浅谈家居智能供水系统的设计

吕翊恺 韩云

摘 要：当今社会，因家居漏水产生的安全问题和水压偏低造成的生活不便时有发生。随着科技发展日新月异，仅靠人力来实现供水安全是不够的，而借助现代化高科技的传感器、智能控制等技术来辅助人们进行家居智能供水是一种最理想、最高效的方法。家居智能供水系统是智能家居的一部分，通过红外热释传感器、流量传感器、水压增压器等元器件实现家庭供水的智能化控制，能有效防止家居漏水现象，保证水压正常，为离家的人们解决后顾之忧。

关键词：智能家居；单片机；传感器；供水系统

中图分类号：TP273；TU855 文献标识码：A 文章编号：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

随着科学技术水平的提高，人民的生活开始向舒适性、安全性、高科技、智能化方向发展，用科技代替人工实现智能家居已经是时代的主流。纵观我们的生活，工作日大部分时间在单位，休息日很多的时间在锻炼、在旅游，一年中特别是白天在家的时间并不多，那么房主离家时，最担心的事情是什么呢？我们通过调查后发现，离家的人们担心的就是家中水管漏水。据估计，全国因房主不在家而产生的水管爆裂、水龙头损坏和忘记关闭水龙头而产生的漏水现象，给房主造成的经济损失每年总计达数亿元，每年因邻居漏水而产生的邻里纠纷有上千起，而每次离家时手动关闭水总阀门、回家时手动打开水总阀门不仅费时费力，而且极易造成水总阀门损坏，因此开发家居智能供水系统，实现供水的智能化，是智能家居的需要，具有巨大的现实意义。

1 设计任务

家居智能供水系统，是智能家居的一个重要方面，本系统以ATM89S52单片机为控制核心，利用红外热释传感器检测家中人员情况，利用流量传感器检测水流量判断家中无人时是否漏水，利用水压增压泵检测水压，水压偏低时自动补压，同时具有设定补压参数、漏水报警、水流量显示等功能，实现家居供水的人性化和智能化要求。家居智能供水系统能够实现房主离家时水总阀门自动关闭、房主回家时水总阀门自动打开、水管泄漏时水总阀门自动关闭、水压低时自动增压等功能，使人们远离漏水的苦恼，安心工作和娱乐。系统设计框图如图1所示。

2 主要硬件系统

家居智能供水系统控制的核心部件采用ATM89S52单片机，本单片机具有8位微处理器（CPU）、256B RAM（数据存储器）、8KB Flash ROM（程序存储器）、4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）、1个全双工的异步串行口、3个可编程的16位定时器/计数器（T0、T1和T2）、1个看门狗定时器、具有6个中断源和6个中断向量的中断系统、32个特殊功能寄存器（SFR）、低功耗模式有空闲模式和掉电模式且具有掉电模式下的中断恢复模式、3个程序加密锁定位，片内各功能部件通過片内单一总线连接而成[1]。如图2所示。ATM89S52单片机具有强大的控制和扩展功能，存储器容量为51单片机的两倍，便于连接智能家居的其他部分，使智能供水系统与智能家居的其他部分组成完整的结构。

人体检测采用PIR（红外热释传感器）[2]模块，PIR是专门用于探测人体辐射的红外线传感器，人体向外辐射的红外线中心波长为9～10um，PIR探测元件的波长灵敏度稳定范围为0.2～20um，装设在传感器顶端的滤光片可通过光的波长范围为7～10um，正好适合人体红外辐射的探测，在探测器的前方装设的菲涅尔透镜，能够将信号放大70分贝以上，能够测出20米范围内人的行动，对人类没有辐射，每一个房间内装设一个PIR，即可检测出家中人员的情况。红外热释传感器本身不会产生任何类型的电磁辐射，器件功耗非常低，体积小巧隐蔽性好，不影响房屋的美观，而且价格低廉，因此成为检测人体最常用的传感器。其缺点是容易受各种热源、光源干扰、被动红外穿透力差、容易被其他物体遮挡等。由于本系统所用的红外热释传感器是在室内使用，因此能够充分发挥红外热释传感器的优良性能。

流量监测采用水流量传感器SEN-HZ21FD，它装在供水管干線上用于测量及控制进水流量。当水流过传感器的转子组件时，磁性转子产生转动，其转速随流量成线性规律变化。水流量传感器反映灵敏、动作迅速、寿命长、安全可靠、启动流量超低（1.5L/min）、连接方便、耐热耐冷、防水防爆，即可作为水流开关使用，同时计量水流量及流速。[3]

水压增压采用水压增压泵，水压增压泵的工作原理是利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体。当在大径空气驱动活塞施加一个很低的压力时，此压力会作用到一个小面积的活塞上，从而产生高压，单向阀控制的高压柱塞就会连续不断的将水排出，借助二位五通气控换向阀，增压泵能够实现持续工作运行。当驱动部分和输出水流部分之间的压力值差为0时，增压泵会停止增压运行，当空气驱动压力变大或输出压力减小时，增压泵会自动启动，直至再次达到压力平衡。

数字显示采用LCD1602液晶显示屏，LCD1602工作电压为4.5～5.5V，典型5V，工作电流2mA，具有14个引脚（无背光）或16个引脚（有背光），其外形及引脚分布如图3所示。

使用时，首先通过单片机向LCD1602写入命令，对LCD 1602的显示方式按照显示要求进行修改和选择，然后通过单片机将传感器检测到的数据写入LCD1602，即可按照要求的显示方式将数据显示在LCD1602的屏幕上。LCD1602液晶显示器与单片机ATM89S52的接口电路如图4所示。家居智能供水系统要求显示数据包括水压、家中有无人员、流量等。

3 控制流程

家居智能供水系统，根据系统实现的功能，设计控制流程图如图5所示。系统首先进行初始化启动，红外热释传感器开始检测家中人员情况，如果家中无人则检测水管流量，有流量时，说明漏水了，单片机会控制执行模块关闭水总阀门；没流量时，单片机会延时20分钟再读取一次红外热释传感器的检测值，确定无人后，关闭水总阀门，这样能够保证人员短时离家时系统不会频繁动作，提高执行元件的使用寿命。如果家中有人，则检测水总阀门状态和水压情况，使水总阀门处于打开状态且保证水压正常。为了防止系统连续检测，增加单片机的工作负担，减小不必要的消耗，系统设定家中有人时每间隔10分钟检测一次，从家中无人到切断水供应滞后时间最多30分钟。当有人回家时系统会立刻打开阀门，保证水能及时供应。

4 结 论

水是生命之源，同时也是破坏之源，离家的人们，对家特别是家中水的安全，一直非常担心，由于工作或者旅游等其他原因，家中时常无人是普遍想象，一旦出现漏水事故，在造成水资源浪费的同时，也伴随着巨大的经济损失，还可能引发邻里矛盾。家居智能供水系统，旨在解决家中无人时的漏水隐患，及时控制漏水事态，保证用水时水压正常，使家中水的控制更加的智能、便捷和可靠，解决户主正常用水和离家时的后顾之忧。

参考文献：

[1] 张毅刚，赵光权，刘旺.单片机原理及应用 [M].（第3版）. 北京：高等教育出版社，2016.

[2] 陈永益.红外热释防盗报警器 [J].信息通信，2018（10）：47-48.

[3] 张玮，黄凯.基于单片机的家庭天然气用水流量监测系统 [J].数字技术与应用，2016（9）：1-2.

指导老师：韩云（1975-），女，汉族，山东寿光人，教师，副教授，研究方向：机电系统智能控制。