摘要：為解決密封容器漏水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，采用分區(qū)檢測(cè)技術(shù)，將整個(gè)區(qū)域劃分成若干個(gè)不同的區(qū)域，各分區(qū)之間獨(dú)立檢測(cè)、獨(dú)立報(bào)警。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，當(dāng)密封容器漏水時(shí)，檢測(cè)電路迅速導(dǎo)通，啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊。接收模塊接收到信號(hào)，進(jìn)行解碼處理，將數(shù)據(jù)流輸出到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行處理，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警并在LCD液晶上顯示漏水點(diǎn)的具體位置。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的漏水檢測(cè)與無(wú)線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：漏水監(jiān)測(cè)；無(wú)線(xiàn)報(bào)警；dsPIC30F4011；LCD顯示

0 引言
    本文研究的背景是“基于同時(shí)定位與地圖構(gòu)建方法的AUV自主導(dǎo)航技術(shù)”，應(yīng)用環(huán)境是水下，對(duì)整體設(shè)計(jì)中的一些密封容器的密封性需要不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)返回檢測(cè)數(shù)據(jù)。
    目前，檢漏技術(shù)已發(fā)展到第五代——區(qū)域泄漏普查定位系統(tǒng)“多探頭相關(guān)儀”，集區(qū)域泄漏普查預(yù)定位和精確定位漏點(diǎn)位置于一體。未來(lái)第六代檢漏技術(shù)解決的問(wèn)題應(yīng)該是大區(qū)域管網(wǎng)泄漏在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，強(qiáng)化預(yù)定位與精確定位，并向微型化發(fā)展。無(wú)線(xiàn)報(bào)警器當(dāng)前分為兩種，一種是普通無(wú)線(xiàn)報(bào)警器，其受環(huán)境地形影響，報(bào)警效果較差；另一種是GSM無(wú)線(xiàn)報(bào)警器，基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，采用單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)手機(jī)打電話(huà)發(fā)短信報(bào)警，探測(cè)靈敏。
    本文采用分區(qū)檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)漏水檢測(cè)電路，運(yùn)用現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和單片機(jī)編程處理檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)漏水無(wú)線(xiàn)報(bào)警和定位漏水點(diǎn)。

1 基于dsPIC30F4011單片機(jī)的漏水監(jiān)測(cè)和無(wú)線(xiàn)報(bào)警硬件系統(tǒng)
1．1 漏水檢測(cè)電路和無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路
    當(dāng)密封容器因外界壓力太大或者受到猛烈撞擊后而漏水時(shí)，需要有一個(gè)漏水檢測(cè)電路對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，并將漏水信息傳遞給無(wú)線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)射電路。
    密封容器漏水后，檢測(cè)點(diǎn)浸入水中，檢測(cè)電路導(dǎo)通，輸出一個(gè)直流高電平以驅(qū)動(dòng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路。結(jié)合無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊和漏水檢測(cè)電路做成的電路板如圖1(a)所示。

