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(shù)，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(dāng)密封容器漏水時，檢測電路迅速導(dǎo)通，啟動無線發(fā)射模塊。接收模塊接收到信號，進(jìn)行解碼處理，將數(shù)據(jù)流輸出到單片機(jī)，單片機(jī)通過內(nèi)部程序?qū)斎胄盘栠M(jìn)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(shè)計的漏水檢測與無線報警系統(tǒng)能達(dá)到設(shè)計要求。
關(guān)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(dǎo)航技術(shù)”，應(yīng)用環(huán)境是水下，對整體設(shè)計中的一些密封容器的密封性需要不斷進(jìn)行監(jiān)測并實時返回檢測數(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位置于一體。未來第六代檢漏技術(shù)解決的問題應(yīng)該是大區(qū)域管網(wǎng)泄漏在線檢測系統(tǒng)，強化預(yù)定位與精確定位，并向微型化發(fā)展。無線報警器當(dāng)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(luò)，采用單片機(jī)和無線遙控技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場報警，同時手機(jī)打電話發(fā)短信報警，探測靈敏。
    本文采用分區(qū)檢測技術(shù)設(shè)計漏水檢測電路，運用現(xiàn)有的無線收發(fā)模塊和單片機(jī)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(jī)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(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，需要有一個漏水檢測電路對其進(jìn)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(dǎo)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(dāng)密封容器漏水時，將使三極管Q1，Q2，Q3導(dǎo)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(shè)計，涉及到兩個方面的問題：一是檢測電路的準(zhǔn)確性和檢測靈敏性；二是水質(zhì)不同，其導(dǎo)電電阻不同，導(dǎo)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(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(yīng)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(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；標(biāo)有Ch702字樣的是8個地址端口，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評估板，單片機(jī)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(yīng)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(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(yīng)端口。單片機(jī)通過對相應(yīng)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(dāng)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(yīng)無線接收模塊數(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，會點亮相應(yīng)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(jī)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(shè)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(jī)上控制MPLAB ICD2模塊，通過USB電纜將MPLAB ICD2模塊連接到PC機(jī)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(jī)控制蜂鳴器報警和LCD的顯示內(nèi)容。
2．1 系統(tǒng)設(shè)計思想
    假設(shè)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(jìn)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(jī)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(shè)置一致，以保證收發(fā)模塊的地址碼匹配。當(dāng)漏水時，浮筒內(nèi)的檢測電路導(dǎo)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(jī)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(shè)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(jī)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(yīng)的浮筒發(fā)生漏水，通過程序控制對RE8，RB3，RB4，RB5進(jìn)行置“0”操作，APP009評估板上相對應(yīng)黃色LED燈LED7，LED8，LED9，LED10就會被點亮。同時，單片機(jī)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(dāng)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(zhǔn)確定位漏水位置，實現(xiàn)漏水報警功能。
    (1)當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)用中，漏水檢測電路的安裝要考慮密封容器進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)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。