基于MCU的智能漏水检测系统设计的毕业设计.docx
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基于MCU的智能漏水检测系统设计的毕业设计
毕业设计（论文）
题目基于MCU的智能漏水检测系统设计
英文题目DesignofSmartLeakageDetectingSystemBasedonMCU
学生姓名******
班级******
专业************
指导教师******
东华理工大学高等职业技术学院
二0一二年四月
基于MCU的智能漏水检测系统设计
摘要
在智能家居系统中家居防漏水具有非常重要的意义,能检测漏水并及时报警,能有效阻止损失进一步恶化。
提出一种基于MCU的智能防漏水系统方案,当检测到有漏水状况发生时,控制电磁阀自动关闭水管,并通过声光等方式报警,同时加强人工交互能力,优先处理人工指令。
经测试及试用,本方案性能稳定,经济可行,能有效处理家居中漏水问题,同时还可应用于机房、仓库等需要严格防水的地方,具有十分广阔的前景。
关键词:
智能家居;传感器;微控制器;电磁阀
DesignofSmartLeakageDetectingSystemBasedonMCU
Abstract
Itisimportantinthesmarthometopreventthefurtherdeteriorationofwaterleakagebydetectingthewaterandalarming.AdesignofthesmartleakagesystembasedontheMUCisproposedinthispaper.Whentheleakageisdetected,asolenoidisstarted,thewaterpipeisclosed,andthenthealarmisgivenbyLEDandaspeaker.Thetestingshowsthatthesystemhasthestableperformanceandiseconomicallyfeasible,whichcanbeabletoeffectivelydealwiththeleakageproblemathome.Thesystemcanalsobeappliedtomachineroomsorstorageareaswherethewaterisstrictlyforbidden.
Keywords:
smarthome;sensor;MCU;solenoid
第一章绪论
1.1项目背景
近年来,随着自动化技术及人们生活水平的提高,智能家居的概念被越来越多的人所接受。
所谓智能家居,是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
在智能家居系统中,智能防漏水系统是在家居安全里具有十分重要的作用。
通常由于一时疏忽,如停水时忘关水龙头、下水不通畅、管道破损等意外原因所造成家居漏水,很多情况下事态严重,不仅是自家受损失,同一栋楼里的人也会同样受害。
因此设计了一种家居智能防水系统,能自动检测选定区域的意外漏水,通过电磁阀及时切断水管,并伴随声光报警,提示出现的浸水事件,减少漏水状况的恶化,能有效地防止各种损失进一步扩大。
1.2项目概述
智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。
家居智能防水系统在这是采用MCU的智能漏水检测系统设计。
在该项目开发过程中要注意下面几个问题：
第一，要对各模块电路理解与运用；第二，理论知识与实践相结合；第三，合理的布局把各部件组装好；第四，把需要的软件TKStudio进行调试控制好！
1.3本文的组织结构
本文从项目的背景和我们的任务讲起，逐步讨论整个系统的设计和实现细节。
第二章开始对系统整体框架的设计，将系统划分为若干模块并归纳了各模块的任务，确定了系统功能，并简单介绍所用的开发工具。
第三章对各实现的功能模块的硬件电路的介绍；第四章是运用软件进行对功能模块的编程及调试；第五章是对已完成工作的总结和对未来的展望。
第二章系统设计
2.1系统结构和模块的划分
家居智能防水系统主要分为4个部分,包括检测组件、MCU控制部分、报警及按键电路、电磁阀及驱动电路。
通过MCU的并口I/O检测水传感器状态,并控制LED显示电路及蜂鸣器报警电路,同时通过驱动电路控制水电磁阀的通断,其系统框图如图2-1所示。
图2-1系统框图
2.2系统功能说明
系统通过MCU一直监测水传感器状态,若发现漏水,通过发光LED显示和蜂鸣器报警,并延时一段时间,然后启动电磁阀关闭水管。
如果家中有人,在听到报警后,检查漏水情况,可手动切断水管,或者关闭报警系统（若发现是误报警的情况下）。
2.3开发环境及工具
本文用TKStudioIDE软件，它集成开发环境是广州致远电子有限公司开发的一个微处理软件开发平台，它是一款具有强大内置编辑器的多内核编译/调试环境，支持8051、ARM、AVR等内核，可以完成从工程建立和管理，编译，链接，目标代码的生成，到软件仿真，硬件仿真（挂接TKS系列仿真器的硬件）等完整的开发流程。
支持众多主流内核，全部操作界面高度统一，免除开发环境熟悉周期傻瓜式的成员提示及代码模板功能，提升编码速度和准确度智能的代码导航系统，方便阅读和分析代码.方便的原型比对功能，快速追踪分析代码结构.专业的文件比较/差异合并功能，显示处理不同版本的细微差别.完善的工程管理，多目标模式，多工具链编译.强大的专业编辑器，代码智能格式化和折叠，列编辑功能,十六进制编辑等.TKStudioIDE4.0更新至版本TKStudioV4.0加入了Linux调试的支持，包括bootloader调试、Linux内核调试、Linux内核模块调试和Linux应用程序调试，直接通过TKScope系列仿真器进行调试，摒弃了传统的通过KDB、KGBD等补丁进行调试的方式，支持从现有的调试文件直接进行调试，自动创建源代码树，编辑、编译、下载、调试一体化。
我们这用了汇编语言进行对它编程，汇编语言（AssemblyLanguage）是面向机器的程序设计语言。
在汇编语言合中，用助记符代替操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替地址码。
这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。
于是汇编语言亦称为符号语言。
使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中语言处理系统软件。
汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。
第三章硬件设计
3.1水传感器检测电路
电路采用适当的电极型水传感器,布置在需要监测的区域,可以是某一固定区域,也可以是多个区域同时监测。
主要根据电极浸水阻值变化原理,通过电压检测确定传感器的状态。
通过电压比较器,得到外部状态电平,并送往MCU单元进行检测处理。
水感传器接口电路如图3-1所示。
图3-1水传感器接口电路
3.2MCU控制电路
MCU单元电路主要完成整个系统的监测、判断、报警控制以及人机交互控制等功能。
本方案中选用Atmel的89C52单片机作为控制MCU,其结构简单,价格低廉,通用性好,内部集成了CPU,RAM,ROM,定时器/计数器和多功能I/O,串口通信等部等基本功能部件,可灵活编程控制外部I/O接口。
