式的成員提示及代碼模板功能，提升編碼速度和準確度智能的代碼導航系統(tǒng)，方便閱讀和分析代碼.方便的原型比對功能，快速追蹤分析代碼結(jié)構(gòu).專業(yè)的文件比較/差異合并功 能，顯示處理不同版本的細微差別.完善的工程管理，多目標模式，

10、多工具鏈編譯.強 大的專業(yè)編輯器，代碼智能格式化和折疊，列編輯功能，十六進制編輯等.TKStudio IDE 4.0 更新至版本TK Studio V4.0 加入了 Linux調(diào)試的支持，包括 boot loader 調(diào)試、Linux內(nèi)核調(diào)試、Linux內(nèi)核模塊調(diào)試和Linux應用程序調(diào)試，直接通過TKScope 系列仿真器進行調(diào)試，摒棄了傳統(tǒng)的通過KDB KGB由補丁進行調(diào)試的方式，支持從 現(xiàn)有的調(diào)試文件直接進行調(diào)試，自動創(chuàng)建源代碼樹，編輯、編譯、下載、調(diào)試一體化。我們這用了匯編語言進行對它編程，匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設(shè)計語言。在匯編語言合中，用助記符

11、代替操作碼，用地址符號 (Symbol) 或標號(Label)代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變 成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能 直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語言翻譯成機器語 言的過程稱為匯編。第三章硬件設(shè)計3. 1水傳感器檢測電路電路采用適當?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

12、，并送往MCU單元進行檢測處理。 水感傳器接口電路如圖3-1所示。傳感器端門】 IIlOkfi傳感罌端口2吊A G -lOOkQ 1 u I- -GND圖3-1水傳感器接口電路4. 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、報警控制以及人機交互控制等功能。本方案中選用 Atmel的89C52單片機作為控制 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/ O,串口通 信等部等基本功能部件，可靈活編程控制外部I/。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

13、，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3-2所示響應按健中斷口VI- J J- f -o H 711 1A 1 守 q 1rpp PPFBIhT<=|1 網(wǎng)>89c52圖3-2 MCU及外圍電路3. 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 3-3所示，LED及驅(qū)動電路如圖3-4所示。LED控制T*_I PLFD控占JGMD圖3-3蜂鳴器及驅(qū)動電路圖3-4 LED及驅(qū)動電路3. 4電磁閥驅(qū)動電路電磁閥是用來控制

14、流體方向的自動化基礎(chǔ)元件，通常用于機械控制和工業(yè)閥門：對介質(zhì)方向進行控制，從而達到對閥門開關(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一步惡化。由于單片機輸出控制信號為T TL電平，不能直接控制電磁閥動作,需要增加驅(qū)動電路，如圖3-5所示。G0圖3-5電磁閥驅(qū)動電路圖3-5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。

15、第四章軟件設(shè)計4.1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，確認是否發(fā)生了漏水，則可以手動關(guān)閉進水閥門； 如果周圍沒有人，系統(tǒng)在報警后5 s內(nèi)啟動電磁閥控制電路，自動切斷進水閥門，等待 人員前來解決問題。其中單片機的軟件流程圖如圖 4-1所示。其編程程序見附錄。圖4-1控制器工作流程圖4. 2中斷子程序設(shè)計在系統(tǒng)中將人機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)先響應人工命令。其按鍵中斷類型分為電路復位、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 4-2所示。

16、圖4-2 控制器中斷相應流程圖第五章總結(jié)及展望5.1總結(jié)2011年11月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初 的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表 達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和 收獲。11月初，在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是：基于MCU勺智能漏水檢測系統(tǒng)設(shè)計。當選題報告，開題報告定下來的時候，我當時便立刻著手資料的收集 工作中，當時面對浩瀚的書海真是有些茫然， 不知如何下手。我將這一困難告訴了導 師，在導師

17、細心的指導下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。在搜集資料的過程中，我認真準備了一個筆記本。我在學校圖書館，大工圖書館搜集資料， 還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料 完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細整理分類， 及時拿給導師進行溝通。12月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。 在寫作過程中遇到困難我就及時和導師聯(lián)系，并和同學互相交流，請教專業(yè)課老師。 在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。2月底，論文的文字敘述已經(jīng)完成。3月開始進行相關(guān)圖形的繪制工作和電路的設(shè)計工作。為了畫出自己滿 意的電路

