基于MCU的智能漏水检测系统设计的毕业设计

1、题 目 基于MCU的智能漏水检测系统设计英文题目 Design of Smart Leakage Detecting System Based on*MCU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勺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

2、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目录摘要AbstractI.L.第一章绪论1.1 项目背景11.2 项目概述11.3 本文的组织结构1第二章系统设计 2.2.1 系统结构和模块的划分22.2 系统功能说明22.3 开发环境及工具2第三章硬件设计4.3.1水传感器检测电路 43. 2 MCU控制电路43. 3 显示及报警

5、电路 53. 4电磁阀驱动电路6第四章软件设计7.4. 1系统软件流程74. 2 中断子程序设计 8第五章总结及展望9.5.1 总结95.2 展望10参考文献1.1.附录12.致词巾16.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

6、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

7、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TK Studio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

8、工作的总结和对未来的展望。第二章系统设计1.1 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/。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1.2 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）。1.3 开发环境及

9、工具本文用TKStudio IDE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?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，

10、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.TKStudio IDE 4.0 更新至版本TK Studio V4.0 加入了 Linux调试的支持，包括 boot loader 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 KGB由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(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言。在汇编语言合中，用助记符

11、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

12、，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。传感器端门】 IIlOkfi传感罂端口2吊A G -lOOkQ 1 u I- -GND图3-1水传感器接口电路4. 2 MCU 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/。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

13、，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所示响应按健中断口VI- J J- f -o H 711 1A 1 守 q 1rpp PPFBIhT<=|1 网>89c52图3-2 MCU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。LED控制T*_I PLFD控占JGMD图3-3蜂鸣器及驱动电路图3-4 LED及驱动电路3. 4电磁阀驱动电路电磁阀是用来控制

14、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T TL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。G0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。

15、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5 s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。

16、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勺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

17、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

18、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；

19、 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

20、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

21、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彳S接入物业服务网络，实现远程监测及控制等。参考文献1李华.MCS 251系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社 1993.2朱贝贝，施展.智能电动水阀设计J.仪表技术，2007(7) :18 21

22、9.3杨学昭，任业生，薛立.智能漏电保护报警系统的设计与实现J.微计算机信息， 2007, 23( 32) : 141 2142.4李丽敏，玄子玉，张玲玉.单片机控制的火灾报警控制器J.自动化技术与应用， 2008, 27( 3) : 88 290.5李鲁强.浅观智能化住宅J.工程建设与档案，2004 ( 2) :36 237.6甘红胜，邓谨，裘文阳.基于PLC控制的电动水阀安全检测系统J机电工程, 2009, 26( 11) : 104 2106.7马建国，电子系统设计J.北京：高等教育出版社,2004.18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，2004.589C52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, PWM6增加，则占空比减小，LED

24、灯渐暗。/按K2, PWM6减小，则占空比增加，LED灯渐亮。/当PWNB增加到最大值或减小到最小值时，蜂鸣器将报警#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbitK1 =P1A0 ;增加键sbitK2 =P1A1 ；减少键sbit BEEP =P2A1 ；/ 蜂鸣器unsigned char PWM=0x7f ;/ 赋初值Void Beep();void delayms (unsigned char ms);void delay(unsigned chart);void main()P0=0xff;TMOD=0x21 ;TH0=0xfc ;/1ms 延时常数 12MTL0=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)； else B