淺談家居智能供水系統的設計

呂翊愷 韓云

摘 要：當今社會，因家居漏水產生的安全問題和水壓偏低造成的生活不便時有發生。隨著科技發展日新月異，僅靠人力來實現供水安全是不夠的，而借助現代化高科技的傳感器、智能控制等技術來輔助人們進行家居智能供水是一種最理想、最高效的方法。家居智能供水系統是智能家居的一部分，通過紅外熱釋傳感器、流量傳感器、水壓增壓器等元器件實現家庭供水的智能化控制，能有效防止家居漏水現象，保證水壓正常，為離家的人們解決后顧之憂。

關鍵詞：智能家居；單片機；傳感器；供水系統

中圖分類號：TP273；TU855 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0040-03

Design of Home Intelligent Water Supply System

LV Yikai1，HAN Yun2

（1.No.1 Senior Middle School of Shouguang，Shouguang 262700，China；

2.Weifang University of Science and Technology，Shouguang 262700，China）

Abstract：Today，it is occurred from time to time that house hold safety problems about water leak and low water pressure，which causes the inconvenience of life. With the rapid development of science and technology，it is not enough to rely on manpower to achieve water supply security，home intelligent water supply taking advantage of sensors and intelligent control technology is one of the most ideal and efficient method. Home intelligent water supply system is a part of smart home. Intelligent control of home water supply can be realized by infrared pyroelectric sensor，flow sensor，water pressure supercharger and other components. It can effectively prevent water leakage at home，ensure normal water pressure，and solve the worries of people leaving home.

Keywords：smart home；single chip microcomputer；sensor；water supply system

0 引 言

隨著科學技術水平的提高，人民的生活開始向舒適性、安全性、高科技、智能化方向發展，用科技代替人工實現智能家居已經是時代的主流。縱觀我們的生活，工作日大部分時間在單位，休息日很多的時間在鍛煉、在旅游，一年中特別是白天在家的時間并不多，那么房主離家時，最擔心的事情是什么呢？我們通過調查后發現，離家的人們擔心的就是家中水管漏水。據估計，全國因房主不在家而產生的水管爆裂、水龍頭損壞和忘記關閉水龍頭而產生的漏水現象，給房主造成的經濟損失每年總計達數億元，每年因鄰居漏水而產生的鄰里糾紛有上千起，而每次離家時手動關閉水總閥門、回家時手動打開水總閥門不僅費時費力，而且極易造成水總閥門損壞，因此開發家居智能供水系統，實現供水的智能化，是智能家居的需要，具有巨大的現實意義。

1 設計任務

家居智能供水系統，是智能家居的一個重要方面，本系統以ATM89S52單片機為控制核心，利用紅外熱釋傳感器檢測家中人員情況，利用流量傳感器檢測水流量判斷家中無人時是否漏水，利用水壓增壓泵檢測水壓，水壓偏低時自動補壓，同時具有設定補壓參數、漏水報警、水流量顯示等功能，實現家居供水的人性化和智能化要求。家居智能供水系統能夠實現房主離家時水總閥門自動關閉、房主回家時水總閥門自動打開、水管泄漏時水總閥門自動關閉、水壓低時自動增壓等功能，使人們遠離漏水的苦惱，安心工作和娛樂。系統設計框圖如圖1所示。

2 主要硬件系統

家居智能供水系統控制的核心部件采用ATM89S52單片機，本單片機具有8位微處理器（CPU）、256B RAM（數據存儲器）、8KB Flash ROM（程序存儲器）、4個8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）、1個全雙工的異步串行口、3個可編程的16位定時器/計數器（T0、T1和T2）、1個看門狗定時器、具有6個中斷源和6個中斷向量的中斷系統、32個特殊功能寄存器（SFR）、低功耗模式有空閑模式和掉電模式且具有掉電模式下的中斷恢復模式、3個程序加密鎖定位，片內各功能部件通過片內單一總線連接而成[1]。如圖2所示。ATM89S52單片機具有強大的控制和擴展功能，存儲器容量為51單片機的兩倍，便于連接智能家居的其他部分，使智能供水系統與智能家居的其他部分組成完整的結構。