    圖1中POWER為檢測(cè)電路的電源，外接9 V直流電源供電，TEST為兩個(gè)電極檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)密封容器漏水時(shí)，將使三極管Q1，Q2，Q3導(dǎo)通，在VCC處輸出一個(gè)直流高電平(約為9 V)，啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)中的發(fā)射電路，形成一定的數(shù)據(jù)流，通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。
    漏水檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，涉及到兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是檢測(cè)電路的準(zhǔn)確性和檢測(cè)靈敏性；二是水質(zhì)不同，其導(dǎo)電電阻不同，導(dǎo)致檢測(cè)點(diǎn)間壓降不同，檢測(cè)電路的輸出也將不同。
    在水溫一定的情況下，水的電阻值R大小與電極的垂直截面積F成反比，與電極之問(wèn)的距離L成正比，即R=ρ*L／F，式中ρ為電阻率，其國(guó)際制(SI)單位為歐米(Ω·m)。
    水的電阻率的大小，與水中含鹽量的大小、水中離子濃度、離子的電荷數(shù)以及離子的運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)。因此，純凈的水電阻率很大，超純水電阻率就更大。水越純，電阻率越大。
    無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路采用無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊9902A，該高頻發(fā)射模塊體積小，工作電壓范圍寬，發(fā)射功率大，功耗低，廣泛應(yīng)用在工業(yè)遙控、遙測(cè)、遙感控制；防盜報(bào)警器信號(hào)及各種低速率數(shù)字信號(hào)的傳送；各種家用電器、智能玩具的遙控等場(chǎng)合。
    圖1中標(biāo)有Ch701字樣的是數(shù)據(jù)端口，設(shè)置為0或1，編碼以區(qū)分不同的漏水點(diǎn)；標(biāo)有Ch702字樣的是8個(gè)地址端口，設(shè)置PT2262／PT2272相同的地址碼。
1．2 接收端單片機(jī)控制硬件連接電路
    接收端采用單片機(jī)控制芯片dsPIC30F4011和APP009評(píng)估板，單片機(jī)通過(guò)讀無(wú)線(xiàn)接收模塊數(shù)據(jù)輸出管腳的高低電平，程序控制蜂鳴器和LCD做相應(yīng)的動(dòng)作。其硬件連接電路如圖1(b)所示。
    無(wú)線(xiàn)接收模塊為9915AM4，該高頻接收模塊采用進(jìn)口SMD器件，6．5 GHz高頻三極管，高Q值電感生產(chǎn)。性能穩(wěn)定可靠，靈敏度高，帶有解碼IC可直接使用，功耗低，廣泛應(yīng)用于各種防盜系統(tǒng)，遙控控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳送及信號(hào)控制等。編解碼芯片為PT2262／2272，其芯片原理、地址碼的設(shè)定和振蕩電阻的匹配可參考文獻(xiàn)。
    無(wú)線(xiàn)接收模塊9915AM4的數(shù)據(jù)輸出管腳13，12，11，10，17分別接到APP009評(píng)估板上JP15的PWM1L，PWM1H，PWM2L，PWM2H，PWM3L端口，即芯片dsPIC30F4011的相應(yīng)端口。單片機(jī)通過(guò)對(duì)相應(yīng)端口的讀操作，檢測(cè)各端口的高低電平，確定為“1”或是為“0”。
    其中17腳為解碼有效端口，高電平有效，當(dāng)17腳為高電平時(shí)，紅色LED燈D5會(huì)點(diǎn)亮，表明無(wú)線(xiàn)接收模塊解碼有效。13，12，11，10引腳分別對(duì)應(yīng)無(wú)線(xiàn)接收模塊數(shù)據(jù)輸出端的D3，D2，D1，D0端口。當(dāng)相應(yīng)數(shù)據(jù)端口為高電平時(shí)，會(huì)點(diǎn)亮相應(yīng)的LED燈。
    JP15的VDD和GND端口分別連接無(wú)線(xiàn)接收模塊的VCC和GND端口，JP19的VDD和GND端口分別連接蜂鳴器的VCC和GND端口，JP15的PWM3H端口則連接蜂鳴器報(bào)警電路的Vin，單片機(jī)通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器控制PWM3H端口輸出一個(gè)方波信號(hào)，作為蜂鳴器報(bào)警電路的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。

2 漏水檢測(cè)和無(wú)線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件——MPLAB IDE軟件，安裝在PC機(jī)上控制MPLAB ICD2模塊，通過(guò)USB電纜將MPLAB ICD2模塊連接到PC機(jī)的USB口，運(yùn)用Mieroehip的dsPIC語(yǔ)言工具編寫(xiě)程序，在接收端通過(guò)單片機(jī)控制蜂鳴器報(bào)警和LCD的顯示內(nèi)容。
2．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
    假設(shè)密封容器的個(gè)數(shù)為m(m≥1且為自然數(shù))，每個(gè)容器內(nèi)需要檢測(cè)的漏水監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n(n≥1且為自然數(shù))?？筛鶕?jù)具體情況，選擇合適的m與n值。
    文中主要是針對(duì)4個(gè)浮筒進(jìn)行漏水監(jiān)測(cè)，每個(gè)浮筒內(nèi)僅需放置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，故取m=4，n=1，將4個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊分別置于4個(gè)浮筒之中，外部用1個(gè)無(wú)線(xiàn)接收模塊和單片機(jī)組成漏水監(jiān)測(cè)和無(wú)線(xiàn)報(bào)警硬件系統(tǒng)。4個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊和接收模塊的地址碼設(shè)置一致，以保證收發(fā)模塊的地址碼匹配。當(dāng)漏水時(shí)，浮筒內(nèi)的檢測(cè)電路導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)發(fā)射模塊工作，通過(guò)天線(xiàn)將無(wú)線(xiàn)信號(hào)耦合出去；接收模塊通過(guò)天線(xiàn)接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)一系列的處理，在數(shù)據(jù)輸出管腳輸出一定的數(shù)據(jù)流；接收端單片機(jī)通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)接收模塊數(shù)據(jù)輸出管腳的讀操作，通過(guò)程序控制蜂鳴器報(bào)警和LCD顯示是哪一個(gè)浮筒漏水。
2．2 系統(tǒng)程序流程圖
    根據(jù)硬件電路的連接和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，程序流程圖如圖2所示。