18、圖，圖表等，我仔細學習了 Excel的繪圖技術(shù)。在設(shè)計電路初期，由于沒有 設(shè)計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設(shè)計思想，卻不知道應該選哪個，經(jīng)過導師的指 導，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢 業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的 一次再學習，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學期間所學到的知識。我不會忘記這難忘的幾個月的時間。 畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。 在我徜徉書海 查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；

19、 為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲 憊。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很 多單片機、LED顯示屏的知識，讓我對我所學過的知識有所鞏固和提高，并且讓我 對當今單片機、LED顯示屏的最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個過程中，我學到了新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學領(lǐng)域有 所作為。腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦 耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。 我想這是一次意志的磨練，是對我實際能 力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。在這次畢業(yè)設(shè)計中

20、也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽 聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在此更要感謝我的導師和專業(yè)老師，是你們的細心指導和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論 文。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導師身上，我不 僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最 衷心的感謝和深深的敬意。5. 2展望針對智能家居中關(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

21、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)濟可 行，電路可靠，能有效處理家居中漏水問題，同時可以擴展到機房、 檔案管理室、 倉 庫等需要嚴格防水的地方，具有十分廣闊的前景。在未來的工作中，可以考慮進一步 增加該系統(tǒng)功能，如增加GPRS信息通信功能，可以通過接入通信網(wǎng)，實現(xiàn)報警信息 的遠程發(fā)送等；也可以將通過電力線通彳S接入物業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠程監(jiān)測及控制等。參考文獻1李華.MCS 251系列單片機實用接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學出版社 1993.2朱貝貝，施展.智能電動水閥設(shè)計J.儀表技術(shù)，2007(7) :18 21

22、9.3楊學昭，任業(yè)生，薛立.智能漏電保護報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.微計算機信息， 2007, 23( 32) : 141 2142.4李麗敏，玄子玉，張玲玉.單片機控制的火災報警控制器J.自動化技術(shù)與應用， 2008, 27( 3) : 88 290.5李魯強.淺觀智能化住宅J.工程建設(shè)與檔案，2004 ( 2) :36 237.6甘紅勝，鄧謹，裘文陽.基于PLC控制的電動水閥安全檢測系統(tǒng)J機電工程, 2009, 26( 11) : 104 2106.7馬建國，電子系統(tǒng)設(shè)計J.北京：高等教育出版社,2004.18孫寶元楊寶清，傳感器及其應用手冊J.北京：機械工業(yè)出版社，2004.589C52控制

23、外部I /0接口程序：ORG 0START:MOV R2,#8MOV A,#0FEHSETB CLOOP:MOV P1,ALCALL DELAYRLC ADJNZ R2,LOOPMOV R2,#8LOOP1:MOV P1,ALCALL DELAYRRC ADJNZ R2,LOOP1LJMP STARTDELAY:MOV R5,#20;D1:MOV R6,#20D2:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D2DJNZ R5,D1RETEND89C52 控制LED顯示電路及蜂鳴器報警電路程序：/利用定時器控制產(chǎn)生占空比可變的 PWM波/按K1, PWM6增加，則占空比減小，LED

24、燈漸暗。/按K2, PWM6減小，則占空比增加，LED燈漸亮。/當PWNB增加到最大值或減小到最小值時，蜂鳴器將報警#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbitK1 =P1A0 ;增加鍵sbitK2 =P1A1 ；減少鍵sbit BEEP =P2A1 ；/ 蜂鳴器unsigned char PWM=0x7f ;/ 賦初值Void Beep();void delayms (unsigned char ms);void delay(unsigned chart);void main()P0=0xff;TMOD=0x21 ;TH0=0xfc ;/1ms 延時常數(shù) 12MTL0=0x18 ;/頻率調(diào)節(jié)TH1=PWM ;脈寬調(diào)節(jié)TL1=0 ;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1 ;while(1) do if(PWM!=0xff)PWM+ ；delayms(10)； else B