基于51单片机的水下设备漏水检测与报警方案

基于51单片机的水下设备漏水检测与报警方案
作者：熊思任
来源：《神州·下旬刊》2018年第04期
摘要：本文针对水下工程中密封设备的漏水检测与报警问题，提出了一种基于51单片机的解决方案。

之后，通过设计相关验证试验，证实了该方案能够完成对水下密封设备漏水的高灵敏检测和报警。

关键词：水下工程；漏水检测；51单片机
引言
水下工程中经常会运用密封筒存放水下电子设备。

在水下设备中，只要有密封就会存在漏水的风险。

当出现漏水情况后，如果没有有效的检测报警手段就无法采取相应的应急措施，从而造成更大的损失。

针对这一问题，本文提出了一种基于51单片机的解决方案。

当发生漏水情况时，MCU（单片机）会检测到，并通过自身的串口将信息发送给上位机。

上位机在屏幕上显示“设备漏水”，并通知工作人员采取相应的应急维护措施。

1解决方案的结构划分与相互连接
解决方案以单片机为中心，可以分为三个部分：1）漏水检测电路部分；2）单片机处理部分；3）上位机处理部分。

如图1所示。

如图1所示，单片机通过P1.0口与外围的漏水检测电路连接。

通过检测P1.0口的电压情况进行漏水检测。

单片机与上位机电脑的连接通过CH340芯片进行转接。

单片机引出Vcc、GND、RXD、TXD四个I/O口，通过CH340芯片将TTL电平转化为USB电平，并连接至上位机电脑。

2漏水检测电路原理与实现
漏水检测的原理实质上是利用了水的导电特性。

但水的电阻一般较大，若用5V的电压直接检测，一般不能较灵敏地检测到其导通时的微弱的电流。

因此可以考虑采用三极管放大。

电路如图2所示。

当探头A和B之间没有水时，探头B可视为低电位，此时NPN型三极管V1截止，单片机P1.0口检测到高电平。

当A和B探头间有水时（设备内已经漏水），探头B为高电位，三极管V1导通，单片机P1.0口检测到低电平。

3单片机处理部分原理与编程实现
本试验中选取的单片机型号为STC89516RD+ 40I-PDIP40。

该单片机为宏晶公司生产的增强型51单片机，其指令系统及IO引脚完全兼容于传统的51单片机。

在本方案中，重点运用的IO口包括：P1.0脚（一位准双向口）、Vcc脚（电源）、P3.0（RXD）串行输入口、P3.1（TXD）串行输出口、GND（地）。

其中P1.0口用于检测漏水信号；P3.0及P3.1用于连接上位机并发送漏水检测信息。

其主程序如图3所示：
4上位机处理原理与实现
上位机的内容采用Visual Studio 2013软件的C#语言编写而成。

主要完成以下功能：1）对下位机（单片机）发送串行信号的接收；2）判断信号为漏水信号或者是未漏水信号；3）在窗口上显示相应信息。

如图4所示：
5试验验证
该方案只需进行原理验证即可，因此不必设计和加工PCB板。

试验采用面包板及杜邦线外加51单片机最小系统及笔记本电脑即可开展快速廉价的验证。

如图5所示：
通过试验可以发现当两根探头导线同时浸入到水里时（密封装置漏水），上位机上软件能显示“设备漏水”字样。

当把两根探头拔出水面后，上位机显示消除。

达到了试验的目的。

6结论
本文利用最普通廉价的51单片机设计了一种能有效检测密封装置漏水情况的方案。

并且通过设计相关试验，验证了该方案的可行性。

考虑到方案中使用的单片机还有相当富余的资源未被使用，该方案搭建的链路还可扩展出其它功能，能为其它类似试验提供基础。

参考文献：
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[2]杨亭，粘丹妮.单一平面电容式漏水检测传感器的研究[j]现代电子技术，2014年6月第37卷第11期.
[3]孟学磊，王之浩.高压直流输电换流阀阀塔漏水检测功能设计与实现[J]电测与仪表，2016年6月25日第53卷第12期。