结合本案例,通过MCU的并口I/O检测水水传感器状态,并控制LED显示电路及蜂鸣器报警电路,同时通过驱动电路控制水电磁阀的通断。
MCU及外围电路如图3-2所示。
图3-2MCU及外围电路
3.3显示及报警电路
蜂鸣器选择有源蜂鸣器,其内部集成了多谐振荡器,只需要在外部施加必要的直流电平即可发生,其驱动及控制电路简单。
同时驱动发光二极管,在检测到漏水时点亮二极管。
蜂鸣器及驱动电路如图3-3所示,LED及驱动电路如图3-4所示。
图3-3蜂鸣器及驱动电路图3-4LED及驱动电路
3.4电磁阀驱动电路
电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件,通常用于机械控制和工业阀门,对介质方向进行控制,从而达到对阀门开关的控制。
本方案中水管在一般状态下是畅通的,所以选择常开型的电磁阀,先导阀接受电控制信号开关后带动主阀动作,切断水管,从而避免漏水状况的进一步恶化。
由于单片机输出控制信号为TTL电平,不能直接控制电磁阀动作,需要增加驱动电路,如图3-5所示。
图3-5电磁阀驱动电路
图3-5所示电路采用光电耦合器将控制信号输出电路与电磁阀驱动电路隔离,从而抑制驱动电路的高频干扰进入控制电路部分,以保证其正常工作。
电阻R6和二极管D在喷油器关闭时构成放电通路,以防止功率三极管损坏,它们和电磁阀线圈组成消弧电路。
第四章软件设计
4.1系统软件流程
系统控制软件采用循环扫描时,实时监测水传感器状态。
如果检测到传感器异常,启动声光报警电路。
如果周围有人,确认是否发生了漏水,则可以手动关闭进水阀门;如果周围没有人,系统在报警后5s内启动电磁阀控制电路,自动切断进水阀门,等待人员前来解决问题。
其中单片机的软件流程图如图4-1所示。
其编程程序见附录。
图4-1控制器工作流程图
4.2中断子程序设计
在系统中将人机交互的按键行为作为中断,其优先级别比较高。
在系统工作的任何过程中,都可以优先响应人工命令。
其按键中断类型分为电路复位、手动关闭电磁阀、手动打开电磁阀、关闭报警等。
其中断子程序流程如图4-2所示。
图4-2控制器中断相应流程图
第五章总结及展望
5.1总结
2011年11月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。
从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。
历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。
回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。
11月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：
基于MCU的智能漏水检测系统设计。
当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。
我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。
在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。
我在学校图书馆，大工图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。
然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。
12月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。
在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。
在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。
2月底，论文的文字叙述已经完成。
3月开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。
为了画出自己满意的电路图，图表等，我仔细学习了Excel的绘图技术。
在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。
当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。
这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。
在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。
我不会忘记这难忘的几个月的时间。
毕业论文的制作给了我难忘的回忆。
在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。
这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。
我从资料的收集中，掌握了很多单片机、LED显示屏的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今单片机、LED显示屏的最新发展技术有所了解。
在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。
在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。
脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。
我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。
在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。
在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。
老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。
从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。
在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
5.2展望
针对智能家居中关键区域防漏水问题,提出一种基于水传感器检测、MCU控制的方案,在检测到有漏水状况发生时,控制启动电磁阀自动关闭水管,并通过声光等方式报警。
同时增加人工交互能力,优先处理人工指令。
经测试及试用,本方案经济可行,电路可靠,能有效处理家居中漏水问题,同时可以扩展到机房、档案管理室、仓库等需要严格防水的地方,具有十分广阔的前景。
在未来的工作中,可以考虑进一步增加该系统功能,如增加GPRS信息通信功能,可以通过接入通信网,实现报警信息的远程发送等;也可以将通过电力线通信接入物业服务网络,实现远程监测及控制等。
参考文献
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北京航空航天大学出版社,1993.
