近年來，隨著自動(dòng)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(tái)，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(dòng)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(shí)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要的作用。通常由于一時(shí)疏忽，如停水時(shí)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(yán)重，不僅是自家受損失，同一棟樓里的人也會(huì)同樣受害。文中設(shè)計(jì)了一種家居智能防水系統(tǒng)，能自動(dòng)檢測(cè)選定區(qū)域的意外漏水，通過電磁閥及時(shí)切斷水管，并伴隨聲光報(bào)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(jì)
家居智能防水系統(tǒng)主要分為4個(gè)部分，包括檢測(cè)組件、MCU控制部分、報(bào)警及按鍵電路、電磁閥及驅(qū)動(dòng)電路。通過MCU的并口I／O檢測(cè)水傳感器狀態(tài)，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報(bào)警電路，同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)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(cè)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(bào)警，并延時(shí)一段時(shí)間，然后啟動(dòng)電磁閥關(guān)閉水管。如果家中有人，在聽到報(bào)警后，檢查漏水情況，可手動(dòng)切斷水管，或者關(guān)閉報(bào)警系統(tǒng)(若發(fā)現(xiàn)是誤報(bào)警的情況下)。
2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 水傳感器檢測(cè)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(cè)的區(qū)域，可以是某一固定區(qū)域，也可以是多個(gè)區(qū)域同時(shí)監(jiān)測(cè)。主要根據(jù)電極浸水阻值變化原理，通過電壓檢測(cè)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(cè)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(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、判斷、報(bào)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(jiǎn)單，價(jià)格低廉，通用性好，內(nèi)部集成了CPU，RAM，ROM，定時(shí)器／計(jì)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(cè)水水傳感器狀態(tài)，并控制LED顯示電路及蜂鳴器報(bào)警電路，同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)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(bào)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(dòng)及控制電路簡(jiǎn)單。同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，在檢測(cè)到漏水時(shí)點(diǎn)亮二極管。蜂鳴器及驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，LED及驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。
2．4 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路
電磁閥是用來控制流體方向的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，通常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門，對(duì)介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)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(hào)開關(guān)后帶動(dòng)主閥動(dòng)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(hào)為TTL電平，不能直接控制電磁閥動(dòng)作，需要增加驅(qū)動(dòng)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(hào)輸出電路與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路隔離，從而抑制驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jì)
3．1 系統(tǒng)軟件流程
系統(tǒng)控制軟件采用循環(huán)掃描時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水傳感器狀態(tài)。如果檢測(cè)到傳感器異常，啟動(dòng)聲光報(bào)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(dòng)關(guān)閉進(jìn)水閥門；如果周圍沒有人，系統(tǒng)在報(bào)警后5s內(nèi)啟動(dòng)電磁閥控制電路，自動(dòng)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。
3．2 中斷子程序設(shè)計(jì)
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(jí)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(dòng)關(guān)閉電磁閥、手動(dòng)打開電磁閥、關(guān)閉報(bào)警等。其中斷子程序流程如圖8所示。
4 結(jié)語
針對(duì)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(cè)、MCU控制的方案，在檢測(cè)到有漏水狀況發(fā)生時(shí)，控制啟動(dòng)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉水管，并通過聲光等方式報(bào)警。同時(shí)增加人工交互能力，優(yōu)先處理人工指令。經(jīng)測(cè)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(shí)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。在未來的工作中，可以考慮進(jìn)一步增加該系統(tǒng)功能，如增加GPRS信息通信功能，可以通過接人通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的遠(yuǎn)程發(fā)送等；也可以將通過電力線通信接入物業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制等。