摘要：為解決密封容器漏水的實時監(jiān)測問題，采用分區(qū)檢測技術，將整個區(qū)域劃分成若干個不同的區(qū)域，各分區(qū)之間獨立檢測、獨立報警。實驗測試中，當密封容器漏水時，檢測電路迅速導通，啟動無線發(fā)射模塊。接收模塊接收到信號，進行解碼處理，將數(shù)據(jù)流輸出到單片機，單片機通過內(nèi)部程序?qū)斎胄盘栠M行處理，啟動蜂鳴器報警并在LCD液晶上顯示漏水點的具體位置。實驗測試結(jié)果表明所設計的漏水檢測與無線報警系統(tǒng)能達到設計要求。
關鍵詞：漏水監(jiān)測；無線報警；dsPIC30F4011；LCD顯示

0 引言
    本文研究的背景是“基于同時定位與地圖構(gòu)建方法的AUV自主導航技術”，應用環(huán)境是水下，對整體設計中的一些密封容器的密封性需要不斷進行監(jiān)測并實時返回檢測數(shù)據(jù)。
    目前，檢漏技術已發(fā)展到第五代——區(qū)域泄漏普查定位系統(tǒng)“多探頭相關儀”，集區(qū)域泄漏普查預定位和精確定位漏點位置于一體。未來第六代檢漏技術解決的問題應該是大區(qū)域管網(wǎng)泄漏在線檢測系統(tǒng)，強化預定位與精確定位，并向微型化發(fā)展。無線報警器當前分為兩種，一種是普通無線報警器，其受環(huán)境地形影響，報警效果較差；另一種是GSM無線報警器，基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡，采用單片機和無線遙控技術，實現(xiàn)現(xiàn)場報警，同時手機打電話發(fā)短信報警，探測靈敏。
    本文采用分區(qū)檢測技術設計漏水檢測電路，運用現(xiàn)有的無線收發(fā)模塊和單片機編程處理檢測信號，實現(xiàn)漏水無線報警和定位漏水點。

1 基于dsPIC30F4011單片機的漏水監(jiān)測和無線報警硬件系統(tǒng)
1．1 漏水檢測電路和無線發(fā)射電路
    當密封容器因外界壓力太大或者受到猛烈撞擊后而漏水時，需要有一個漏水檢測電路對其進行檢測，并將漏水信息傳遞給無線報警系統(tǒng)的發(fā)射電路。
    密封容器漏水后，檢測點浸入水中，檢測電路導通，輸出一個直流高電平以驅(qū)動無線發(fā)射電路。結(jié)合無線發(fā)射模塊和漏水檢測電路做成的電路板如圖1(a)所示。

    圖1中POWER為檢測電路的電源，外接9 V直流電源供電，TEST為兩個電極檢測點，當密封容器漏水時，將使三極管Q1，Q2，Q3導通，在VCC處輸出一個直流高電平(約為9 V)，啟動無線報警系統(tǒng)中的發(fā)射電路，形成一定的數(shù)據(jù)流，通過天線發(fā)射出去。
    漏水檢測電路的設計，涉及到兩個方面的問題：一是檢測電路的準確性和檢測靈敏性；二是水質(zhì)不同，其導電電阻不同，導致檢測點間壓降不同，檢測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，與電極之問的距離L成正比，即R=ρ*L／F，式中ρ為電阻率，其國際制(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)以及離子的運動速度等有關。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。
    無線發(fā)射電路采用無線發(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，廣泛應用在工業(yè)遙控、遙測、遙感控制；防盜報警器信號及各種低速率數(shù)字信號的傳送；各種家用電器、智能玩具的遙控等場合。
    圖1中標有Ch701字樣的是數(shù)據(jù)端口，設置為0或1，編碼以區(qū)分不同的漏水點；標有Ch702字樣的是8個地址端口，設置PT2262／PT2272相同的地址碼。
1．2 接收端單片機控制硬件連接電路
    接收端采用單片機控制芯片dsPIC30F4011和APP009評估板，單片機通過讀無線接收模塊數(shù)據(jù)輸出管腳的高低電平，程序控制蜂鳴器和LCD做相應的動作。其硬件連接電路如圖1(b)所示。
    無線接收模塊為9915AM4，該高頻接收模塊采用進口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)傳送及信號控制等。編解碼芯片為PT2262／2272，其芯片原理、地址碼的設定和振蕩電阻的匹配可參考文獻。
    無線接收模塊9915AM4的數(shù)據(jù)輸出管腳13，12，11，10，17分別接到APP009評估板上JP15的PWM1L，PWM1H，PWM2L，PWM2H，PWM3L端口，即芯片dsPIC30F4011的相應端口。單片機通過對相應端口的讀操作，檢測各端口的高低電平，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17腳為高電平時，紅色LED燈D5會點亮，表明無線接收模塊解碼有效。13，12，11，10引腳分別對應無線接收模塊數(shù)據(jù)輸出端的D3，D2，D1，D0端口。當相應數(shù)據(jù)端口為高電平時，會點亮相應的LED燈。
    JP15的VDD和GND端口分別連接無線接收模塊的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警電路的Vin，單片機通過兩個定時器控制PWM3H端口輸出一個方波信號，作為蜂鳴器報警電路的輸入信號，驅(qū)動蜂鳴器報警。