人體檢測采用PIR（紅外熱釋傳感器）[2]模塊，PIR是專門用于探測人體輻射的紅外線傳感器，人體向外輻射的紅外線中心波長為9～10um，PIR探測元件的波長靈敏度穩定范圍為0.2～20um，裝設在傳感器頂端的濾光片可通過光的波長范圍為7～10um，正好適合人體紅外輻射的探測，在探測器的前方裝設的菲涅爾透鏡，能夠將信號放大70分貝以上，能夠測出20米范圍內人的行動，對人類沒有輻射，每一個房間內裝設一個PIR，即可檢測出家中人員的情況。紅外熱釋傳感器本身不會產生任何類型的電磁輻射，器件功耗非常低，體積小巧隱蔽性好，不影響房屋的美觀，而且價格低廉，因此成為檢測人體最常用的傳感器。其缺點是容易受各種熱源、光源干擾、被動紅外穿透力差、容易被其他物體遮擋等。由于本系統所用的紅外熱釋傳感器是在室內使用，因此能夠充分發揮紅外熱釋傳感器的優良性能。

流量監測采用水流量傳感器SEN-HZ21FD，它裝在供水管干線上用于測量及控制進水流量。當水流過傳感器的轉子組件時，磁性轉子產生轉動，其轉速隨流量成線性規律變化。水流量傳感器反映靈敏、動作迅速、壽命長、安全可靠、啟動流量超低（1.5L/min）、連接方便、耐熱耐冷、防水防爆，即可作為水流開關使用，同時計量水流量及流速。[3]

水壓增壓采用水壓增壓泵，水壓增壓泵的工作原理是利用大面積活塞端的低壓氣體驅動而產生小面積活塞端的高壓流體。當在大徑空氣驅動活塞施加一個很低的壓力時，此壓力會作用到一個小面積的活塞上，從而產生高壓，單向閥控制的高壓柱塞就會連續不斷的將水排出，借助二位五通氣控換向閥，增壓泵能夠實現持續工作運行。當驅動部分和輸出水流部分之間的壓力值差為0時，增壓泵會停止增壓運行，當空氣驅動壓力變大或輸出壓力減小時，增壓泵會自動啟動，直至再次達到壓力平衡。

數字顯示采用LCD1602液晶顯示屏，LCD1602工作電壓為4.5～5.5V，典型5V，工作電流2mA，具有14個引腳（無背光）或16個引腳（有背光），其外形及引腳分布如圖3所示。

使用時，首先通過單片機向LCD1602寫入命令，對LCD 1602的顯示方式按照顯示要求進行修改和選擇，然后通過單片機將傳感器檢測到的數據寫入LCD1602，即可按照要求的顯示方式將數據顯示在LCD1602的屏幕上。LCD1602液晶顯示器與單片機ATM89S52的接口電路如圖4所示。家居智能供水系統要求顯示數據包括水壓、家中有無人員、流量等。

3 控制流程

家居智能供水系統，根據系統實現的功能，設計控制流程圖如圖5所示。系統首先進行初始化啟動，紅外熱釋傳感器開始檢測家中人員情況，如果家中無人則檢測水管流量，有流量時，說明漏水了，單片機會控制執行模塊關閉水總閥門；沒流量時，單片機會延時20分鐘再讀取一次紅外熱釋傳感器的檢測值，確定無人后，關閉水總閥門，這樣能夠保證人員短時離家時系統不會頻繁動作，提高執行元件的使用壽命。如果家中有人，則檢測水總閥門狀態和水壓情況，使水總閥門處于打開狀態且保證水壓正常。為了防止系統連續檢測，增加單片機的工作負擔，減小不必要的消耗，系統設定家中有人時每間隔10分鐘檢測一次，從家中無人到切斷水供應滯后時間最多30分鐘。當有人回家時系統會立刻打開閥門，保證水能及時供應。

4 結 論

水是生命之源，同時也是破壞之源，離家的人們，對家特別是家中水的安全，一直非常擔心，由于工作或者旅游等其他原因，家中時常無人是普遍想象，一旦出現漏水事故，在造成水資源浪費的同時，也伴隨著巨大的經濟損失，還可能引發鄰里矛盾。家居智能供水系統，旨在解決家中無人時的漏水隱患，及時控制漏水事態，保證用水時水壓正常，使家中水的控制更加的智能、便捷和可靠，解決戶主正常用水和離家時的后顧之憂。

參考文獻：

[1] 張毅剛，趙光權，劉旺.單片機原理及應用 [M].（第3版）. 北京：高等教育出版社，2016.

[2] 陳永益.紅外熱釋防盜報警器 [J].信息通信，2018（10）：47-48.

[3] 張瑋，黃凱.基于單片機的家庭天然氣用水流量監測系統 [J].數字技術與應用，2016（9）：1-2.

指導老師：韓云（1975-），女，漢族，山東壽光人，教師，副教授，研究方向：機電系統智能控制。