基于51單片機(jī)的水下設(shè)備漏水檢測(cè)與報(bào)警方案

熊思任

摘要：本文針對(duì)水下工程中密封設(shè)備的漏水檢測(cè)與報(bào)警問(wèn)題，提出了一種基于51單片機(jī)的解決方案。之后，通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)，證實(shí)了該方案能夠完成對(duì)水下密封設(shè)備漏水的高靈敏檢測(cè)和報(bào)警。

關(guān)鍵詞：水下工程；漏水檢測(cè)；51單片機(jī)

引言

水下工程中經(jīng)常會(huì)運(yùn)用密封筒存放水下電子設(shè)備。在水下設(shè)備中，只要有密封就會(huì)存在漏水的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)出現(xiàn)漏水情況后，如果沒(méi)有有效的檢測(cè)報(bào)警手段就無(wú)法采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，從而造成更大的損失。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種基于51單片機(jī)的解決方案。當(dāng)發(fā)生漏水情況時(shí)，MCU（單片機(jī)）會(huì)檢測(cè)到，并通過(guò)自身的串口將信息發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)在屏幕上顯示“設(shè)備漏水”，并通知工作人員采取相應(yīng)的應(yīng)急維護(hù)措施。

1解決方案的結(jié)構(gòu)劃分與相互連接

解決方案以單片機(jī)為中心，可以分為三個(gè)部分：1）漏水檢測(cè)電路部分；2）單片機(jī)處理部分；3）上位機(jī)處理部分。如圖1所示。

如圖1所示，單片機(jī)通過(guò)P1.0口與外圍的漏水檢測(cè)電路連接。通過(guò)檢測(cè)P1.0口的電壓情況進(jìn)行漏水檢測(cè)。單片機(jī)與上位機(jī)電腦的連接通過(guò)CH340芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)接。單片機(jī)引出Vcc、GND、RXD、TXD四個(gè)I/O口，通過(guò)CH340芯片將TTL電平轉(zhuǎn)化為USB電平，并連接至上位機(jī)電腦。

2漏水檢測(cè)電路原理與實(shí)現(xiàn)

漏水檢測(cè)的原理實(shí)質(zhì)上是利用了水的導(dǎo)電特性。但水的電阻一般較大，若用5V的電壓直接檢測(cè)，一般不能較靈敏地檢測(cè)到其導(dǎo)通時(shí)的微弱的電流。因此可以考慮采用三極管放大。電路如圖2所示。

當(dāng)探頭A和B之間沒(méi)有水時(shí)，探頭B可視為低電位，此時(shí)NPN型三極管V1截止，單片機(jī)P1.0口檢測(cè)到高電平。當(dāng)A和B探頭間有水時(shí)（設(shè)備內(nèi)已經(jīng)漏水），探頭B為高電位，三極管V1導(dǎo)通，單片機(jī)P1.0口檢測(cè)到低電平。

3單片機(jī)處理部分原理與編程實(shí)現(xiàn)

本試驗(yàn)中選取的單片機(jī)型號(hào)為STC89516RD+ 40I-PDIP40。該單片機(jī)為宏晶公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型51單片機(jī)，其指令系統(tǒng)及IO引腳完全兼容于傳統(tǒng)的51單片機(jī)。在本方案中，重點(diǎn)運(yùn)用的IO口包括：P1.0腳（一位準(zhǔn)雙向口）、Vcc腳（電源）、P3.0（RXD）串行輸入口、P3.1（TXD）串行輸出口、GND（地）。其中P1.0口用于檢測(cè)漏水信號(hào)；P3.0及P3.1用于連接上位機(jī)并發(fā)送漏水檢測(cè)信息。其主程序如圖3所示：

4上位機(jī)處理原理與實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)的內(nèi)容采用Visual Studio 2013軟件的C#語(yǔ)言編寫而成。主要完成以下功能：1）對(duì)下位機(jī)（單片機(jī)）發(fā)送串行信號(hào)的接收；2）判斷信號(hào)為漏水信號(hào)或者是未漏水信號(hào)；3）在窗口上顯示相應(yīng)信息。如圖4所示：

5試驗(yàn)驗(yàn)證

該方案只需進(jìn)行原理驗(yàn)證即可，因此不必設(shè)計(jì)和加工PCB板。試驗(yàn)采用面包板及杜邦線外加51單片機(jī)最小系統(tǒng)及筆記本電腦即可開(kāi)展快速廉價(jià)的驗(yàn)證。如圖5所示：

通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩根探頭導(dǎo)線同時(shí)浸入到水里時(shí)（密封裝置漏水），上位機(jī)上軟件能顯示“設(shè)備漏水”字樣。當(dāng)把兩根探頭拔出水面后，上位機(jī)顯示消除。達(dá)到了試驗(yàn)的目的。

6結(jié)論

本文利用最普通廉價(jià)的51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種能有效檢測(cè)密封裝置漏水情況的方案。并且通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方案的可行性。考慮到方案中使用的單片機(jī)還有相當(dāng)富余的資源未被使用，該方案搭建的鏈路還可擴(kuò)展出其它功能，能為其它類似試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。

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