    圖2中，RE4端口即PWM3L端口，連接無(wú)線(xiàn)接收模塊的17管腳即解碼有效端(高電平有效)，程序首先檢測(cè)RE4端口是否為1，以確定解碼是否有效。在RE4=1的前提下，紅色LED燈LED5會(huì)被點(diǎn)亮。此時(shí)，單片機(jī)同時(shí)檢測(cè)RE0，RE1，RE2，RE3端口，即無(wú)線(xiàn)接收模塊的4個(gè)數(shù)據(jù)輸出管腳D0，D1，D2，D3。哪個(gè)端口為高電平“1”，就表明相對(duì)應(yīng)的浮筒發(fā)生漏水，通過(guò)程序控制對(duì)RE8，RB3，RB4，RB5進(jìn)行置“0”操作，APP009評(píng)估板上相對(duì)應(yīng)黃色LED燈LED7，LED8，LED9，LED10就會(huì)被點(diǎn)亮。同時(shí)，單片機(jī)會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，并在LCD上顯示W(wǎng)arning!”和漏水浮筒的編號(hào)。若RE0～RE3同時(shí)為“0”，表明接收模塊出錯(cuò)，蜂鳴器繼續(xù)報(bào)警，LCD上顯示“ERROR!”。當(dāng)RE4端口為“0”時(shí)，表明解碼無(wú)效，即無(wú)線(xiàn)接收模塊沒(méi)有接受到信號(hào)，此時(shí)沒(méi)有浮筒發(fā)生漏水，LCD上顯示“Normal”。
2．3 系統(tǒng)控制程序和程序運(yùn)行結(jié)果
    運(yùn)用Microchip的dsPIC30F4011開(kāi)發(fā)板，通過(guò)MPLAB C30_C編譯器編寫(xiě)程序語(yǔ)言，編譯連接，并運(yùn)行通過(guò)，能夠準(zhǔn)確定位漏水位置，實(shí)現(xiàn)漏水報(bào)警功能。
    (1)當(dāng)PORTEbits．RE4=0時(shí)，接收模塊解碼無(wú)效，即沒(méi)有浮筒漏水，LCD液晶顯示"Normal”。
    (2)當(dāng)PORTEbits．RE4=1時(shí)，接收模塊解碼有效，若PORTEbits．RE0，PORTEbits．RE1，PORTEbits．RE2，PORTEbits．RE3同時(shí)為0，即沒(méi)有浮筒漏水，此時(shí)為虛警。表明接收模塊解碼出錯(cuò)，蜂鳴器報(bào)警，LCD液晶顯示“ERROR!”。如圖3(a)所示。

    (3)當(dāng)PORTEbits．RE4=1時(shí)，且PORTEbits．RE0，PORTEbits．RE1，PORTEbits．RE2，PORTEbits．RE3中的任意1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或者全部為1，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，LCD液晶顯示“Warning!”和漏水浮筒的編號(hào)。以4個(gè)浮筒均漏水為例，如圖3(b)所示。

3 結(jié)語(yǔ)
    漏水報(bào)警系統(tǒng)最容易出問(wèn)題的環(huán)節(jié)就是檢測(cè)電路。
    在實(shí)際應(yīng)用中，漏水檢測(cè)電路的安裝要考慮密封容器進(jìn)水后失效的問(wèn)題。一般要做到檢測(cè)電路的檢測(cè)電極觸水，而后端的線(xiàn)路不要進(jìn)水，在這之間要做良好的封堵處理。因此，兩個(gè)檢測(cè)電極的安裝位置要合理，檢測(cè)電路的其他線(xiàn)路和無(wú)線(xiàn)報(bào)警模塊電路要進(jìn)行良好的防水防潮處理。此外，檢測(cè)電路的工作方式是觸水檢測(cè)，檢測(cè)電極帶電同時(shí)觸水，其腐蝕性是十分嚴(yán)重的，因此，每次漏水報(bào)警后必須徹底清理電極，否則可能會(huì)影響下次使用。