基于单片机的实验室防溢水与防盗系统研制

陈民助，陈祥东，马　洪

(四川大学　a.化学学院；b.计算机学院，成都　610064)



基于单片机的实验室防溢水与防盗系统研制

陈民助a，陈祥东b，马洪a

(四川大学a.化学学院；b.计算机学院，成都610064)

摘要用高性能、低功耗的微处理器，与外围元器件结合，设计了用于高校实验室的防溢水与防盗系统。制作了溢水感应器件和信号控制电路，编写了硬件的控制及信号处理软件。用该系统进行了模拟测定和实际运行，其结果令人满意。由于采用了单片机，使得系统小巧、功耗低、易于扩展检测点，能满足实验室防溢水与防盗的实际需求。实验表明，该系统具有稳定、可靠、报警及时、性价比高的特点。

关键词单片机；实验室；防溢水；防盗

实验室因装置故障或因停水忘记关闭或未关紧水龙头，或水管、水暖管爆裂等引起的溢水事件时常发生，有的溢水事故还造成重大的仪器设备损失。此外，实验室被盗也是时有发生的事[1-4]。为此，我们研制了基于单片机的防溢水与防盗系统。

1原理与结构

1.1系统结构

系统采用高性能、低功耗的单片机， 自制了溢水感应器，加上人体红外感应器，再将商用的电话进行改装，实现了溢水事故与被盗事件的自动电话拨号报警。若实验室发生被盗情况时，还同时伴有声、光报警，对盗贼起到威慑、恫吓作用。系统结构框图如图1所示。

1.2各模块原理

单片机采用的是ATMEL公司一款基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器Atmega8。它的内部集成了较大容量的存储器和强大的硬件接口电路，使Atmegn8增加了更多的接口功能。利用Atmegn8编程与系统开发工具，根据不同的控制需求，能进行方便、灵活的应用[5]。虽然Atmega8单片机的数据端口较少，但可使用端口复用等技术进行I/O口扩展。

研制的防溢水与防盗系统分为3个模块，即单片机模块、检测模块和执行驱动模块。

1)单片机模块功能：是本系统的核心控制部分，实现对检测信号的实时采集和甄别，当检测到非正常信号时，及时启动电话报警，根据情况还会启动声、光报警。单片机的控制信号通过Atmega8的I/O端口PD0～PD7，对8只微型继电器J1～J8进行开关控制。单片机工作程序编程与控制参数设定在相应的开放机上进行。工作程序或控制参数的设置、改变也可通过电脑方便地进行设定，并能储存到单片机中。图1中的MAX232是单片机与电脑通信所需要的芯片，通过它可以方便地在PC机上对系统的控制参数进行设置和调整。如果工作程序和控制参数已确定，就可以不连接电脑而仅使用已存储有程序的程控化的防溢水和防盗系统，完成检测、控制、报警功能。

图1　单片机防溢水与防盗系统结构框图

2)检测模块功能：实现对被检测对象的状态信号进行检测和信号转换，包括溢水感应器、人体红外感应器等检测器件。溢水感应器和人体感应器根据实际情况和需要安装在检测区。感应器件的工作状态分为正常、漏水或有人闯入检测区，当被检测对象为非正常状态时，将及时把检测信号直接输送到单片机或经信号转换、处理后输送给单片机。单片机根据不同的事件会发出相应的驱动执行信号。如判定有盗贼入侵时，不仅会立即自动电话拨号报警，同时还会启动警报器，打开高亮度射灯。自制的溢水感应器成本低，可以多只并联使用，只要有一只感应到实验室漏水，单片机就会立即对执行驱动模块发出信号，及时进行电话自动拨号报警。

自制的溢水感应器原理图如图2所示。

图2　溢水感应器原理框图

溢水感应器的两个探测触点间的电阻值可以用图2中的R3来表示，当未发生溢水事故时，R3的阻值为无穷大，R2上的电压值为0.82V，即Vout输入到单片机的信号值低于报警阀值。当发生溢水事故时，R3的阻值约0.8MΩ左右，R2上的电压值约为5.17V，即Vout输入到单片机的信号值达到报警阀值，这时单片机就启动电话自动拨号报警。

感应器件的类型，根据实际需要可以进行增加，如增加烟雾传感器、危险气体感应器等，这样就可以拓展本系统的应用范围和功能。

3)执行驱动模块功能：根据单片机发出的实时执行信号，执行驱动部件就会立即执行不同的工作任务。本系统中，单片机的输出信号是对8只微型继电器J1～J8进行开关控制。继电器不同的开关状态，就可实现不同的功能组合，从而达到控制声、光器件和实现电话机的自动摘机、拨号、选择拨号等。电话报警先后拨通事先储存在电话机里面的电话号码M1和M2，可以是实验室大楼值班人员的电话和实验室管理人员的电话。如果监测的实验室区域较大，涉及不同的管理人员，就可以增加储存的电话号码，由程序设定不同区域发生事件时，及时拨通对应管理人员的报警电话。

研制的防溢水与防盗系统程序控制框图如图3所示。

图3　系统程序控制框图

2结束语

本系统设计具有低成本、低功耗、可靠性高、性价比高的特点。有了本系统，就可有效地防止高校实验室类似忘记关水龙头，下水道不畅通、水管爆裂、水暖管损坏等多种原因造成漏水或溢水事件，为教学和科研工作的顺利进行，为实验室的安全运行起到保障作用。

参 考 文 献

[1]张富春.有机化学实验中自我安全意识的教育[J].实验室科学. 2014(1):184-186.

[2]王世英.实验室安全管理必须警钟长鸣[J].实验技术与管理. 2002，19(5):92-94.

[3]石振武.浅谈工科化学实验教学中安全意识的培养[J].广东化工. 2012(6):237-248.

[4]王同顺，赵素然.加强实验室安全管理 保证师生的生命安全[J].实验技术与管理. 2004，21(6):143-145.

[5] 马潮，詹卫前，耿德根Atmega8原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2003：51-187，241-270.

[6]陈剑锋，凌伟，王绪梅.用VB实现Atmrga8与PC机串行通信的研究[J].电脑知识与技术，2011(22):5299-5230.

Development of the Laboratory Prevent Leaking Water and Anti-Theft System Based on the Single Chip Microcomputer

CHEN Minzhua，CHEN Xiangdongb，MA Honga

(a.CollegeofChemistry；b.CollegeofComputerScience,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)

AbstractThe prevent leaking water and anti-theft system of university laboratory has been designed with high performance, low power microprocessor, in conjunction with the peripheral components.The overflow water sensing device and signal control circuit are made. The hardware control software and signal processing software have been programmed. The system is simulated and the determination of actual operation,the results are satisfactory. Due to the adoption of SCM, which makes the system compact, low power consumption, easy to expand the detection point, and can meet the actual demand of laboratory water overflow preventing and anti-theft. In general,the system is stable and reliable, timely alarm, high ratio of performance to price.

Key wordssingle chip microcomputer；laboratory；prevent leaking water；anti-theft

收稿日期:2015-09-21；修改日期: 2015-10-20

作者简介：陈民助(1957-)，男，正高级实验师，主要从事光谱仪器分析工作及实验仪器设备的研制与改进。

中图分类号

文献标志码

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.027