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高等教育出版社,2004.1
[8]孙宝元杨宝清,传感器及其应用手册[J].北京：
机械工业出版社，2004.5
附录
89C52控制外部I／0接口程序：
ORG 0
START:
MOV R2,#8
MOV A,#0FEH
SETB C
LOOP:
MOV P1,A
LCALL DELAY
RLC A
DJNZ R2,LOOP
MOV R2,#8
LOOP1:
MOV P1,A
LCALL DELAY
RRC A
DJNZ R2,LOOP1
LJMP START
DELAY:
MOV R5,#20 ;
D1:
MOV R6,#20
D2:
MOV R7,#248
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D2
DJNZ R5,D1
RET
END
89C52控制LED显示电路及蜂鸣器报警电路程序：
//利用定时器控制产生占空比可变的PWM波
//按K1，PWM值增加，则占空比减小,LED灯渐暗。
//按K2，PWM值减小，则占空比增加,LED灯渐亮。
//当PWM值增加到最大值或减小到最小值时，蜂鸣器将报警。
#include
#include
sbit K1=P1^0; //增加键
sbit K2=P1^1; //减少键
sbit BEEP=P2^1; //蜂鸣器
unsignedcharPWM=0x7f; //赋初值
VoidBeep（）;
voiddelayms（unsignedcharms）;
voiddelay（unsignedchart）;
voidmain（）
{
P0=0xff;
TMOD=0x21;
TH0=0xfc; //1ms延时常数12M
TL0=0x18; //频率调节
TH1=PWM; //脉宽调节
TL1=0;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
TR0=1;
while
（1）
{
do{
if（PWM!
=0xff）
{PWM++;delayms（10）;}
elseBeep（）;
}
while（K1==0）;
do{
if（PWM!
=0x02）
{PWM--;delayms（10）;}
elseBeep（）;
}
while（K2==0）;
}
}
//定时器0中断服务程序.
voidtimer0（）interrupt1 //控制低电平
{
TR1=0;
TH0=0xfc;
TL0=0x66;
TH1=PWM;
TR1=1;
P0=0x00; //启动输出
}
//定时器1中断服务程序
voidtimer1（）interrupt3 //控制高电平
{
TR1=0;
P0=0xff; //结束输出
}
//蜂鸣器子程序
voidBeep（）
{
unsignedchari ;
for（i=0 ;i<100 ;i++）
{
delay（100） ;
BEEP=!
BEEP ; //Beep取反
}
BEEP=1 ; //关闭蜂鸣器
delayms（100）;
}
//延时子程序
voiddelay（unsignedchart）
{
while（t--） ;
}
//延时子程序
voiddelayms（unsignedcharms） //延时1ms
{
Unsignedchari;
while（ms--）
{
for（i=0;i<120;i++）;
}
}
致谢
回忆整个论文完成的过程，很多人给了我莫大的关心与帮助。
首先感谢我的指导老师对我做了精心的指导，给了我许多宝贵的建设性意见，并为我提供了无比优越的研究环境。
她严谨、认真的作风深深地影响着我，使我得以顺利地完成毕业设计的内容。
感谢我的组长于策以及项目负责人，在整个毕业设计过程中，给我耐心、细致的指导，并提出大量很有价值的建议和意见。
非常感谢我的室友。
他们给了我大量有价值的建议，耐心解答我不懂的问题，为我提供了丰富的科研资源和重要信息，这也是我能够顺利完成论文的重要原因。
非常感谢与我一起做毕业设计的同学，与他们一起讨论、互通信息，使我受益匪浅。
最后，感谢我的父母及朋友。
是他们在生活上和学习上给我无数的鼓励与关心。
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