2 漏水檢測和無線報警系統(tǒng)控制程序設計
    本系統(tǒng)采用MPLAB集成開發(fā)環(huán)境軟件——MPLAB IDE軟件，安裝在PC機上控制MPLAB ICD2模塊，通過USB電纜將MPLAB ICD2模塊連接到PC機的USB口，運用Mieroehip的dsPIC語言工具編寫程序，在接收端通過單片機控制蜂鳴器報警和LCD的顯示內(nèi)容。
2．1 系統(tǒng)設計思想
    假設密封容器的個數(shù)為m(m≥1且為自然數(shù))，每個容器內(nèi)需要檢測的漏水監(jiān)測點個數(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4個浮筒進行漏水監(jiān)測，每個浮筒內(nèi)僅需放置一個監(jiān)測點，故取m=4，n=1，將4個無線發(fā)射模塊分別置于4個浮筒之中，外部用1個無線接收模塊和單片機組成漏水監(jiān)測和無線報警硬件系統(tǒng)。4個無線發(fā)射模塊和接收模塊的地址碼設置一致，以保證收發(fā)模塊的地址碼匹配。當漏水時，浮筒內(nèi)的檢測電路導通，驅(qū)動發(fā)射模塊工作，通過天線將無線信號耦合出去；接收模塊通過天線接收到信號后，經(jīng)過一系列的處理，在數(shù)據(jù)輸出管腳輸出一定的數(shù)據(jù)流；接收端單片機通過對無線接收模塊數(shù)據(jù)輸出管腳的讀操作，通過程序控制蜂鳴器報警和LCD顯示是哪一個浮筒漏水。
2．2 系統(tǒng)程序流程圖
    根據(jù)硬件電路的連接和系統(tǒng)的設計思想，程序流程圖如圖2所示。

    圖2中，RE4端口即PWM3L端口，連接無線接收模塊的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會被點亮。此時，單片機同時檢測RE0，RE1，RE2，RE3端口，即無線接收模塊的4個數(shù)據(jù)輸出管腳D0，D1，D2，D3。哪個端口為高電平“1”，就表明相對應的浮筒發(fā)生漏水，通過程序控制對RE8，RB3，RB4，RB5進行置“0”操作，APP009評估板上相對應黃色LED燈LED7，LED8，LED9，LED10就會被點亮。同時，單片機會啟動蜂鳴器發(fā)出報警聲音，并在LCD上顯示W(wǎng)arning!”和漏水浮筒的編號。若RE0～RE3同時為“0”，表明接收模塊出錯，蜂鳴器繼續(xù)報警，LCD上顯示“ERROR!”。當RE4端口為“0”時，表明解碼無效，即無線接收模塊沒有接受到信號，此時沒有浮筒發(fā)生漏水，LCD上顯示“Normal”。
2．3 系統(tǒng)控制程序和程序運行結(jié)果
    運用Microchip的dsPIC30F4011開發(fā)板，通過MPLAB C30_C編譯器編寫程序語言，編譯連接，并運行通過，能夠準確定位漏水位置，實現(xiàn)漏水報警功能。
    (1)當PORTEbits．RE4=0時，接收模塊解碼無效，即沒有浮筒漏水，LCD液晶顯示"Normal”。
    (2)當PORTEbits．RE4=1時，接收模塊解碼有效，若PORTEbits．RE0，PORTEbits．RE1，PORTEbits．RE2，PORTEbits．RE3同時為0，即沒有浮筒漏水，此時為虛警。表明接收模塊解碼出錯，蜂鳴器報警，LCD液晶顯示“ERROR!”。如圖3(a)所示。

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

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